[发明专利]一种振动取能装置、供电电源及温度传感器

说明书

本发明公开了一种振动取能装置、供电电源及温度传感器，振动取能装置包括：壳体通过卡接件与输电线路卡接固定，悬臂梁一端与壳体的侧板固定连接，悬臂梁的上侧面、下侧面均敷设一层压电晶体，悬臂梁的自由端固定有质量块，悬臂梁自由端的上方、下方分别设有与质量块位置对应的上限位弹簧、下限位弹簧，上限位弹簧固定于壳体顶板上，下限位弹簧固定于壳体底板上；悬臂梁随着输电线路振动，压电晶体在跟随悬臂梁振动过程中产生形变，将压力转换为电能；上限位弹簧与下限位弹簧均用于通过与质量块之间的能量转换，减少悬臂梁的能量损失，以及防止悬臂梁断裂。

技术领域

本发明涉及电力自供能传感器技术领域，具体涉及一种振动取能装置、供电电源及温度传感器。

背景技术

输配电设备传感器的持续稳定供电是当前电力传感领域亟待解决的问题。目前使用的无线传感器网络节点大都是采用电池或者电缆供电，但在一些应用场合，如野外高压线路及电力变压器等绝缘要求较高的场合难以取电，一方面大量传感器的布线难以实现，另一方面即使采用电池供电，定期大规模的电池更换也相当困难。可以考虑通过输电线路工作过程中存在的频繁振动能，借助合理的能量转换装置给传感器供电，解决监测布线难、供电难的问题。

振动能量是输电线路等场景下天然存在的一种能量，收集的方式包括压电式、电磁式、静电式等。压电式能量收集器一般采用悬臂梁结构，与其他能量收集方式相比，具有结构简单，能量密度高，可采用微机械(MEMS)加工工艺制作等优点，成为近年能量收集领域的研究热点。目前，部分基于压电效应的振动能量收集器都存在着一些缺点：(1)悬臂梁及压电晶体在振幅过大的情况下容易断裂；(2)现有的压电能量收集器的输出功率不稳定，难以满足能量存储及持续驱动感知器件的要求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的压电式能量收集器悬臂梁容易断裂、取能效率低、输出功率不稳定等缺陷，解决输配电设备传感器不易取电的问题，从而提供一种振动取能装置、供电电源及温度传感器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种振动取能装置，包括：壳体、悬臂梁、压电晶体、质量块、限位弹簧、卡接件，其中，壳体包括顶板、底板、侧板，壳体通过卡接件与输电线路卡接固定；悬臂梁设置于壳体内部，悬臂梁一端与壳体的侧板固定连接，悬臂梁的上侧面、下侧面均敷设一层压电晶体；悬臂梁的自由端固定有质量块，悬臂梁的自由端的上方、下方分别设有与质量块位置对应的上限位弹簧、下限位弹簧，上限位弹簧固定于壳体顶板上，下限位弹簧固定于壳体底板上；悬臂梁随着输电线路振动，压电晶体在跟随悬臂梁振动过程中产生形变，将压力转换为电能；上限位弹簧与下限位弹簧均用于通过与质量块之间的能量转换，减少悬臂梁的能量损失，以及限制所述悬臂梁的振幅。

在一实施例中，上限位弹簧在被极限压缩后的最高点位置与质量块平衡点之间的距离小于质量块正常工作时的振幅；下限位弹簧在被极限压缩后的最低点位置与质量块平衡点之间的距离小于质量块正常工作时的振幅。

在一实施例中，卡接件包括：卡扣或抱箍。

在一实施例中，壳体为刚性壳体。

第二方面，本发明实施例提供一种供电电源，包括：第一方面的振动取能装置、整流电路、储能电路、电压转换电路，其中，整流电路的输入端与振动取能装置连接，整流电路的输出端与储能电路的输入端连接，整流电路用于将振动取能装置输出的电能转换为直流电；整流电路输出的直流电为储能电路充电，储能电路的输出端与电压转换电路的输入端连接；电压转换电路与待供电设备连接，当待供电设备需要供电时，储能电路放电，电压转换电路将储能电路的放电电压转换为供电电压，为待供电设备供电。