三維寬頻帶隨機振動能量采集器制造技術

本發明專利技術公開了一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器，包括底座、兩支撐連接桿、筒狀腔體和設置于筒狀腔體上的電輸出結構；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；所述當能量采集器在感受到外部環境中的振動時，電輸出結構產生電輸出。本發明專利技術采用活動連接桿結合腔體結構，連接桿與腔體間的活動連接在本發明專利技術中起感應外界振動的作用，即構成本發明專利技術能量采集器的拾振結構，本發明專利技術采用的活動連接拾振結構，能夠對任意方向任意頻率段的振動源進行感應，實現三維寬頻帶振動能量采集。

【技術實現步驟摘要】
三維寬頻帶隨機振動能量采集器
本專利技術涉及一種振動能量捕獲裝置，尤其涉及一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器。
技術介紹
隨著經濟的飛速發展，對能源的消耗也急速增加，迄今為止，我們生活生產大部分是靠消耗化石能源，大量使用化石能源造成溫室效應、霧霾等環境問題，另外化石能源的不可再生特點也不滿足可持續發展要求。因此，建立清潔、環保、可再生能源結構的要求越發迫切。為此，將環境中其他形式的能量(如太陽能、熱能、風能、振動能、化學能、聲能、流體能等)轉化為電能的環境能量采集技術，正受到越來越廣泛的重視。環境中的振動能量是一種常見的能量源，具有較高的功率密度，且受其他環境因素(溫度、天氣等)影響小，是一種更能滿足安全性、有效性以及環保性供電的能量采集技術。在振動能量采集器中需要機電換能元件，將環境中的機械振動能量轉化成電能，并利用拾振結構將振動能量最大程度地耦合到換能元件中。根據采集器中機電能量轉換原理的不同，可以將振動能量采集器的換能方式分為：壓電式、電磁式、靜電式以及磁電式。然而，振動能量采集器的輸出性能不僅受換能元件機-電轉換能力大小的影響，很大程度上取決于拾振機構自身的振動特性。目前多數振動能量采集裝置，只能有效拾取沿采集器中拾振結構主振方向的振動能量，且要求振動激勵頻率在拾振結構第一階模態頻率附近一個較窄的頻帶范圍內，采集器才能產生較高的電輸出，當振動源的頻率遠離該頻帶或激勵方向偏離結構主振方向時，采集器的輸出將急劇降低。而環境中振動源的頻率是隨機變化的，振動方向也是不定的，因此，只能響應單方向單一頻帶的振動能量采集器對于采集實際環境下的振動能量并不實用。專利
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的是提供一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的，一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器，包括底座1、兩支撐連接桿2、筒狀腔體3和設置于筒狀腔體上的電輸出結構；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；當能量采集器在感受到外部環境中的振動時，電輸出結構產生電輸出。進一步，所述電輸出結構包環繞筒狀腔體內壁設置的壓電薄膜4和設置于筒狀腔體內的第一質量塊5。進一步，所述電輸出結構包括設置于兩支撐連接桿上的壓電薄膜。進一步，所述電輸出結構包括環繞筒狀腔體外表面設置的感應線圈6以及設置于筒狀腔體內的第一磁鐵7。進一步，所述電輸出結構包括設置于筒體腔體外壁上的第一電極8、第二電極9和第二質量塊10，所述第二電極與第二質量塊同時設置于筒狀腔體內且第二電極固定于第二質量塊上；所述第一電極的極性面與第二電極的極性面相對放置。進一步，所述第二質量塊與筒狀腔體的接觸面與筒體腔體內表面相適配。進一步，所述電輸出結構包括復合磁電換能塊11、第二磁鐵12和導磁體13，所述第二磁鐵環繞于筒狀腔體的外表面設置，所述第二磁鐵與復合磁電換能塊設置于筒狀腔體內，所述磁導體設置于復合磁電換能塊上。由于采用了上述技術方案，本專利技術具有如下的優點：本專利技術采用活動連接桿結合腔體結構，連接桿與腔體間的活動連接在本專利技術中起感應外界振動的作用，即構成本專利技術能量采集器的拾振結構，該領域現有技術中采用的梁彈性拾振結構，其拾振結構工作方向及拾振頻率范圍往往受限，本專利技術采用的活動連接拾振結構，能夠對任意方向任意頻率段的振動源進行感應，實現三維寬頻帶振動能量采集。另外，連接桿和腔體結構簡單，便于加工。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述，其中：圖1為采集器拾振結構示意圖；圖2為實施例一能量采集器的結構示意圖；圖3為實施例二能量采集器的結構示意圖；圖4為實施例三能量采集器的結構示意圖；圖5為實施例四能量采集器的結構示意圖；圖6為實施例五能量采集器的結構示意圖。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器，包括底座1、兩支撐連接桿2、筒狀腔體3和設置于筒狀腔體上的電輸出結構；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；支撐桿與筒狀腔體、底座的連接處均有一定的活動性。當能量采集器在感受到外部環境中的振動時，電輸出結構產生電輸出。實施例一在本實施例中，所述電輸出結構包環繞筒狀腔體內壁設置的壓電薄膜4和設置于筒狀腔體內的第一質量塊5。當能量采集器感受到外部環境振動，第一質量塊振動碰撞壓電薄膜產生電壓。實施例二在本實施例中，所述電輸出結構包括設置于兩支撐連接桿上的壓電薄膜。當能量采集器感受到外部環境振動，支撐桿發生形變，使壓電薄膜變形產生電壓。實施例三在本實施例中，所述電輸出結構包括環繞筒狀腔體外表面設置的感應線圈6以及設置于筒狀腔體內的第一磁鐵7。當能量采集器感受到外部環境振動，第一磁鐵在筒狀腔體內運動切割感應線圈產生電壓。實施例四在本實施例中，所述電輸出結構包括設置于筒體腔體外壁上的第一電極8、第二電極9和第二質量塊10，所述第二電極與第二質量塊同時設置于筒狀腔體內且第二電極固定于第二質量塊上；所述第一電極的極性面與第二電極的極性面相對放置。所述第二質量塊與筒狀腔體的接觸面與筒體腔體內表面相適配。當能量采集器感受到外部環境振動，第二質量塊運動帶動第二電極運動從而改變第一電極與第二電極的距離或正對面積以產生電壓。實施例五在本實施例中，所述電輸出結構包括復合磁電換能塊11、第二磁鐵12和導磁體13，所述第二磁鐵環繞于筒狀腔體的外表面設置，所述第二磁鐵與復合磁電換能塊設置于筒狀腔體內，所述磁導體設置于復合磁電換能塊上。復合磁電換能塊為壓電/壓磁構成的復合磁電換能材料。在本實施例中，所述第二磁鐵用于提供磁場環境，所述導磁體用于改變復合磁電換能塊所處磁場環境，復合磁電換能塊在變化磁場的作用下產生電輸出。最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本專利技術的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本專利技術進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本專利技術權利要求書所限定的范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器，其特征在于：包括底座(1)、兩支撐連接桿(2)、筒狀腔體(3)和設置于筒狀腔體上的電輸出結構；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；當能量采集器在感受到外部環境中的振動時，電輸出結構產生電輸出。

【技術特征摘要】
1.一種三維寬頻帶隨機振動能量采集器，其特征在于：包括底座(1)、兩支撐連接桿(2)、筒狀腔體(3)和設置于筒狀腔體上的電輸出結構；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；當能量采集器在感受到外部環境中的振動時，電輸出結構產生電輸出。2.根據權利要求1所述的三維寬頻帶隨機振動能量采集器，其特征在于：所述電輸出結構包環繞筒狀腔體內壁設置的壓電薄膜(4)和設置于筒狀腔體內的第一質量塊(5)。3.根據權利要求1所述的三維寬頻帶隨機振動能量采集器，其特征在于：所述電輸出結構包括設置于兩支撐連接桿上的壓電薄膜。4.根據權利要求1所述的三維寬頻帶隨機振動能量采集器，其特征在于：所述電輸出結構包括環繞筒狀腔體外表面設置的感應線圈(6)以及設置于筒狀腔體內的第一磁鐵...

【專利技術屬性】
技術研發人員：白小玲，
申請(專利權)人：重慶交通大學，
類型：發明
國別省市：重慶,50