[发明专利]一种自主适应变频压电式能量收集器结构

说明书

本发明公开了一种自主适应变频压电式能量收集器结构，主要包括基座、音圈电机、固定板、导轨和滑块，连接架、滚轮、滚轮座、支撑架、压电弹簧组件、位移传感器，音圈电机通过连接架推动滑块、滚轮和滚轮座沿导轨共同运动，压电弹簧组件通过两固定块固定在支撑架上；所述压电弹簧组件包括弹簧片、压电薄膜片和质量块；所述滚轮与压电弹簧组件相对滚动方向将由控制器根据振动传感器反馈振动源频率信号控制，从而实现能量收集器结构弹簧片刚度的自主调节。采用两组滚轮与弹簧片相邻对称接触布置并可沿其长度方向滚动，不仅可以根据外界振动源频率自主调节固有频率，而且减小滚轮固定端弹簧片的变形对自由端振动特性的影响。

技术领域

本发明涉及一种能量收集器，尤其涉及一种自主适应变频压电式能量收集器结构。

背景技术

伴随着集成电路、微小型机电系统等的快速发展，超低功耗电子设备已得到了广泛应用，而其能源的持续供应成为亟待解决的问题。目前，此类电子器件和微小系统多采用化学电池供电，但由于传统化学电池多存在持续时间短、使用次数有限以及化学毒性污染严重等缺陷，使其在微电子系统的应用中受到限制。考虑到振动能在人们生产生活中广泛存在(例如机器运行、车辆行驶、地震甚至微弱的声音波动等)，都可以提供振动能。因此，科研人员一直致力于研发能将振动能转换为电能的能量收集器件，从而为大量微型电子设备提供电能。

根据机电转换原理，微型振动能量收集器主要分为压电式、电磁式和静电式3种类型。其中，压电振动能量收集器具有结构简单、能量转换效率高等优点，己成为微型能量收集器技术研究的重点。

压电式能量收集器是一种利用压电效应把振动能量转化为电能的装置。与电磁式能量收集器和静电式能量收集器相比，压电式能量收集器具有结构简单、体积小、寿命长、成本低、无电磁干扰、不发热、能量密度高和易于微型化等诸多优点，是解决微电子器件与系统电源问题的有效途径。

音圈电机是一种利用永恒磁场或通电线圈导体产生的磁场中磁极的相互作用将电能转化为机械能并产生有规律的直线型及有限摆角的动力装置。具有无限分辨率、无滞后、高加速度、高速度、高响应、体积小、控制方便、力学性能好等优点，是精密机电制造等领域理想的动力装置。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可根据外界振动源频率变化进行自适应调节能量收集器固有频率，以达到理想共振效果，进而提高能量转换效率的自适应变频压电式能量收集器；其原理是：弹簧片上下振动，压电薄膜上出现电荷，进而振动能变成电能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种自主适应变频压电式能量收集器结构，包括一个基座，在所述的基座上固定有一个驱动装置，所述的驱动装置驱动一个连接架沿着固定在基座上的导轨移动；在所述的基座上还安装有一个支撑架，所述的支撑架上安装一个与导轨平行的压电弹簧组件；在所述的压电弹簧组件上下安装有对其夹紧其可以沿着其来回运动的运动元件，所述的运动元件沿着所述的压电弹簧组件运动，改变压电弹簧组件的刚度，使压电弹簧组件始终保持在共振状态，增大能量转换效率。

进一步的，所述的驱动装置为音圈电机或者压电陶瓷驱动器,都属于直线驱动器。

进一步的，所述的压电弹簧组件包括弹簧片，所述的弹簧片的一端通过固定块固定在支撑架上，另一端安装有质量块；在所述的弹簧片的上表面和下表面各安装有一个压电薄膜片。

进一步的，所述的运动元件包括上下两组滚轮，两组滚轮安装在滚轮座上，所述的滚轮座安装在连接架上，其中上组滚轮沿着上表面的压电薄膜片运动，下组滚轮沿着下表面的压电薄膜片运动。

进一步的，所述的运动元件为两组限位块，两组限位块安装在限位块座上，所述的限位块座安装在连接架上，其中上组限位块沿着上表面的压电薄膜片运动，下组限位块沿着下表面的压电薄膜片运动。