[发明专利]一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置

说明书

本发明提供一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，包括：外磁盘、内磁体支撑、曲张式压电能量转换装置、永磁体组；内磁体支撑和外磁盘以一定间距依次套设在转子系统的转轴上，内磁体支撑与转轴固定连接作为驱动部件，外磁盘通过设于中心处的轴承与转轴转动连接作为从动部件；驱动部件通过永磁体组之间的磁斥力驱动从动部件转动；曲张式压电能量转换装置固定粘接于外磁盘内部的弧形槽内，下侧与弧形永磁体固定粘接；永磁体组之间的磁斥力造成对曲张式压电能量转换装置的挤压；本发明能够通过永磁体组提供的正负刚度的共同作用实现对转子系统的扭振抑制，同时将振动能量俘获作为电能为系统电子设备供能。

技术领域

本发明涉及减振结构技术领域及压电陶瓷材料，尤其涉及一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置。

技术背景

转子系统在运行过程中振动过大，不仅容易导致系统故障，而且严重降低了旋转机械的使用寿命。转子系统的有效振动抑制已成为工业发展中亟待解决的问题。磁耦合式非线性能量阱作为一种被动吸振器，因其结构简单且具有良好的宽频抑振效果，故利用磁耦合式非线能量阱实现对机械振动抑制的研究较多。随着无线和MEMS技术的发展，能量俘获技术可以作为传统电池的替代品，超低功耗的便携式电子产品和无线传感器使用传统电池作为电源，但电池的寿命有限，与设备的工作时间相比较短，更换或者给电池充电的做法效率低，并且有时很难实现，为此在航空航天及汽车等工业领域，如果能将转子系统中的振动能量转换为电能，为系统中的电子设备例如传感器等供电，则既可以避免能量的浪费，又同时满足自身的电能需求。利用压电材料的压电效应将机械振动能量转化为电能是能量俘获的有效方法之一，但目前针对转子系统的扭振抑制及其振动能量俘获的案例尚未出现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于磁非线性、结构简单的用于转子系统的扭振抑制结构，同时作为能将转子系统产生的振动能量转换为电能为自身系统的电子设备供能的一种俘能装置。

本发明提供一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，包括：外磁盘、内磁体支撑、曲张式压电能量转换装置；所述外磁盘和内磁体支撑以一定间距依次套设在转子系统的转轴上，所述外磁盘通过设于中心处的轴承与转轴转动连接，所述内磁体支撑与转轴固定连接，所述外磁盘为圆盘状，所述内磁体支撑由四根短直梁与圆环为一体组成，被视为刚体，短直梁沿圆环半径方向均匀设置；所述外磁盘内侧环形面开有弧形切槽，所述外磁盘外侧圆面开有圆孔，弧形切槽与圆孔一一对应，并以转轴为轴心沿圆周均匀分布，所述曲张式压电能量转换装置由外金属层、压电陶瓷、内金属层组成，所述曲张式压电能量转换装置与弧形槽固定粘接，所述弧形永磁体A与曲张式压电能量转换装置固定粘接，所述弧形永磁体B与内磁体支撑的圆环固定粘接，所述弧形永磁体A和弧形永磁体B两两一组相对设置且极性相互排斥，所述外磁盘内部扇形凸台侧面与内磁体支撑的短直梁侧面上设有数量相同的矩形永磁体，所述外磁盘内部扇形凸台侧面与内磁体支撑的短直梁侧面的矩形永磁体两两一组相对设置且极性相互排斥。

在本发明的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变矩形永磁体的间距来改变正刚度。

在本发明的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变矩形永磁体的材料来改变正刚度。

在本发明的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变弧形永磁体的间距来改变负刚度。

在本发明的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变弧形永磁体的材料来改变正刚度。

在本发明的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，转子系统运作后，转轴将动力传递给内磁体支撑，内磁体支撑通过其短直梁上的矩形永磁体与外磁盘上扇形凸台侧面上的矩形永磁体之间的磁斥力，将动力传递给外磁盘，形成正刚度。