[发明专利]一种非线性磁机耦合的复合式俘能器

说明书

本发明公开了一种非线性磁机耦合的复合式俘能器，包括竖直设置的框架；框架内设有水平设置的双平行悬臂梁；双平行悬臂梁包括两个水平梁，靠近所述水平梁的固定端的所述水平梁上表面设有压电片，两个水平梁的自由端沿框架长度方向延伸且分别与一质量块的上下两端连接，双平行梁的自由端的上、下表面分别设有上动圆柱磁体和下动圆柱磁体；质量块的竖直方向的中心位置嵌有动磁块，与质量块水平相对的框架侧壁上设有至少两个静磁块。本发明采用双平行悬臂梁作为振动结构，利用静磁块和动磁块间的相互作用力，使得双平行悬臂梁在运动过程中具有双稳态特性，可以在大幅度振动过程中实现电磁俘能和压电俘能。

技术领域

本发明属于非线性压电-电磁复合式俘能技术领域，具体涉及一种非线性磁机耦合的复合式俘能器。

背景技术

近些年，随着微电子和微加工技术的发展，大规模无线传感器网络、可移动电子设备、微机电系统(MEMS)等得到快速发展，被广泛应用于环境监测、军事国防、生物医疗、远程控制、抢险救灾以及工农业等诸多领域。现在，普遍的微电子产品使用传统的化学电池进行供电。然而由于化学电池体积大、重量重、使用寿命短、以及废旧电池带来的环境污染等问题极大的影响了微电子产品的广泛使用。

能量收集是将微电子器件工作环境中的自然能量，比如：声能、光能、热能、化学能、生物能、机械能等各种形式的能量收集起来，转化为电子器件可利用的电能，保证其正常工作。其中，振动能在日常生活和工程实际中广泛存在，不易受位置、天气等因素的影响，并且具有较高的能量密度。根据能量转换原理不同，振动俘能器可分为压电式、电磁式、静电式等类型。压电俘能器大多数是以单自由度线性系统为基础，其工作频带非常窄。电磁俘能器的输出电流大，但是输出电压小。。

发明内容

针对传统线性压电俘能结构存在的俘能带宽窄和俘能效率低的问题，本发明提供一种非线性磁机耦合的复合式俘能器，该结构不仅具有较大的工作带宽，同时还具有高的俘能效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种非线性磁机耦合的复合式俘能器，包括竖直设置的框架；

所述框架内设有水平设置的双平行悬臂梁；

所述双平行悬臂梁包括两个水平梁，两个所述水平梁的固定端分别与所述框架侧壁中部上下两侧连接(即两个所述水平梁关于经过所述框架侧壁中部的水平面对称)，两个所述水平梁的自由端沿所述框架长度方向延伸且分别与一质量块的上下两端连接，所述质量块的高度等于两个所述水平梁的间距，两个所述水平梁的自由端远离所述质量块的一侧分别设有上动圆柱磁体和下动圆柱磁体；

所述框架上端内表面设有与所述上动圆柱磁体同轴的上静圆柱磁体，所述上静圆柱磁体外设有与所述框架上端内表面连接的上感应线圈；

所述框架下端内表面设有与所述下动圆柱磁体同轴的下静圆柱磁体，所述下静圆柱磁体外设有与所述框架下端内表面连接的下感应线圈；

所述下静圆柱磁体与所述上静圆柱磁体关于所述双平行悬臂梁对称。

与所述质量块相对的所述框架侧壁上设有至少两个沿竖直方向均匀分布的静磁块安装槽，所述静磁块安装槽内设有静磁块，相邻两个所述静磁块的水平对称面上设有一个动磁块(即相邻两个所述静磁块与所对应的所述动磁块的竖直距离分别相等)，所述动磁块位于所述质量块的远离所述水平梁的固定端一侧的动磁块安装槽内；

靠近所述水平梁的固定端的所述水平梁上表面设有压电片。

所述静磁块与所述动磁块的磁化方向相反。

所述水平梁为弹性梁。所述水平梁的材质为金属材料。

两个所述水平梁的自由端通过所述质量块刚性连接，在所述双平行悬臂梁运动过程中，两个所述水平梁的自由端角度始终保持不变，能够进行平动。