CN219980666U - 一种基于磁球非线性磁力的压电振动俘能阵列装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。
Description
技术领域
本实用新型涉及压电俘能技术领域，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
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。
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。
实用新型内容
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。
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；
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；
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***活动套设有下弹簧，所述滑杆的上部***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；
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***活动套设有玻璃桶。
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。
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。
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。
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。
优选的，所述底座、底板、玻璃桶和上板的轴线相同。
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。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
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***，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。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的局部剖视图；
图3为本实用新型的左视图；
图4为本实用新型中俘能机构的结构示意图；
图5为本实用新型中激励机构的结构示意图；
图6为本实用新型中上压电片的结构示意图。
图中：1底座、2第一尼龙柱、3底板、4俘能机构、5质量块、6左压电片、7左压电梁，8左压板、9夹具、10第二尼龙柱、11下压电片、12下压电梁、13下磁铁、14上磁铁、15上压电梁、16上压电片、17下压板、18上压板、19支撑机构、20下弹簧、21上弹簧、22限位螺母、23滑杆、24上板、25橡皮绳、26磁球、27玻璃桶、28激励机构。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
请参阅图1-6，一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，底座1的四周通过螺栓固定连接有第一尼龙柱2，第一尼龙柱2的上端通过螺栓固定连接有底板3，底板3的四周通过螺栓固定连接有俘能机构4，底板3的四角通过螺栓固定连接有支撑机构19，底座1的正中间固定连接有激励机构28，俘能机构4设置四组，包括质量块5、左压电片6、左压电梁7，左压板8、夹具9、第二尼龙柱10、下压电片11、下压电梁12、下磁铁13、上磁铁14、上压电梁15、上压电片16、下压板17和上压板18，底板3的中间部分通过螺栓固定连接有第二尼龙柱10，第二尼龙柱10的上端通过螺栓固定连接有夹具9，夹具9的上端右侧通过螺栓连接有左压板8，夹具9和左压板8的中间通过螺栓固定连接有左压电梁7，左压电梁7的右侧表面黏贴有左压电片6，左压电梁7的上端表面黏贴有质量块5，夹具9的上端通过螺栓固定连接有下压板17，夹具9和下压板17的中间通过螺栓固定连接有下压电梁12，下压电梁12的上侧表面黏贴有下压电片11，下压电梁12的右下端黏贴有下磁铁13，下压板17的上端通过螺栓固定连接有上压板18，下压板17和上压板18的中间通过螺栓固定连接有上压电梁15，上压电梁15的上侧表面黏贴有上压电片16，上压电梁15的右上端黏贴有上磁铁14，支撑机构19设置四组，包括下弹簧20、上弹簧21、限位螺母22和滑杆23，底板3的边角处通过螺纹固定连接有滑杆23，滑杆23的下部***活动套设有下弹簧20，滑杆23的上部***活动套设有上弹簧21，滑杆23的顶端通过螺纹固定连接有限位螺母22，激励机构28包括上板24、橡皮绳25、磁球26和玻璃桶27，底座1的正中间固定连接有玻璃桶27，滑杆22的中间部分活动套设有上板24，上板24中间的小孔栓接有橡皮绳25，橡皮绳25的底端栓接有磁球26，磁球26的***活动套设有玻璃桶27。
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，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，支撑机构19设置四组，分别设置在底板3的四个顶点位置，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，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，底座1、底板3、玻璃桶27和上板24的轴线相同，左压电梁7、下压电梁12和上压电梁15均采用黄铜材料，上磁铁14、下磁铁13和磁球26均采用铷铁硼材料，左压电片6、下压电片11和上压电片16型号均为PZT-5H，本实用新型通过俘能机构、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收集，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收集效率。
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***，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。
综上所述：该多功能旋转磁激励振动俘能实验台通过底座1、第一尼龙柱2、底板3、俘能机构4、质量块5、左压电片6、左压电梁7，左压板8、夹具9、第二尼龙柱10、下压电片11、下压电梁12、下磁铁13、上磁铁14、上压电梁15、上压电片16、下压板17、上压板18、支撑机构19、下弹簧20、上弹簧21、限位螺母22、滑杆23、上板24、橡皮绳25、磁球26、玻璃桶27、激励机构28的配合，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。
以上所述仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (7)
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)；
所述俘能机构(4)设置四组，包括质量块(5)、左压电片(6)、左压电梁(7)，左压板(8)、夹具(9)、第二尼龙柱(10)、下压电片(11)、下压电梁(12)、下磁铁(13)、上磁铁(14)、上压电梁(15)、上压电片(16)、下压板(17)和上压板(18)，所述底板(3)的中间部分通过螺栓固定连接有第二尼龙柱(10)，所述第二尼龙柱(10)的上端通过螺栓固定连接有夹具(9)，所述夹具(9)的上端右侧通过螺栓连接有左压板(8)，所述夹具(9)和左压板(8)的中间通过螺栓固定连接有左压电梁(7)，所述左压电梁(7)的右侧表面黏贴有左压电片(6)，所述左压电梁(7)的上端表面黏贴有质量块(5)，所述夹具(9)的上端通过螺栓固定连接有下压板(17)，所述夹具(9)和下压板(17)的中间通过螺栓固定连接有下压电梁(12)，所述下压电梁(12)的上侧表面黏贴有下压电片(11)，所述下压电梁(12)的右下端黏贴有下磁铁(13)，所述下压板(17)的上端通过螺栓固定连接有上压板(18)，所述下压板(17)和上压板(18)的中间通过螺栓固定连接有上压电梁(15)，所述上压电梁(15)的上侧表面黏贴有上压电片(16)，所述上压电梁(15)的右上端黏贴有上磁铁(14)；
所述支撑机构(19)设置四组，包括下弹簧(20)、上弹簧(21)、限位螺母(22)和滑杆(23)，所述底板(3)的边角处通过螺纹固定连接有滑杆(23)，所述滑杆(23)的下部***活动套设有下弹簧(20)，所述滑杆(23)的上部***活动套设有上弹簧(21)，所述滑杆(23)的顶端通过螺纹固定连接有限位螺母(22)；
所述激励机构(28)包括上板(24)、橡皮绳(25)、磁球(26)和玻璃桶(27)，所述底座(1)的正中间固定连接有玻璃桶(27)，所述滑杆(23)的中间部分活动套设有上板(24)，所述上板(24)中间的小孔栓接有橡皮绳(25)，所述橡皮绳(25)的底端栓接有磁球(26)，所述磁球(26)的***活动套设有玻璃桶(27)。
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。
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