[发明专利]具有超声压电作动自适应调节功能的振动能量回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及环境振动能量回收技术，尤其涉及一种能够根据环境振动频率实时调节拾振系统固有频率的振动能量回收装置。

背景技术

环境振动能量无处不在，相比太阳能、风能、地热能等，其具有存在更为广泛、不受时间、地域限制等突出优点，是一种无污染、可再生的清洁能源。目前，传感网络和低功耗电路等新技术发展迅速，将振动能量转化为电能对这些低功耗传感网络节点等供电可以解决电池供电中的电池寿命问题、电力线供电中布线不方便等问题，因此具有重要意义。公知的环境振动能量回收装置的原理主要有压电式、电磁式和静电式，其拾振结构均一般由基座、弹性件、质量块构成，传统的拾振结构频率单一，只能在单一的频率和较窄的频带内回收振动能量。为实现宽频带振动能量的回收，目前也有采用不同几何尺寸的悬臂梁阵列或者悬臂梁阵列配合不同质量的质量块这类结构，以此通过将多个不同共振频率的拾振结构集成到一个能量回收装置中实现该振动能量回收装置回收振动能量的宽频带。这种类型的振动能量回收装置可以简单地实现宽频带振动能回收，然而在该频率范围内的振动环境中工作过程中，往往只有其中的一个或者少数几个拾振结构处于较好的工作状态中，其余的拾振结构无法有效回收振动能量，影响振动能量回收装置单位体积的能量回收功率。

发明内容

发明目的：为了克服现有的环境振动能量回收装置中单拾振结构装置难以实现宽频带振动能量回收、多拾振结构装置单位体积的能量回收功率较低的缺点，本发明提出了一种具有超声压电作动自适应调节功能的振动能量回收装置，能够实时调节拾振结构固有频率与环境振动频率一致，高效回收振动能量。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

具有超声压电作动自适应调节功能的振动能量回收装置，包括振动能量回收装置和超声振动驱动器；所述振动能量回收装置包括悬臂梁、燕尾槽导轨和悬臂梁支撑滑块，所述悬臂梁和燕尾槽导轨位于同一水平面内，悬臂梁支撑滑块底端的滑块安装在燕尾槽导轨内，悬臂梁末端固定，前端穿过悬臂梁支撑滑块上端的悬臂梁导向支撑槽；超声振动驱动器采用改进的兰杰文振子结构，即将兰杰文振子结构前端的聚能器改为一个与兰杰文振子结构主体轴线成一定夹角的圆锥台，形成椭圆振动模态转换器，在椭圆振动模态转换器前端固定有摩擦驱动块；超声振动驱动器安装在驱动器支座上，调节摩擦驱动块与悬臂梁支撑滑块侧壁接触。

根据环能系统中感应电动势的频率判断实时的环境振动频率，根据环境振动频率，采用超声振动驱动器驱动拾振结构改变其共振频率，使拾振结构的共振频率与环境振动频率一致，产生共振，最大程度上回收环境振动能量；其中，改变拾振结构的共振频率的方式为调节振动能量回收装置中悬臂梁弹性件的支撑位置来改变悬臂梁弹性件的有效长度；超声振动驱动器采用兰杰文振子基本结构，对兰杰文振子结构前端的聚能器进行改进，改为一个与兰杰文振子主体结构轴线成一定夹角的圆锥台，该圆锥台起振幅放大和振动模态转换作用，即将超声振动驱动器后端因压电陶瓷片受外电路控制驱动产生的直线运动通过该与兰杰文振子主体结构轴线成一定夹角的圆锥台放大并且转换为椭圆运动，通过超声振动驱动器前端摩擦驱动块的椭圆运动驱动与之相接触的悬臂梁支撑滑块沿燕尾槽导轨移动。

为了实现悬臂梁支撑滑块的往复滑动，可以在悬臂梁支撑滑块的侧面布置有两个不同驱动方向的超声振动驱动器；两个超声振动驱动器可以位于悬臂梁支撑滑块的同一侧，也可以位于悬臂梁支撑滑块的不同侧。

具体的，包括永磁阵列、线圈支座和线圈绕组，线圈绕组嵌入在线圈支座中；永磁阵列对称固定在悬臂梁的前端两侧，永磁阵列同时对称置于线圈绕组的两侧，确保永磁阵列随悬臂梁上下振动过程中不会与线圈绕组接触、摩擦。

具体的，所述改进的兰杰文振子结构包括螺栓，依次套设在螺栓上的后盖板、两块压电陶瓷片和前盖板，椭圆振动模态转换器固定在前盖板上。

有益效果：本发明提供的具有超声压电作动自适应调节功能的振动能量回收装置，可以改变单个拾振结构的共振频率，使其适应不同的环境振动频率，从而使振动能量回收装置可以通过单个拾振结构实现宽频带振动能量回收，同时相比目前宽频带振动能量回收装置中另一类多拾振结构装置，单位体积能量回收功率更高。

附图说明

图1为本发明的基本结构原理图；

图2为振动能量回收装置实施例1的局部俯视剖视图；

图3为图2的局部工作原理说明视图；

图4为振动能量回收装置实施例2的俯视图；

图5为图4的局部工作原理说明视图。