[发明专利]一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置

权利要求书

1.一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：包括支撑底座(1)、用于固定压电悬臂梁集能器和幅值检测机构的夹具、压电悬臂梁集能器、幅值检测机构、系统接口电路和能量管理单元；

所述夹具包括依次设置在支撑底座(1)上的第一夹具(2)、第二夹具(3)、第三夹具(4)和第四夹具(5)；其中，第一夹具(2)和第四夹具(5)形状相同且对称设置，第二夹具(3)和第三夹具(4)形状相同且对称设置；

所述压电悬臂梁集能器包括压电悬臂梁(7)、压电元件(6)和第一质量块(10)，压电悬臂梁(7)一端固定在第二夹具(3)与第三夹具(4)之间，压电悬臂梁(7)靠近夹具一端的侧面上紧贴有压电元件(6)；所述幅值检测机构包括两个悬臂梁(8)、轻弹簧(9)、第二质量块(11)，两个悬臂梁(8)分别固定在第一夹具(2)与第二夹具(3)、第三夹具(4)与第四夹具(5)之间；

压电悬臂梁(7)的两个侧面分别设有一个第一质量块(10)；悬臂梁(8)朝向压电悬臂梁(7)一侧与第一质量块(10)相对应的位置设有轻弹簧(9)，轻弹簧(9)与第一质量块(10)能够相互接触；悬臂梁(8)背向压电悬臂梁(7)的一侧与轻弹簧(9)相对应的位置设有第二质量块(11)；

第一质量块(10)和对应的轻弹簧(9)组成系统接口电路的机械开关，第一质量块(10)和对应的轻弹簧(9)分别作为该机械开关的两个电极；

所述系统接口电路和能量管理单元安装在支撑底座(1)上，系统接口电路分别通过导线与压电元件(6)、能量管理单元和机械开关连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述夹具与振动源固定连接，所述压电悬臂梁(7)使用金属材料制成，压电悬臂梁(7)的固有频率远大于悬臂梁(8)的固有频率。

3.根据权利要求1所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述压电能量回收装置包括两个机械开关，每个机械开关分别采用第一质量块(10)和对应的轻弹簧(9)作为电极，当轻弹簧(9)与对应的第一质量块(10)接触时，该机械开关闭合；系统接口电路分别与第一质量块(10)和轻弹簧(9)相连。

4.根据权利要求3所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述系统接口电路包括电容C₁、电感L和六个二极管；其中，二极管D₃、D₅串联，二极管D₄、D₆串联，二极管D₅、D₆的正极并联，二极管D₃、D₄的负极并联，两个并联端分别与电容C₁和能量管理单元并联；

二极管D₃的正极连接压电悬臂梁一端，压电元件(6)通过导线与二极管D₄的正极和电感L的一端相连，电感L的另一端分别连接二极管D₁的负极和D₂的正极，二极管D₁的正极和D₂的负极分别通过导线与两个机械开关相连。

5.根据权利要求1所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述第一质量块(10)为长方体结构，轻弹簧(9)为弧形结构，第一质量块(10)和轻弹簧(9)采用导电材料制成或者第一质量块(10)和轻弹簧(9)的表面覆盖导电材料，轻弹簧(9)与第一质量块(10)的接触面相切。

6.根据权利要求1所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述悬臂梁(8)对称设置于压电悬臂梁两侧，其中一个悬臂梁(8)能够跟随第一质量块(10)在正方向上的运动，另一个悬臂梁(8)能够跟随第一质量块(10)在负方向上的运动。

7.根据权利要求1所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述第一质量块(10)设置在压电悬臂梁(7)远离夹具的一端，第一质量块(10)与压电悬臂梁(7)之间能够良好导电。

8.根据权利要求1所述的一种集成自适应机械开关的压电能量回收装置，其特征在于：所述轻弹簧(9)在初始状态下与第一质量块(10)零距离接触，两个机械开关均闭合。