[發明專利]一種低頻、多方向振動的能量收集裝置

有效

• 申請號: 201911420965.5
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111064385B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 秦利鋒;楊帆;林茂宇
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明提供了一種低頻、多方向振動的能量收集裝置，包括腔體以及設置于腔體內部的液體、支撐柱、浮塊、杠桿、轉動軸、傳動結構、單個能量轉換裝置；液體覆蓋在腔體底部與浮塊之間的區域；支撐柱的一端與腔體的底部配合固定，另一端固定于所述杠桿；浮塊一面懸浮在液體的表面，另一面與杠桿的一端配合固定；杠桿遠離浮塊的一端通過傳動結構與能量轉換裝置連接；能量轉換裝置遠離傳動結構的一端固定在腔體的內側壁；當受到外界振動激勵時，液體發生晃動，浮塊跟隨著液體的晃動而帶動杠桿上下擺動，進而杠桿又會通過傳動結構帶動能量轉換裝置發生運動產生電能。應用本技術方案可實現利用單個能量轉換裝置將外界環境中低頻、多方向振動機械能轉換為電能。

技術領域

本發明涉及能量轉換領域，具體是指一種低頻、多方向振動的能量收集裝置。

背景技術

5G技術的突破以及物聯網的發展，不久的未來將會在全球范圍布置大量的無線傳感器器形成萬物相連的傳感器網絡，實現生活、工作中各個角落的實時監測與互通。目前，絕大多數的傳感器都是采用傳統的電池供電，而傳統的電池存在壽命短、需要定期更換、更換麻煩、破壞環境等問題，會增加無線傳感器網絡的維護、回收成本，這也將制約物聯網的進一步發展。為了解決采用傳統電池給無線傳感器供電所帶來的問題，研究人員提出了振動能量收集技術作為解決該問題的方案之一。

振動能量收集技術是通過收集環境中普遍存在的振動機械能，通過壓電轉換、電磁轉換、靜電轉換等方式將振動機械能轉換為電能進而實現為傳感器供能，整個轉換的過程中安全、無污染，因此振動能量收集技術被認為是非常有潛力替代傳統電池為無線電子設備供能的綠色能源技術。

振動能量收集技術中最典型結構為自由端加質量塊的懸臂梁結構，該結構只能在單方向上發生振動，因此僅僅依賴懸臂梁結構只能實現單向的振動能量收集。但是在實際的應用環境中，普遍存在的振動激勵是多方向的，傳統的懸臂梁結構很難發揮作用。為此，研究人員提出了不同的新結構來實現多方向振動能量收集，其中有一種結構是采用在空間上陣列式分布能量轉換裝置，每個能量轉換裝置對應著不同的角度，然后將每個能量轉換裝置接入到能量管理電路當中；當某一位方位的能量轉換裝置的有效振動方向與外界激勵方向接近時，該能量轉換裝置則可以發揮作用，實現振動機械能到電能的轉換；但是其他方位布置能量轉換裝置的有效振動方向與激勵方向偏離較遠，基本不發揮作用，這個時候則會出現每個能量轉換裝置出現不同的工作狀態，將這些不同工作狀態下的能量轉換裝置配合在一起使用的時候，對于能量管理電路的設計復雜程度將會大大增加，要么選擇增加能量管理電路的數量來一一匹配每個能量轉換裝置，要么提升能量管理電路的性能使其能夠同時匹配上不同工作狀態下的能量轉換裝置，不管采用以上哪種方式都將提升整個振動能量收集裝置的復雜程度以及制造成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低頻、多方向振動的能量收集裝置，實現利用單個能量轉換裝置將外界環境中多方向振動機械能轉換為電能。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種低頻、多方向振動的能量收集裝置，包括腔體以及設置于腔體內部的液體、支撐柱、浮塊、杠桿、轉動軸、傳動結構、單個能量轉換裝置；所述杠桿繞著圓心呈旋轉對稱分布；多個所述的支撐柱沿中心對稱分布；

所述液體覆蓋在腔體底部與浮塊之間的區域；所述支撐柱的一端與腔體的底部配合固定，所述支撐柱的另一端固定于所述杠桿；所述浮塊一面懸浮在液體的表面，所述浮塊的另一面與杠桿的一端配合固定；所述杠桿遠離所述浮塊的一端通過傳動結構與能量轉換裝置連接；所述能量轉換裝置遠離所述傳動結構的一端固定在所述腔體的內側壁；當受到外界低頻、多方向的振動激勵時，覆蓋在腔體內部的液體發生晃動，浮塊跟隨著液體的晃動而帶動杠桿上下擺動，進而杠桿又會通過傳動結構帶動與傳動結構連接的能量轉換裝置發生運動從而產生電能；

所述杠桿上設置有連接孔，所述支撐柱與杠桿連接的一端設置有連接腔，所述連接腔的兩側設置有連接配合孔，所述杠桿穿過所述連接腔，一轉動軸依次插入所述連接配合孔及連接孔，所述杠桿以所述轉動軸為中心實現上下擺動。