[发明专利]一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构及方法

说明书

本发明提出一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构及方法，在板式宿结构上粘接压电片，压电片随着板式宿结构的振动而发生形变，产生压电效应，即俘获物体的振动运动能量而产生可利用的电能。在压电片的电极两端串联外接电路，外接电路包括由电阻和电感组成的RL振动共振电路和储能电路，利用电感和电阻的共振电路中的电能为压电片提供电压，产生逆压电效应，反过来为板式宿结构提供振动能量，再利用振荡共振电路中的振动响应频率与板式宿结构和压电片组成的整体结构的机械振动响应频率相耦合，产生共振，来提高整体结构的能量俘获效率。本发明具有较好的工程可实现性，为振动能量俘获提供了一种新的方法，且能量俘获效率将更高，效果更好。

技术领域

本发明涉及一种利用外接电路的振荡电路共振特性提高振动能量俘获效率的结构及方法，具体为一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构及方法。

背景技术

现阶段振动能量俘获的外接电路多为直接储能的形式来进行俘能，如使用单一电阻作为外接电路来使用振动俘获的电能，并没有充分考虑外接电路自身的电气特性对能量俘获效率的影响。为了更加高效地俘获振动能量，本发明设计了RL共振电路，并与板式能量俘获结构相结合，组成了高效的RL共振能量俘获板，即发明了一种基于RL共振电路板式能量俘获方法共振电路。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，更加高效地俘获振动能量，本发明提出了一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构及方法，其原理是：在板式宿结构上粘接压电片，压电片随着板式宿结构的振动而发生形变，产生压电效应，即俘获物体的振动运动能量而产生可利用的电能。在压电片的电极两端串联外接电路，外接电路包括由电阻和电感组成的RL振动共振电路和储能电路，利用电感和电阻的共振电路中的电能为压电片提供电压，产生逆压电效应，反过来为板式宿结构提供振动能量，再利用振荡共振电路中的振动响应频率与板式宿结构和压电片组成的整体结构的机械振动响应频率相耦合，产生共振，来提高整体结构的能量俘获效率。

本发明的技术方案为：

所述一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构，其特征在于：包括压电片、板式宿结构和外接电路；所述压电片完全贴附固定在板式宿结构上；所述外接电路包括振荡共振电路和储能电路，振荡共振电路的振荡频率与压电片和板式宿结构组成的整体结构的振动响应频率接近，满足振荡频率与振动响应频率产生共振要求；所述外接电路包括RL振荡共振电路和储能电路，压电片的电极两端串联RL振荡共振电路；振荡共振电路并联储能电路。

进一步的优选方案，所述一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构，其特征在于：振荡共振电路的振荡频率与压电片和板式宿结构组成的整体结构的振动响应频率差距不超过3Hz。

进一步的优选方案，所述一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构，其特征在于：振荡共振电路采用电阻和电感串联形式的RL振荡共振电路。

进一步的优选方案，所述一种基于RL共振电路的板式能量俘获结构，其特征在于：振荡共振电路的振荡频率可调，能够根据压电片和板式宿结构组成的整体结构的振动响应频率进行调整，以满足振荡频率与振动响应频率产生共振要求。

利用上述结构实现能量俘获的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：压电片和板式宿结构组成的整体结构接收外部激励；

步骤2：压电片随板式宿结构共同振动，压电片内部产生电荷移动，压电片电极产生电压，输出到外接电路，将振动能量转换为电能；

步骤3：外接电路接收的一部分电能输出至储能电路，外接电路接收的另一部分电能输出至RL振荡共振电路，通过振荡电压形式提供给压电片，产生逆压电效应，为压电片和板式宿结构组成的整体结构增加了由RL振荡共振电路产生的激励振动，并与所述整体结构自身的振动耦合，强化力电耦合特性。

有益效果