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公開番号2024049272
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-09
出願番号2022170633
出願日2022-10-25
発明の名称バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置
出願人広州大学
代理人弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
主分類H10N 30/30 20230101AFI20240402BHJP()
要約【課題】バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置を提供する。
【解決手段】多安定振動エネルギー収集装置は、ベース1と、ベースに設置された2つの長方体2と、ベースに設置された円筒形の棒3を含む制限部材、2つの長方体及び円筒形の棒で支えられた圧電性バイオニック曲り梁5、中心質量ブロック4及び圧電シート6を含み、バイオニック曲り梁の一端は、長方体に可動に接続され、他端は中心質量ブロック4に固定される。圧電シートは、バイオニック曲り梁に固定された圧電性バイオニック曲り梁と、圧電シートに接続され、圧電性バイオニック曲り梁によって周囲環境の振動を感知し、バイオニック曲がり梁に固定された圧電シートに歪みを発生させる。バイオニック曲り梁は、ウェル内の動きからウェル間の動きに変化する場合、周囲環境の振動エネルギーを効率的に収集して電気エネルギーに変換する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置であって、
ベース（１）と、
前記ベース（１）に設置された支持部材であって、２つの長方体（２）を含む支持部材と、
前記ベース（１）に設置された制限部材であって、円筒形の棒（３）を含む制限部材と、
前記長方体（２）及び円筒形の棒（３）で支えられた圧電性バイオニック曲り梁であって、バイオニック曲り梁（５）、中心質量ブロック（４）及び圧電シート（６）を含み、前記バイオニック曲り梁（５）の一端は長方体（２）に接続され、バイオニック曲り梁（５）と長方体（２）との間に調整可能な接続機構（７）が設置され、前記バイオニック曲り梁（５）において長方体（２）から離れた一端は、中心質量ブロック（４）に固定され、前記圧電シート（６）は、バイオニック曲り梁（５）に固定して取り付けられる圧電性バイオニック曲り梁と、
前記圧電シート（６）に接続された電力収集モジュールとを含むことを特徴とする、バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記バイオニック曲り梁（５）は、曲線型であることを特徴とする、請求項１に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項３】
前記中心質量ブロック（４）には、円筒形の棒（３）を通る中央開口部があり、前記円筒形の棒（３）は、ベース（１）の中心位置にあることを特徴とする、請求項１に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項４】
前記円筒形の棒（３）の表面に黄色ワセリンが塗布されることを特徴とする、請求項３に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項５】
前記圧電シート（６）は、エポキシ樹脂又はポリプロピレンのうちの１種によってバイオニック曲り梁（５）に固定され、圧電シート（６）は、バイオニック曲り梁（５）の上面及び下面に対称に分布し、前記圧電シート（６）の材料はいずれもＰＶＤＦポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする、請求項１に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項６】
前記調整可能な接続機構（７）は、スライドロッド（９）と、移動ブロック（１０）と、挿入ロッド（１１）とを含み、前記長方体（２）においてバイオニック曲り梁（５）に接続された側面外壁に開放式貫通溝（１２）が開けられ、前記貫通溝（１２）の頂部と底部内壁との間にスライドロッド（９）が固定して取り付けられ、前記スライドロッド（９）には、貫通溝（１２）の内壁に密着する移動ブロック（１０）がスライド可能に嵌着され、前記バイオニック曲り梁（５）において中心質量ブロック（４）から離れた一端は、移動ブロック（１０）に固定して接続され、前記長方体（２）の側面外壁、移動ブロック（１０）の側面外壁の中心点及びスライドロッド（９）には、同じ水平線にある貫通孔（１３）が開けられ、長方体（２）、スライドロッド（９）及び移動ブロック（１０）には、同じ水平線にある貫通孔（１３）によって挿入ロッド（１１）が挿入されることを特徴とする、請求項１に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項７】
前記長方体（２）の側面外壁及びスライドロッド（９）に開けられた貫通孔（１３）は、複数群あり、垂直方向で等距離に配列されることを特徴とする、請求項６に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項８】
前記ベース（１）の４つの側面の外壁に複数群の取り付けリング（８）が固定して取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。
【請求項９】
操作プロセスは、
バイオニック圧電振動エネルギー収集装置を取り付け、前記ベース（１）が取り付けリング（８）によって外部振動環境に剛性接続されることを確保するステップと、
外部環境の振動周波数に基づいて、中心質量ブロック（４）の質量を調整し、調整可能な接続機構（７）によってバイオニック曲り梁（５）と長方体（２）との接続高さを調整し、バイオニック圧電振動エネルギー収集装置の共振周波数を環境の励起周波数と一致させ又はそれに近づけるステップと、
第１リード線で前記圧電シート（６）を接続するステップと、
第２リード線で前記誘電部材を接続するステップと、
第１リード線及び第２リード線を前記電力収集モジュールに接続し、出力した電気エネルギーを収集するステップとを含むことを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のバイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測器工学の分野に関し、具体的には、バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
無線センサネットワーク技術は、分散型センサネットワークであり、システムの末端は、外部を感知して監視できる無数のセンサで構成される。センサ間は、無線手段によってネットワーク通信システムを形成し、ネットワークのカバレッジエリア内の環境パラメータを協力して感知、収集、及び処理できるように構成される。機器、又は、温度、圧力、応力、湿度などの環境の様々なパラメータを監視するために、多数のセンサノードが必要であり、各センサノードはいずれも一定量の電気エネルギーを供給する必要がある。
【０００３】
現在、センサノードは主に化学電池で給電するが、ノードの耐用年数と容量制限のある電池との間の競合はますます激しくなっている。一方で、センサノードはサイズが小さいことが多く、大容量の電池を搭載できないため、ノードの耐用年数が制限され、その一方で、電池を頻繁に交換すると、ネットワークのメンテナンスに膨大な作業負荷がかかり、ネットワーク配置コストが間接的に向上する。特に過酷な環境に配置された一部の監視ネットワークでは、メンテナンスごとに膨大な人件費がかかり、その環境が町から遠く離れ又は二次メンテナンスが難しいから、電池さえもまったく交換できず、又は充電操作を行わないために、バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の不足に対して、上記問題を解決するために、本発明は、バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術的解決手段を提供し、バイオニックガル翼に基づいた多安定振動エネルギー収集装置は、
ベースと、
前記ベースに設置された支持部材であって、２つの長方体を含む支持部材と、
前記ベースに設置された制限部材であって、円筒形の棒を含む制限部材と、
前記長方体及び円筒形の棒で支えられた圧電性バイオニック曲り梁であって、バイオニック曲り梁、中心質量ブロック及び圧電シートを含み、前記バイオニック曲り梁の一端は長方体に接続され、バイオニック曲り梁と長方体との間に調整可能な接続機構が設置され、前記バイオニック曲り梁において長方体から離れた一端は、中心質量ブロックに固定され、前記圧電シートは、バイオニック曲り梁に固定して取り付けられる圧電性バイオニック曲り梁と、
前記圧電シートに接続された電力収集モジュールとを含む。
【０００６】
前記バイオニック曲り梁は、曲線型で、ガルの翼を大きく上下させる動作を模倣するように設計されたものである。
【０００７】
前記中心質量ブロックには、円筒形の棒を通る中央開口部があり、前記円筒形の棒は、ベースの中心位置にある。
【０００８】
好ましくは、前記円筒形の棒の表面に黄色ワセリンが塗布され、中心質量ブロックとの接触摩擦力を低減する。
【０００９】
好ましくは、前記圧電シートは、エポキシ樹脂又はポリプロピレンのうちの１種によってバイオニック曲り梁に固定され、圧電シートは、バイオニック曲り梁の上面及び下面に対称に分布し、前記圧電シートの材料はいずれもＰＶＤＦポリフッ化ビニリデンである。
【００１０】
好ましくは、前記調整可能な接続機構は、スライドロッドと、移動ブロックと、挿入ロッドとを含み、前記長方体においてバイオニック曲り梁に接続された側面外壁に開放式貫通溝が開けられ、前記貫通溝の頂部と底部内壁との間にスライドロッドが固定して取り付けられ、前記スライドロッドには、貫通溝の内壁に密着する移動ブロックがスライド可能に嵌着され、前記バイオニック曲り梁において中心質量ブロックから離れた一端は、移動ブロックに固定して接続され、前記長方体の側面外壁、移動ブロックの側面外壁の中心点及びスライドロッドには、同じ水平線にある貫通孔が開けられ、長方体、スライドロッド及び移動ブロックには、同じ水平線にある貫通孔によって挿入ロッドが挿入される。
（【００１１】以降は省略されています）

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