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专利号: 2021105676078
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:其包括外壳、可动感应线圈组、固定感应线圈组、可动永磁体阵列、固定永磁体阵列、第一高频压电悬臂梁、第二高频压电悬臂梁、介电薄膜、平面齿梳电极以及传动机构;

所述第一高频压电悬臂梁设置在所述外壳内部的一个端部,第二高频压电悬臂梁设置在所述外壳内部的另一个端部;

所述固定感应线圈组包括四个感应线圈,每两个感应线圈相互一组的分别排列设置在外壳中间位置的上端和下端,上端的两个感应线圈之间以及下端的两个感应线圈之间分别固定有一个固定永磁体阵列;

上端的两个感应线圈内侧以及下端的两个感应线圈内侧分别设置有一排可动永磁体阵列,两个感应线圈和一个固定永磁体阵列面向可动永磁体阵列的一面排列成平面,每一排可动永磁体阵列包括多组可动永磁体组,每一组可动永磁体组包括三个永磁体,三个永磁体分别固定在金属框架上,相邻的两个永磁体之间的磁极方向相反,两排可动永磁体阵列中间的空腔处设置所述可动感应线圈组,两排可动永磁体阵列的永磁体的磁极方向相同,所述可动感应线圈组包括多组可动感应线圈组,每一个感应线圈组由三个感应线圈串联组成,可动永磁体组的数量与可动感应线圈组的数量对应,固定感应线圈组以及可动感应线圈组的感应线圈中间空心区域均填充铁芯及形状支撑物;

平面齿梳电极设置在可动感应线圈组的上表面和下表面及固定感应线圈组与固定永磁体组形成的表面上,所述平面齿梳电极上贴有四氟乙烯薄膜,可动永磁体阵列的上表面和下表面黏贴尼龙电极,当可动永磁体阵列与可动感应线圈组及固定感应线圈组之间发生相对运动时,感应线圈中出现电磁感应电压,平面齿梳电极、四氟乙烯薄膜与尼龙电极构成摩擦纳米发电机,产生静电感应电压,并作为低摩擦导向机构约束可动感应线圈组及可动永磁体阵列的运动方向;

所述传动机构包括同轴设置的同轴传动齿轮、第一齿条以及第二齿条,所述第一齿条同时作为永磁体阵列固定架,所述传动机构的共同作用能够使可动感应线圈组与可动永磁体阵列向相反方向运动,并增大两者之间的相对速度,当外壳承受外界水平方向的振动时,可动永磁体阵列的质量M1远大于可动感应线圈组的质量M2,系统的等效惯性质量为M1‑M2。

2.根据权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:可动永磁体阵列与高频压电悬臂梁的间距小于可动感应线圈组与高频压电悬臂梁的间距。

3.根据权利要求2所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:第一高频压电悬臂梁和第二高频压电悬臂梁结构相同且均为折叠型结构,两个折叠型高频压电悬臂梁的初始刚度相同。

4.根据权利要求2所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:永磁体阵列为铷铁硼永磁体阵列。

5.根据权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:所述平面齿梳电极由铜箔胶带制成。

6.根据权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:可动永磁体组和可动感应线圈组均设置为一组。

7.根据权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:所述固定感应线圈组以及固定永磁体阵列均通过粘贴的方式进行固定。

8.根据权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:同轴传动齿轮的齿轮比根据需要进行设定。

9.根据权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器,其特征在于:填充的铁芯及形状支撑物为FeSiCr与硅橡胶混合物。

10.一种基于权利要求1所述的多稳态速度放大升频复合式振动能量采集器的振动能量采集的方法,其特征在于:其包括以下步骤:S1、可动永磁体阵列向右运动时将首先与第二高频压电悬臂梁接触,使其产生挤压变形并产生电压输出;

S2、可动感应线圈组向左运动与第一高频压电悬臂梁接触,使其产生挤压变形并产生电压输出;

S3、可动永磁体阵列以及可动感应线圈对第一高频压电悬臂梁和第二高频压电悬臂梁的两次接触均改变了系统的刚度,使系统等效线性刚度部分从0增加为k1,再增加为k1+k2,其中,k1为第二高频压电悬臂梁对系统等效惯性质量的等效刚度,k2为第一高频压电悬臂梁对系统等效惯性质量的等效刚度,且k2>k1;

S4、可动永磁体阵列与固定永磁体组之间存在斥力的作用,通过磁弹性力与系统等效线性刚度的共同作用,采集器结构最多能够产生七个稳定的平衡位置,惯性质量在各个稳定平衡位置之间的阱间跳跃。