一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置

本技术涉及压电俘能，具体涉及一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置。

背景技术：

1、近年来，随着全球气候变暖的加剧和石油、煤炭、天然气等不可再生资源的紧缺，寻求可再生、可持续的绿色能源成为人类文明可持续发展的重要挑战；利用压电材料的压电效应，从环境中俘获能量的装置称之为压电俘能器，与静电式、电磁式将振动机械能转化为电能相比，压电俘能器具有俘能效率高、能量密度大、工作可靠、适应性强、无污染、成本低等突出优点，从环境振动或噪声中提取能量的性能最好，成为从环境机械能获取电能的一种行之有效的好方法，受到了广泛的重视。

2、在实际应用中，环境振动具有多方向和低频率的特点，当振动源的频率和振动方向与能量收集装置不匹配的时候，能量收集装置收集到的能量会很低，致使收集效率严重不足，从而限制能量收集装置的作用。现有的振动能量收集装置大多存在收集振动能量频带窄，方向单一等缺点，所以现在急需一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，具备使用简便、稳定性强、能量收集效率高的优点，对压电梁进行阵列放置能够实现非线性宽频带的多方向振动能量收集，解决了现有的振动能量收集装置收集方向单一和低频的问题。

2、本实用新型的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，包括底座、第一尼龙柱、底板、俘能机构、支撑机构和激励机构，其特征在于：所述底座的四周通过螺栓固定连接有第一尼龙柱，所述第一尼龙柱的上端通过螺栓固定连接有底板，所述底板的四周通过螺栓固定连接有俘能机构，所述底板的四角通过螺栓固定连接有支撑机构，所述底座的正中间固定连接有激励机构；

3、所述俘能机构设置四组，包括质量块、左压电片、左压电梁，左压板、夹具、第二尼龙柱、下压电片、下压电梁、下磁铁、上磁铁、上压电梁、上压电片、下压板和上压板，所述底板的中间部分通过螺栓固定连接有第二尼龙柱，所述第二尼龙柱的上端通过螺栓固定连接有夹具，所述夹具的上端右侧通过螺栓连接有左压板，所述夹具和左压板的中间通过螺栓固定连接有左压电梁，所述左压电梁的右侧表面黏贴有左压电片，所述左压电梁的上端表面黏贴有质量块，所述夹具的上端通过螺栓固定连接有下压板，所述夹具和下压板的中间通过螺栓固定连接有下压电梁，所述下压电梁的上侧表面黏贴有下压电片，所述下压电梁的右下端黏贴有下磁铁，所述下压板的上端通过螺栓固定连接有上压板，所述下压板和上压板的中间通过螺栓固定连接有上压电梁，所述上压电梁的上侧表面黏贴有上压电片，所述上压电梁的右上端黏贴有上磁铁；

4、所述支撑机构设置四组，包括下弹簧、上弹簧、限位螺母和滑杆，所述底板的边角处通过螺纹固定连接有滑杆，所述滑杆的下部外围活动套设有下弹簧，所述滑杆的上部外围活动套设有上弹簧，所述滑杆的顶端通过螺纹固定连接有限位螺母；

5、所述激励机构包括上板、橡皮绳、磁球和玻璃桶，所述底座的正中间固定连接有玻璃桶，所述滑杆的中间部分活动套设有上板，所述上板中间的小孔栓接有橡皮绳，所述橡皮绳的底端栓接有磁球，所述磁球的外围活动套设有玻璃桶。

6、优选的，所述俘能机构设置四组，阵列安装于底板四周，其中四组的各个下压电梁均是处于同一水平面，各个上压电梁也是处于同水一平面。

7、优选的，所述第一尼龙柱设置为八组，分别设置在底座的四个顶点和四条边上的中点。

8、优选的，所述支撑机构设置四组，分别设置在底板的四个顶点位置。

9、优选的，所述磁球的直径小于玻璃桶的直径，且磁球运动范围不超过玻璃桶的空间中，所述磁球的上表面磁极与其上磁铁右侧表面的磁极相反，磁球的下表面磁极与其下磁铁右侧表面的磁极相反。

10、优选的，所述底座、底板、玻璃桶和上板的轴线相同。

11、优选的，所述左压电梁、下压电梁和上压电梁均采用黄铜材料，所述上磁铁、下磁铁和磁球均采用铷铁硼材料，所述左压电片、下压电片和上压电片型号均为pzt-5h。

12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

13、本实用新型提供一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，通过引入磁球和磁铁之间的磁力构建非线性多稳态系统，促进压电梁产生频繁多稳跃迁振荡，能够在较宽频率范围振动激励下产生谐振，同时在不同方向阵列放置俘能机构可以实现多方向的振动能量收集，最终实现宽频、多维度、高效的、结构间距无需实时调整的振动能量收集，解决了现有振动能量回收装置存在的收集方向单一和低频的问题。

技术特征：

1.一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，包括底座(1)、第一尼龙柱(2)、底板(3)、俘能机构(4)、支撑机构(19)和激励机构(28)，其特征在于：所述底座(1)的四周通过螺栓固定连接有第一尼龙柱(2)，所述第一尼龙柱(2)的上端通过螺栓固定连接有底板(3)，所述底板(3)的四周通过螺栓固定连接有俘能机构(4)，所述底板(3)的四角通过螺栓固定连接有支撑机构(19)，所述底座(1)的正中间固定连接有激励机构(28)；

2.根据权利要求1所述的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，其特征在于：所述俘能机构(4)设置四组，阵列安装于底板(3)四周，其中四组的各个下压电梁(12)均是处于同一水平面，各个上压电梁(15)也是处于同水一平面。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，其特征在于：所述第一尼龙柱(2)设置为八组，分别设置在底座(1)的四个顶点和四条边上的中点。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，其特征在于：所述支撑机构(19)设置四组，分别设置在底板(3)的四个顶点位置。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，其特征在于：所述磁球(26)的直径小于玻璃桶(27)的直径，且磁球(26)运动范围不超过玻璃桶(27)的空间中，所述磁球(26)的上表面磁极与其上磁铁(14)右侧表面的磁极相反，磁球(26)的下表面磁极与其下磁铁(13)右侧表面的磁极相反。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，其特征在于：所述底座(1)、底板(3)、玻璃桶(27)和上板(24)的轴线相同。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，其特征在于：所述左压电梁(7)、下压电梁(12)和上压电梁(15)均采用黄铜材料，所述上磁铁(14)、下磁铁(13)和磁球(26)均采用铷铁硼材料，所述左压电片(6)、下压电片(11)和上压电片(16)型号均为pzt-5h。

技术总结
本技术公开了一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置，包括底座、第一尼龙柱、底板、俘能机构、支撑机构和激励机构，底座的四周通过螺栓固定连接有第一尼龙柱，第一尼龙柱的上端通过螺栓固定连接有底板，底板的四周通过螺栓固定连接有俘能机构，底板的四角通过螺栓固定连接有支撑机构，底座的正中间固定连接有激励机构，本发明通过俘能机构、底座、第一尼龙柱和底板的配合，实现了俘能机构对多方向振动能量的采集，通过支撑机构、上板、橡皮绳、磁球、上磁铁、下磁铁的配合，实现了将外部环境中振动能量的频带拓宽，更有利于上压电梁和下压电梁克服势垒实现阱间震荡，产生频繁多稳跃迁振荡，能够在较宽频率范围振动激励下产生谐振，从而极大地提高能量采集效率。

技术研发人员：王能勇,张志豪,徐子梁,曹浩然
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：20230519
技术公布日：2024/1/15