[发明专利]以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置

说明书

本发明提供了一种以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置，包括腔体以及设置于腔体内部的液体、绝缘支撑杆、阵列式能量转换装置、浮块；液体覆盖在腔体的底部与浮块之间的区域；将阵列式能量转换装置固定在距离腔体底部的一定高度处并与水平面保持平行；浮块的一面与阵列式能量转换装置固定连接，浮块的另一面悬浮在液体表面；当受到外界振动激励时，悬浮在液体中的浮块跟随着液体的晃动而带动与其固定连接的阵列式能量转换装置发生运动从而产生电能，实现低频、多方向的振动能量收集。应用本技术方案可实现高效地俘获环境中的低频、多方向振动能量并转化电能，从而实现外界的振动机械能到电能的转换。

技术领域

本发明涉及能量收集领域，具体是指一种以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置。

背景技术

随着物联网的时代来临以及无线传感器、便携式电子设备的发展，未来将会有数以万亿的无线电子设备应用到工作和生活的各个领域，比如在交通、军事、海洋、建筑物健康监测、智能穿戴、地震等方面都将发挥重要的作用。但是，目前各类无线传感器以及便携式电子设备都是依赖传统的电池供电，而传统的电池存在寿命短、污染大、定期更换等缺点，在很大程度上限制了无线电子设备的发展，针对无线电子设备的供能问题，研究人员提出的振动能量收集技术被认为行之有效的解决方案之一。

振动能量收集技术是通过能量转换机制将外界环境中普遍存在的振动机械能转换为电能进而为无线电子设备供能，由于振动能量收集转装置利用的是环境中无污染、长期且普遍存在振动机械能，而且在整个能量收集以及能量转换的过程中无任何污染物质的产生，因此振动能量收集技术是一种绿色、环保并且可以长期供能的技术。其中，振动能量收集技术中能量转换的方式包括电磁式、压电式以及静电式等方式。目前，国内外研究人员所提出的振动能量收集技术中的俘能模块都是利用悬臂梁加质量块的结构，但是受限于该结构的缺陷，只能实现单方向的振动能量收集。而在实际的应用环境中，振动激励类型大多数是低频、多方向的，而且振动的强度和方向会时刻发生变化，比如人体的运动、轮船的摆动、海浪的波动、风的流动等，因此仅仅依赖传统的悬臂梁加质量块结构的振动能量收集器在这种方向多变的环境中俘能效率和能量转换效率会非常低。为此，研究人员提出了不同的俘能结构来实现低频、多方向的振动能量收集，比如南京航空航天大学的刘祥建提出的蒲公英型和Rainbow型压电振动能收集装置，通过采用在空间阵列式分布压悬臂梁方式来实现多方向的振动能量收集，并且取得了良好的效果，但是该装置在低频的环境下很难发挥作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置，可实现高效地俘获环境中的低频、多方向振动能量并转化电能，从而实现外界的振动机械能到电能的转换。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置，包括腔体以及设置于腔体内部的液体、绝缘支撑杆、阵列式能量转换装置、浮块；

所述液体覆盖在腔体的底部与浮块之间的区域；所述绝缘支撑杆的一端与腔体底部固定连接，所述绝缘支撑杆的另一端与阵列式能量转换装置的中心位置连接，将阵列式能量转换装置固定在距离腔体底部的一定高度处并与水平面保持平行；所述浮块的一面与阵列式能量转换装置固定连接，所述浮块的另一面悬浮在液体表面；当受到外界低频、多方向的振动激励时，覆盖在腔体内部的液体发生晃动，悬浮在液体中的浮块跟随着所述液体的晃动而带动与其固定连接的阵列式能量转换装置发生运动从而产生电能，实现低频、多方向的振动能量收集。

在一较佳的实施例中，所述阵列式能量转换装置包括沿中心对称设置的多个悬臂梁，所述浮块的数量与所述悬臂梁数量相同，所述浮块与所述悬臂梁一一对应固定，所述浮块悬浮于所述液体表面，所述浮块背向所述液体的一面与所述悬臂梁固定。