[实用新型]一种压电振动能量收集装置

说明书

本发明涉及振动能量收集技术领域，是一种全方向宽频带的可调频式振动能量收集装置。包括：中心质量块、螺旋堆叠弹簧结构、调频装置结构，外部框架壳体结构。所述中心质量块的周围与螺旋堆叠弹簧通过连接块相连接；所述的螺旋堆叠弹簧结构由两个连接块，压电材料和螺旋堆叠弹簧构成，弹簧一端连接中心质量块，另一端连接外部框架壳体结构；所述调频装置结构安装在外部框架壳体结构的上部和底部；所述外部框架结构内部与螺旋堆叠弹簧的连接块相连接。本发明主要解决的是在工程系统中实现全方向和宽频带的振动能量收集，为生产系统中的监测仪器实现自供能。

技术领域

本发明涉及微振动能量收集领域，具体涉及一种全方向和宽频带的可调频式振动能量收集装置。

背景技术

在电力系统中无线传感器网络节点的自供能已经成为限制电力系统生产监测的一大痛点。由于大型电力系统的监测传感器部署的场合越来越多，特别是海上风电系统的远程监测对传感器的自主供能需求更加迫切。如果还以传统的化学电池作为主要的供能方式，安排人员不定期进行充电和更换，这无疑是会增加生产维护成本，且与之伴随发生的可能是由于换电和充电的不及时，导致传感器不工作而带来严重隐患的风险大大增加。同时传统的化学电池存在寿命短，储能有限的问题，还会给环境带来不同程度的污染。因此，在电力生产系统中，压电振动能量收集便有了用武之地。压电振动能量收集是一种回收周围废弃振动能量并将其转化为可用电能的过程。

由于电力系统在生产过程中不可避免的会产生振动，如果能高效的收集振动能量，并将其高效率转化为电能，这将会大大降低由于监测仪器电能供给不及时而带来的隐患，同时还能避免功耗限制的要求。振动能量由于其存在的普遍性，清洁环保，因此通过收集振动能量实现监测仪器自供能是非常有意义的。压电振动能量收集装置以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点，因而受到了广泛的关注。

目前多数振动能量收集结构的设计都是在长度方向或者宽度方向增加压电层的面积，由此来获得更多的能量输出；但是与此同时这也使得结构的尺寸大大增加，不利于小型化。本设计就是为了实现全方向宽频带且可调频，结构紧凑的一款新型振动能量收集装置。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术难题是在满足电力系统监测仪器性能要求的基础上设计一款简单的、可调频的、全方向的振动能量收集器结构，使其工作稳定可靠、加工使用维护成本低，重点解决结构如何能够收集全方向振动能量及通过结构调频实现宽频带的振动能量收集。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种振动能量收集装置，其特征在于：包括中心质量块，螺旋堆叠弹簧结构，连接块，压电材料，调频装置结构，外部框架壳体结构。所述的质量块为立方体结构，中心质量块的周围与螺旋堆叠弹簧通过连接块相接；所述的螺旋堆叠弹簧结构由两个连接块和螺旋堆叠弹簧构成，弹簧一端连接中心质量块，另一端连接外部框架壳体结构，螺旋堆叠弹簧双面均覆盖有压电材料；所述调频结构由外部框架壳体结构上的紧定螺钉和螺旋堆叠弹簧构成；所述外部框架壳体结构由中空的立方体组成，与之相连的是螺旋堆叠弹簧上的连接块，上下还装有调频装置结构。

当中心质量块受到来自任意方向的激励时，质量块将会在一定范围内振动并带动与之相连接的螺旋弹簧堆叠结构，螺旋堆叠弹簧结构由于受力将会发生形变，附着在上面的压电材料就会随之发生一定量的形变，从而将机械能转化为电能。由于收集的结构是螺旋弹簧，因此在收集不同频段的振动能量时，可以通过改变螺旋弹簧的长度，间距等系数来获取不同的固有频率，最终实现与环境的激励频率一致，从而实现高效率，全方向，宽频带的振动能量收集；还可以通过拧紧或放松紧定螺钉，来设定螺旋堆叠弹簧的工作圈数，从而获得所需的固有频率；同时还可以将每个方向上的弹簧设计成不同的参数，从而使每个方向上都能获得不同频带的激励，使整个装置可以收集一定范围内不同频带的激励，实现收集宽频带的功能。

作为一种优选，中心质量块通过连接块与螺旋堆叠弹簧相连接，整个质量块位于收集装置的中心，在水平面内和竖直平面内任意方向激励下产生往复晃动，并在激励消失时恢复原始状态。