[实用新型]一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置

说明书

一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。本实用新型涉及压电取能装置，尤其涉及一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。提供了一种结构简单，取能可靠的针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。包括悬臂梁、固定块、压电振子、配重块、弹簧和电能捕获电路。本实用新型首次提出了电能捕获电路基于复阻抗匹配来设计以提高设备振动机械能的转化效率和利用率；通过配重块和弹簧来调节共振频率以适应特定环境下具有固定振动频率的振动源，实现输出功率的最大化；安装方便，便于实现有限体积的较大电能输出，能量密度较高。

技术领域

本实用新型涉及压电取能装置，尤其涉及一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。

背景技术

在工业4.0时代，电力设备体量不断增加，传统的运检模式和手段越来越难以适应信息高效获取，状态智能分析等要求。因此为了解决当前运检技术遇到的发展瓶颈，无线传感器应运而生。但随着变电站无线传感器应用越来越广泛，与变电站要求的无线传感器网络节点数量的增加和体积的减小，传统的电池供能方式已经很难适应现今状况，其电池供能方式对于无线传感器网络节点的微型化和可靠性非常不利，且电池的使用寿命一般只有3-5年，而一些设备无法更换电池或者更换电池的成本非常高，这在很大程度上制约了无线传感器网络技术的发展，因此直接从环境中取能为网络传感器节点供电成为很好的替代供能方式。

压电取能装置主要利用正压电效应，通过热电材料实现振动机械能与电能之间的相互转换，在特定环境下将会产生巨大作用。例如在变电站中，相关设备运行时会产生较大的振动机械能，这为压电转换的应用提供了前提条件，然而，没有专门针对变电站内的设备进行取能的装置。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种结构简单，取能可靠的针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。

本实用新型的技术方案为：包括悬臂梁、固定块、压电振子、配重块、弹簧和电能捕获电路，

所述悬臂梁呈L形、且与设备直接相连，所述固定块设在悬臂梁的竖端内侧，所述压电振子的一端连接固定块，另一端连接配重块；所述弹簧连接在悬臂梁的横端顶部，所述弹簧连接配重块，

所述电能捕获电路通过导线连接压电振子。

所述电能捕获电路包括整流电路和复阻抗X，

所述整流电路用于将输入源的交流电整流成供负载R使用的直流电，

所述整流电路包括全波整流桥和电容C1，所述全波整流桥包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4，

其中，整流二极管D1和整流二极管D3串联形成超前整流桥臂，整流二极管D2和整流二极管D4串联形成滞后整流桥臂；

所述超前整流桥臂、滞后整流桥臂和电容C1并联连接；

所述复阻抗X与输入源的内阻抗匹配。

所述设备为变压器或隔离开关。

所述压电振子包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的两端分别连接固定块和配重块。

本实用新型在工作中，悬臂梁与设备直接连接，固定块安装于悬臂梁上，压电陶瓷片一端与固定块连接，另一端与和配重块连接；同时，压电陶瓷片通过导线与电能捕获电路连接；

将支撑方式将设计成悬梁臂式，提高振动能量的转换率，并在压电振子根部下安装弹簧和配重块以便产生更大的振动能量，使得输出的功率最大化；压电陶瓷片会将机械变形转换为电能，通过合理的电极安装可将电能引出，进行供电。

本实用新型首次提出了电能捕获电路基于复阻抗匹配来设计以提高设备振动机械能的转化效率和利用率；

通过配重块和弹簧来调节共振频率以适应特定环境下具有固定振动频率的振动源，实现输出功率的最大化；