[發明專利]一種對稱結構振動能量收集裝置

在審

• 申請號: 202010928740.7
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112187097A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 石小青;饒鋒豪;甄禹同;郭鑫雨
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種對稱結構振動能量收集裝置，包括支撐梁、第一壓電片、第二壓電片、導軌、第一彈簧、第二彈簧、第一磁鐵、第二磁鐵、多個端部磁鐵、框架和蓄能裝置；支撐梁安裝在框架內，第一壓電片和第二壓電片分別安裝在支撐梁的上、下兩側；第一磁鐵位于第一壓電片上面，第二磁鐵位于第二壓電片下面；導軌依次穿過第一磁鐵、第一壓電片、支撐梁、第二壓電片、第二磁鐵、且與支撐梁垂直布置，導軌的兩端與框架連接；第一彈簧安裝在導軌的上部，第二彈簧安裝在導軌的下部；第一壓電片和第二壓電片分別與蓄能裝置連接。本發明在機械設備工作時，有效的將逸散在環境中的機械振動能量轉換為電能，并為機械設備中的小型傳感器或微小機電系統進行供電。

技術領域

本發明屬于振動能量收集技術領域，尤其涉及一種對稱結構振動能量收集裝置。

背景技術

隨著可持續發展戰略以及節能環保的倡導，小型機電系統與傳感器的應用數量大幅上升。以往的小型傳感器和微小機電系統通常靠普通的化學電池供電，主要有以下不足：①輸出電壓不穩定，會隨著使用時間的增加而降低，難以達到一些要求供電電壓恒定的精密傳感器的使用要求；②使用壽命相對較短，需經常拆裝電池，難以滿足一些安裝位置不便的微小型傳感器的使用要求；③容易對環境造成污染。基于上述原因，可為持續型傳感器和微小機電系統供電的能量收集的研究是非常必要和具有實用價值的。

近二十年來，關于能量收集的的研究與應用越來越豐富，包括太陽能，風能，熱能，機械能等，其中，機械振動能由于存在領域廣，易收集等特點使其被廣泛研究。關于機械振動能量轉化為電能的方式主要分為三類，分別是電磁式，壓電式和靜電式。利用壓電式振動能量收集裝置將機械振動能量收集并轉換為電能，有望替代電池為汽車或其他旋轉機械中的小型傳感器或微小機電系統提供潛在的能量。

以往的壓電式振動能量收集裝置中，懸臂梁夾質量塊結構的研究也最為豐富，但傳統的懸臂梁夾質量塊結構在能量收集過程中有較大的局限性，其收集頻帶較窄且不好調整相關參數以拓寬收集頻帶和調整最適合的激勵頻率范圍。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種對稱結構振動能量收集裝置，在機械設備工作時，有效的將逸散在環境中的機械振動能量轉換為電能，并為機械設備中的小型傳感器或微小機電系統進行供電。

本發明的技術方案是：一種對稱結構振動能量收集裝置，包括支撐梁、第一壓電片、第二壓電片、導軌、第一彈簧、第二彈簧、第一磁鐵、第二磁鐵、多個端部磁鐵、框架和蓄能裝置；所述支撐梁橫向安裝在框架內的中間部位，所述第一壓電片和第二壓電片分別安裝在支撐梁的上、下兩側；所述第一磁鐵位于第一壓電片上面，所述第二磁鐵位于第二壓電片下面；所述導軌依次穿過第一磁鐵、第一壓電片、支撐梁、第二壓電片、第二磁鐵、且與支撐梁垂直布置，所述導軌的兩端與框架連接；所述第一彈簧安裝在導軌的上部、且第一彈簧的兩端分別抵住支撐梁和第一磁鐵，第二彈簧安裝在導軌的下部、且第二彈簧的兩端分別抵住支撐梁和第二磁鐵；所述端部磁鐵的數量為四的倍數，至少四個端部磁鐵，端部磁鐵平均分成兩排，一排端部磁鐵安裝在框架一側、且對稱布置在第一彈簧的兩側；另一排端部磁鐵安裝在框架另一側、且對稱布置在第二彈簧的兩側；所述第一磁鐵和第二磁鐵的磁性相吸；第一彈簧兩側的端部磁鐵與第一磁鐵的磁性相吸；第二彈簧兩側的端部磁鐵與第二磁鐵的磁性相吸；所述第一壓電片和第二壓電片分別與蓄能裝置連接。

上述方案中，還包括整流裝置；所述第一壓電片和第二壓電片分別通過整流裝置與蓄能裝置連接。

上述方案中，所述支撐梁、第一壓電片和第二壓電片的末端通過吊耳與框架連接。

進一步的，所述支撐梁、第一壓電片和第二壓電片的一端通過第一吊耳和第二吊耳上下夾緊，再通過螺栓擰緊，支撐梁、第一壓電片和第二壓電片的另一端通過第三吊耳和第四吊耳上下夾緊，再通過螺栓擰緊。

上述方案中，所述第一磁鐵粘貼在第一壓電片上面，所述第二磁鐵粘貼在第二壓電片下面。