[实用新型]一种屈曲自调节的压电能量回收装置

说明书

本实用新型公开了一种屈曲自调节的压电能量回收装置，包括安装台(1)和依次设置在安装台(1)上的初调机构(12)、第一支撑座(2)和第二支撑座(3)；设置在第一支撑座(2)和第二支撑座(3)之间，相互对称的两个夹具组件；设置在夹具组件之间的屈曲梁集能器；以及集能‑储能单元、管理单元控制器和驱动电路；本实用新型的压电能量回收装置结构简单、性能可靠，能够在不同激励情况下自动调节屈曲梁的屈曲水平，使屈曲梁始终在共振或高能轨道状态下工作，能量回收效率和输出平均功率均高于普通屈曲水平不变的能量采集器。

技术领域

本实用新型属于压电能量回收领域，特别涉及一种屈曲自调节的压电能量回收装置。

背景技术

物联网常被视为信息革命的第三次浪潮，是新一代信息技术的集成发展，进一步扩张了信息互联的边界。由于物联网的综合性和广泛性，其产业链涉及传感、网络、应用等各个层次，具备广阔的发展前景。在物联网的庞大体系中，无线传感器网络占据了一个关键位置。由于其便携性与智能化社会相契合的美好前景，已经广泛应用在物联网相关的医疗健康、结构监测与诊断、工业和农业生产、智能交通等领域。

当前大多数的无线传感器均采用电池供电的方式，考虑到电池替换的维护成本以及很多无法更换电池的应用场合，其使用寿命很大程度上受制于电池所能提供的能量，严重影响了无线传感器网络的可靠性和经济性。在智能交通领域的实际环境当中，往往存在着分布广泛且丰富的振动能量。很多时候，这些振动能量对于交通设施与车辆带来不利的影响，需要加以抑制。将这部分振动能量利用起来，转化电能作为传感器供能的微能源系统，对于促进物联网在智能交通领域的进一步发展具备重要意义。

在大量研究人员的推动下，振动能量采集技术在取得快速发展的同时，仍面临一些挑战。其中一个重要问题是在保证一定功率性能的条件下尽可能提升集能器的带宽，以解决实际应用环境当中振动激励多变的问题。在拓展集能器的工作带宽的解决方案上，已有频率上变换、多模阵列、共振可调、非线性结构等不同结构类型提出。多稳态非线性集能器是指集能器结构拥有两个或以上势能阱及相应稳态平衡点。最为常见的有屈曲梁结构，作为一种经典的双稳态结构，其在能量回收方面的应用得到了广泛研究。

从上面的分析可知，多稳态集能器在宽带振动能量收集众多方案中具备独特的优势和潜力，然而要充分发挥其优良性能，其结构势能特性与激励的匹配及获得稳定的高能态响应亟待解决的两个关键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、性能可靠，能够在不同激励情况下自动调节屈曲梁的屈曲水平，使屈曲梁始终在共振或高能轨道状态下工作，能量回收效率和输出平均功率均高于普通屈曲水平不变的能量采集器的屈曲自调节的压电能量回收装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种屈曲自调节的压电能量回收装置，包括安装台和依次设置在安装台上的初调机构、第一支撑底座和第二支撑底座；设置在第一支撑底座和第二支撑底座之间，相互对称的两个夹具组件；设置在夹具组件之间的屈曲梁集能器；以及集能-储能单元、管理单元控制器和驱动电路；

所述第一支撑底座和第二支撑底座相对的端面上分别设有凹槽，凹槽内设有压电促动器；压电促动器包括机械叠堆的压电片和放大机构，放大机构为中空柱体结构，压电片固定在放大机构中间并与放大机构集成为一体，放大机构上关于压电片轴线对称地设置有两个固定孔；其中，一个固定孔分别与支撑座通过螺钉连接，另一个固定孔分别与第一夹具通过螺钉固定连接；

所述夹具组件包括第一夹具、第二夹具和第三夹具，第一夹具通过螺钉与放大机构上的固定孔连接；第二夹具通过螺钉固定在第一夹具上，第三夹具通过螺钉固定在第二夹具上；

所述屈曲梁集能器包括屈曲梁、质量块；屈曲梁两端分别固定在第二夹具与第三夹具之间，质量块位于屈曲梁的中间位置处；关于质量块对称设置有两个副压电元件和两个主压电元件，屈曲梁靠近夹具两端的侧面上分别紧贴有主压电元件，屈曲梁靠近质量块两侧的侧面上分别紧贴有副压电元件；