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专利号: 2017111905951
申请人: 杭州电子科技大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种碰撞升频式双稳态压电俘能器,由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成,其特征在于:所述的圆形外壳底座包括一体成型的圆环形外壳和圆形底座;转轴与圆形底座同轴设置,且转轴与圆形底座构成转动副;所述的摆砣包括一体成型的第一半圆柱和第二半圆柱,第一半圆柱的半径比转轴半径大2~4mm,第二半圆柱的半径比圆环形外壳的内径小4~6mm;摆砣开设的中心孔一半位于第一半圆柱上,另一半位于第二半圆柱上;

摆砣的中心孔固定在转轴上,第二半圆柱的柱面上开设一个圆孔,圆孔的中心轴线位于第二半圆柱的对称面上;圆孔内嵌一块磁铁;圆环形外壳内侧壁固定有对称设置的两个拨片组;所述的拨片组包括沿转轴周向等距排布的三片拨片,同个拨片组的相邻拨片所夹圆心角为β,β在20~45°之间取值;拨片组内中间位置的拨片侧面水平设置;两个拨片组顶部及底部最近的两片拨片所夹圆心角均为180°‑2β;同个拨片组每相邻的两片拨片间设有一根压电梁;同个拨片组对应的两根压电梁所夹圆心角为β,且不同拨片组对应的压电梁中,有两根压电梁所夹圆心角为180°;压电梁的内端与转轴连接,外端悬空,形成悬臂梁结构;拨片相对转轴的轴向位置与压电梁相对转轴的轴向位置对应;转轴径向方向上,拨片与转轴轴心的距离小于压电梁外端端面与转轴轴心的距离;在圆环形外壳内侧壁底部位置固定一块磁铁,第二半圆柱上的磁铁与圆环形外壳内侧的磁铁相向端的磁极相同;初始状态时,摆砣重心和转轴轴心连线与竖直面的夹角为α/2,α=β‑k,k在0.5~2°之间取值。

2.根据权利要求1所述的一种碰撞升频式双稳态压电俘能器,其特征在于:α根据第二半圆柱上的磁铁大小、圆环形外壳内侧的磁铁大小、两块磁铁的间距以及两块磁铁的磁感应强度调节。

3.根据权利要求1或2所述的一种碰撞升频式双稳态压电俘能器的俘能方法,其特征在于:该方法具体如下:

人体携带时将摆砣竖直放置;第二半圆柱上的磁铁与圆环形外壳内侧的磁铁相互排斥磁力作用,使得摆砣势能存在两个势阱和一个势垒,两个势阱位置分别位于圆环形外壳内侧磁铁的两侧,势垒位置位于圆环形外壳内侧的磁铁位置处;

当人体摆动带给摆砣的激励小于越过势垒高度所需临界值时,摆砣在人体摆动频率下绕转轴在其中一个势阱内做摆动,从而通过转轴带动压电梁与拨片发生碰撞,致使压电梁高频振动产生电能,提高输出功率;

当人体摆动带给摆砣的激励大于越过势垒高度所需临界值时,摆砣发生两个势阱间周期或混沌运动,增加压电梁与拨片之间的撞击力,收集更多的摆动能,进一步提高输出功率,拓宽有效俘能频带;

当人体摆动带给摆砣的激励减弱到小于越过势垒高度所需临界值时,摆砣在人体摆动频率下绕转轴在其中一个势阱内做摆动,也有同样数量的压电梁与对应拨片发生碰撞,致使压电梁高频振动。