一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器

本发明涉及一种压电-电磁式复合俘能器，具体涉及一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，属于流致振动俘能。

背景技术：

1、流致振动能量俘获技术能够将环境振动能量转化为有用的电能，能够持续稳定地为微机电系统自供能。目前很多学者大都采用涡激振动和驰振进行研究，较少涉及颤振。相比较于涡激振动和驰振，颤振是一种大幅值、自激励、发散的振动形式，但颤振临界风速较高。激发颤振大都选择翼型或悬臂板，而如何选择合适的钝体形状和设计高效的俘能构型是目前存在的瓶颈难题。

2、选择翼型钝体形状能够发生二自由度摆动-扭转运动，利用压电或电磁俘能形式，能够进行振动能量俘获。但目前都采用单一的压电或电磁俘能，存在功能单一、颤振临界风速高、俘获能量较低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，以解决俘能器存在功能单一、颤振临界风速高、俘获能量较低等问题。

2、为了实现上述目的，技术方案如下：

3、一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，包括机翼、机翼轴、机翼轴支架、扭转弹簧、扭转弹簧支架、悬臂板、压电片、悬臂板夹具、底座夹具、线圈和磁铁；所述机翼由机翼轴安装孔与机翼轴过盈配合，通过机翼轴、机翼轴支架、悬臂板和悬臂板夹具固定在底座夹具上；所述扭转弹簧一端插入机翼轴中，另一端由扭转弹簧支架固定在机翼轴支架上；所述线圈通过线圈套筒固定在线圈支架上，线圈支架由线圈支架夹具固定在底座夹具上；所述两个磁铁分别固定在机翼轴两端。

4、进一步的，所述机翼过盈配合在机翼轴上，由两个悬臂板、机翼轴支架竖直支撑；所述悬臂板与机翼轴支架通过悬臂板安装槽连接，能够调节悬臂板的有效长度，并由机翼轴支架安装孔固定。

5、进一步的，所述扭转弹簧是一种螺旋弹簧，一端插入机翼轴中，另一端由扭转弹簧支架固定在机翼轴支架上；所述扭转弹簧用以限制机翼轴大幅值旋转，模拟扭转运动。

6、进一步的，所述线圈固定在线圈套筒中，由线圈支架和线圈支架夹具固定在底座夹具上；所述磁铁分别固定在机翼轴两端；当机翼和机翼轴发生摆动与扭转运动时，线圈和磁铁分别切割磁感线，从而输出电压。

7、进一步的，所述悬臂板是一种一定厚度的钢质板，由悬臂板安装孔和悬臂板夹具固定在底座夹具上；所述压电片粘贴在悬臂板的根部，组成压电俘能器；当机翼发生摆动-扭转运动，驱动悬臂板发生弯曲变形，从而输出电压。

8、本发明所达到的效果为：

9、1、一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器利用压电-电磁式复合俘能，整合压电-电磁式俘能的优势，能够在低风速和高风速下分别俘获能量，拓宽工作频带，提升俘获性能，可广泛应用于复杂多变的风场中进行流致振动能量俘获。

10、2、一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器能够改变悬臂板长度和扭转弹簧长度，改变俘能器等效刚度，影响颤振临界风速；根据放置风场条件，选择合适的悬臂板和扭转弹簧，使其发生颤振，从而提高俘获性能。

技术特征：

1.一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，其特征在于：包括机翼(10)、机翼轴(9)、机翼轴支架(8)、扭转弹簧(12)、扭转弹簧支架(11)、悬臂板(5)、压电片(4)、悬臂板夹具(3)、底座夹具(14)、线圈(13)和磁铁(7)；所述机翼(9)由机翼轴安装孔(17)与机翼轴(9)过盈配合，通过机翼轴(9)、机翼轴支架(8)、悬臂板(5)和悬臂板夹具(3)固定在底座夹具(14)上；所述扭转弹簧(12)一端插入机翼轴(9)中，另一端由扭转弹簧支架(11)固定在机翼轴支架(8)上；所述线圈(13)通过线圈套筒(6)固定在线圈支架(2)上，线圈支架(2)由线圈支架夹具(1)固定在底座夹具(14)上；所述磁铁(7)分别固定在机翼轴(9)两端。

2.根据权利要求1所述的一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，其特征在于，所述机翼(10)过盈配合在机翼轴(9)上，由两个悬臂板(5)、机翼轴支架(8)竖直支撑；所述悬臂板(5)与机翼轴支架(8)通过悬臂板安装槽(15)连接，能够调节悬臂板(5)的有效长度，并由机翼轴支架安装孔(16)固定。

3.根据权利要求1所述的一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，其特征在于，所述扭转弹簧(12)是一种螺旋弹簧，一端插入机翼轴(9)中，另一端由扭转弹簧支架(11)固定在机翼轴支架(8)上；所述扭转弹簧(12)用以限制机翼轴(9)大幅值旋转，模拟扭转运动。

4.根据权利要求1所述的一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，其特征在于，所述线圈(13)固定在线圈套筒(6)中，由线圈支架(2)和线圈支架夹具(1)固定在底座夹具(14)上；所述磁铁(7)分别固定在机翼轴(9)两端；当机翼(10)和机翼轴(9)发生摆动与扭转运动时，线圈(13)和磁铁(7)分别切割磁感线，从而输出电压。

5.根据权利要求1所述的一种翼型颤振压电-电磁式复合俘能器，其特征在于，所述悬臂板(5)是一种一定厚度的钢质板，由悬臂板安装孔(18)和悬臂板夹具(3)固定在底座夹具(14)上；所述压电片(4)粘贴在悬臂板(5)的根部，组成压电俘能器；当机翼(10)发生摆动-扭转运动，驱动悬臂板(5)发生弯曲变形，从而输出电压。

技术总结
一种翼型颤振压电‑电磁式复合俘能器，属于流致振动俘能技术领域，解决现有俘能器存在功能单一、颤振临界风速高、俘获能量低等问题。机翼通过机翼轴、机翼轴支架、扭转弹簧、扭转弹簧支架、悬臂板和悬臂板夹具固定在底座夹具上；机翼轴通过机翼轴安装孔过盈固定在机翼上；扭转弹簧一端插入机翼轴，另一端由扭转弹簧支架固定在机翼轴支架上；线圈通过线圈套筒固定在线圈支架上，线圈支架由线圈支架夹具固定在底座夹具上，两个磁铁分别固定在机翼轴两端；当气流作用于机翼表面时，产生气动力和气动力矩，发生摆动‑扭转运动，驱动悬臂板发生弯曲变形，从而使压电片和线圈输出电压。本发明利用机翼钝体形状发生颤振与采用压电‑电磁式复合俘能，能够降低临界起始风速，提高俘获性能，可广泛应用在自然界复杂低速风场中。

技术研发人员：田海港,王军雷
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16