[發明專利]一種寬頻振動能量搜集裝置

有效

• 申請號: 202110815041.6
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113422490B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 范茂軍;韓志磊;劉玉才
• 申請（專利權）人: 深圳市信為科技發展有限公司
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02N2/18;H02N1/06
• 代理公司: 廣州幫專高智知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44674
• 代理人: 顏德昊

本發明公開了一種寬頻振動能量搜集裝置，屬于能量搜集裝置領域，寬頻振動能量搜集裝置包括質量塊、發電元件、連續變剛度彈簧以及元件封裝體，所述質量塊相對于所述發電元件往復運動時發電，所述質量塊與所述連續變剛度彈簧的一端相連，所述發電元件固定在所述元件封裝體上，所述連續變剛度彈簧的另一端與所述元件封裝體相連，當所述元件封裝體在振動源的作用下振動時，所述質量塊相對于所述發電元件往復運動過程中產生電能。本公開的寬頻振動能量搜集裝置其利用了連續變剛度彈簧具有連續的寬諧振范圍特性，使得其諧振頻率范圍得到展寬，在多種振動設備上均能夠發生諧振，可為小型用電系統長時間提供穩定可用的電源，且能兼顧有多種發電方式，能量轉化率高。

技術領域

本發明涉及能量搜集裝置領域，尤其涉及一種寬頻振動能量搜集裝置。

背景技術

機械或機電設備(以下簡稱：設備)在運動過程中通常會產生振動，這些振動引起的位移可通過振動發電元件將機械能轉化為電能。由于設備工作場景的限制這些設備發生振動的固有頻率通常是固定的，這是由于設備的固有頻率主要與它本身的質量及結構相關，然而這些質量及結構通常在特定的工作場景下是不會變化的，通常對于不同設備其固有頻率隨結構和等效質量的不同而不同?，F有的振動發電元件的振子通常具有固定的諧振頻率，故只有當設備的固有頻率與振動發電元件的諧振頻率一致時，振動發電元件才能產生諧振效應，從而提升振動發電元件的能量轉化效率，然而實際使用時，設備的固有頻率與振動發電元件的諧振頻率很難進行匹配，這就導致振動發電元件發電量小或者發電量不穩定，很難收集這種電能為數據獲取/傳輸單元提供電源。

隨著信息化的發展，很多設備上都需要安裝各類型數據獲取/傳輸單元，安裝數據獲取/傳輸單元分布在設備的不同位置，對于具有振動特征的設備若要通過布線的方式為每個數據獲取/傳輸單元供電，不僅需設置復雜線路，而且易出現線路損壞，而若采用電池供電的方式為每個數據獲取/傳輸單元供電，就會受到電池固有壽命的約束及影響。然后現有壓電振動發電元件往往又采用壓電材料或靜電發電的技術，由于壓電材料或者靜電發電元件的電氣阻抗高，而用電設備阻抗低，因此不能達到隨發電隨使用的效果，它們需要較大的儲能元件配合，才能為特定振動場合的數據獲取/傳輸單元提供電源。

中國專利文獻公開號CN103460592B一種壓電發電裝置，能夠通過增大發電元件的位移來獲得大的發電量。壓電發電裝置具備共振器，其在底座部件上經由彈簧單元支承有第一錘部件；第二錘部件；以及發電元件，其具有振動板，在該振動板的主面粘貼有壓電元件，振動板的一端被固定于第一錘部件，在作為自由端的另一端安裝有第二錘部件，該發電元件能夠在上下方向彎曲振動。第一錘部件以與發電元件的彎曲振動面垂直的軸為中心以規定的振動頻率擺動，該方案采用第二錘部件增加對發電元件的振動以提高發電能力。中國專利文獻CN102342011B公開了一種振動發電器、振動發電裝置、以及裝載有該振動發電裝置的電子設備與通信裝置，包括：第一基板；第一電極，其配置于第一基板上；第二基板，其與第一基板分離開并對置地配置；以及第二電極，其配置于第二基板上，第一基板相對于第二基板可振動，且第一電極與第二電極的一方包含保持了電荷的膜，振動發電器還包括：第三電極，其配置于第一基板上，且包含保持了電荷的膜；以及第四電極，其配置于第二基板上，且包含保持了電荷的膜，其中按照在外力未對第一基板進行作用時，將第一基板保持在規定的位置，而在外力對第一基板進行作用而第一基板相對于第二基板進行了移動時，將第一基板返回至規定的位置的靜電力發生作用的方式來配置第三電極與第四電極。其通過第一基板相對于第二基板相對振動導致相對位置改變而產生電荷。無論采用哪種方式進行發電，由于振子振動的某些固有頻率特征其只有在發生共振的情形下才能實現短暫高頻輸出，這種短暫的高頻輸出很難形成穩定的供電電能，使得數據獲取/傳輸單元很難利用這些電能。

上述利用壓電材料的自發電裝置，其技術核心是利用對壓電元件的撞擊進行，然而壓電元件的等效電路是電容，然而電容作為一種無功元件所產生的電荷，瞬間電荷量巨大故也往往需要配合的儲能電容器的體積十分大，而很難給數據獲取/傳輸單元進行長時間穩定的供電。此外，振動發電元件若采用切割磁感線的方式進行供電，由于振子形成諧振效應的概率小其發電量極其有限。

發明內容