具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，包括振動(dòng)能量回收裝置和超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器；所述振動(dòng)能量回收裝置包括懸臂梁、燕尾槽導(dǎo)軌和懸臂梁支撐滑塊，懸臂梁支撐滑塊底端的滑塊安裝在燕尾槽導(dǎo)軌內(nèi)，懸臂梁末端固定，前端穿過懸臂梁支撐滑塊上端的懸臂梁導(dǎo)向支撐槽；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器采用改進(jìn)的蘭杰文振子結(jié)構(gòu)；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器安裝在驅(qū)動(dòng)器支座上，調(diào)節(jié)摩擦驅(qū)動(dòng)塊與懸臂梁支撐滑塊側(cè)壁接觸。本發(fā)明提供的裝置，可以改變單個(gè)拾振結(jié)構(gòu)的共振頻率，使其適應(yīng)不同的環(huán)境振動(dòng)頻率，從而使振動(dòng)能量回收裝置可以通過單個(gè)拾振結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬頻帶振動(dòng)能量回收，單位體積能量回收功率得到了提高。
【專利說明】具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境振動(dòng)能量回收技術(shù)，尤其涉及一種能夠根據(jù)環(huán)境振動(dòng)頻率實(shí)時(shí)調(diào) 節(jié)拾振系統(tǒng)固有頻率的振動(dòng)能量回收裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)境振動(dòng)能量無處不在，相比太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，其具有存在更為廣泛、不受 時(shí)間、地域限制等突出優(yōu)點(diǎn)，是一種無污染、可再生的清潔能源。目前，傳感網(wǎng)絡(luò)和低功耗電 路等新技術(shù)發(fā)展迅速，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能對(duì)這些低功耗傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等供電可以解決 電池供電中的電池壽命問題、電力線供電中布線不方便等問題，因此具有重要意義。公知的 環(huán)境振動(dòng)能量回收裝置的原理主要有壓電式、電磁式和靜電式，其拾振結(jié)構(gòu)均一般由基座、 彈性件、質(zhì)量塊構(gòu)成，傳統(tǒng)的拾振結(jié)構(gòu)頻率單一，只能在單一的頻率和較窄的頻帶內(nèi)回收振 動(dòng)能量。為實(shí)現(xiàn)寬頻帶振動(dòng)能量的回收，目前也有采用不同幾何尺寸的懸臂梁陣列或者懸 臂梁陣列配合不同質(zhì)量的質(zhì)量塊這類結(jié)構(gòu)，以此通過將多個(gè)不同共振頻率的拾振結(jié)構(gòu)集成 到一個(gè)能量回收裝置中實(shí)現(xiàn)該振動(dòng)能量回收裝置回收振動(dòng)能量的寬頻帶。這種類型的振動(dòng) 能量回收裝置可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)寬頻帶振動(dòng)能回收，然而在該頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)環(huán)境中工作 過程中，往往只有其中的一個(gè)或者少數(shù)幾個(gè)拾振結(jié)構(gòu)處于較好的工作狀態(tài)中，其余的拾振 結(jié)構(gòu)無法有效回收振動(dòng)能量，影響振動(dòng)能量回收裝置單位體積的能量回收功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有的環(huán)境振動(dòng)能量回收裝置中單拾振結(jié)構(gòu)裝置難以實(shí)現(xiàn)寬 頻帶振動(dòng)能量回收、多拾振結(jié)構(gòu)裝置單位體積的能量回收功率較低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了 一種具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)拾振結(jié)構(gòu)固有 頻率與環(huán)境振動(dòng)頻率一致，高效回收振動(dòng)能量。
[0004] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] 具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，包括振動(dòng)能量回收裝置 和超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器；所述振動(dòng)能量回收裝置包括懸臂梁、燕尾槽導(dǎo)軌和懸臂梁支撐滑塊，所 述懸臂梁和燕尾槽導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，懸臂梁支撐滑塊底端的滑塊安裝在燕尾槽導(dǎo)軌 內(nèi)，懸臂梁末端固定，前端穿過懸臂梁支撐滑塊上端的懸臂梁導(dǎo)向支撐槽；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器 采用改進(jìn)的蘭杰文振子結(jié)構(gòu)，即將蘭杰文振子結(jié)構(gòu)前端的聚能器改為一個(gè)與蘭杰文振子結(jié) 構(gòu)主體軸線成一定夾角的圓錐臺(tái)，形成橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器，在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端 固定有摩擦驅(qū)動(dòng)塊；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器安裝在驅(qū)動(dòng)器支座上，調(diào)節(jié)摩擦驅(qū)動(dòng)塊與懸臂梁支撐 滑塊側(cè)壁接觸。
[0006] 根據(jù)環(huán)能系統(tǒng)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率判斷實(shí)時(shí)的環(huán)境振動(dòng)頻率，根據(jù)環(huán)境振動(dòng)頻 率，采用超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)拾振結(jié)構(gòu)改變其共振頻率，使拾振結(jié)構(gòu)的共振頻率與環(huán)境振 動(dòng)頻率一致，產(chǎn)生共振，最大程度上回收環(huán)境振動(dòng)能量；其中，改變拾振結(jié)構(gòu)的共振頻率的 方式為調(diào)節(jié)振動(dòng)能量回收裝置中懸臂梁彈性件的支撐位置來改變懸臂梁彈性件的有效長 度；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器采用蘭杰文振子基本結(jié)構(gòu)，對(duì)蘭杰文振子結(jié)構(gòu)前端的聚能器進(jìn)行改進(jìn)， 改為一個(gè)與蘭杰文振子主體結(jié)構(gòu)軸線成一定夾角的圓錐臺(tái)，該圓錐臺(tái)起振幅放大和振動(dòng)模 態(tài)轉(zhuǎn)換作用，即將超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器后端因壓電陶瓷片受外電路控制驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)通 過該與蘭杰文振子主體結(jié)構(gòu)軸線成一定夾角的圓錐臺(tái)放大并且轉(zhuǎn)換為橢圓運(yùn)動(dòng)，通過超聲 振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器前端摩擦驅(qū)動(dòng)塊的橢圓運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)與之相接觸的懸臂梁支撐滑塊沿燕尾槽導(dǎo)軌 移動(dòng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)懸臂梁支撐滑塊的往復(fù)滑動(dòng)，可以在懸臂梁支撐滑塊的側(cè)面布置有兩個(gè) 不同驅(qū)動(dòng)方向的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器；兩個(gè)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器可以位于懸臂梁支撐滑塊的同一 偵牝也可以位于懸臂梁支撐滑塊的不同側(cè)。
[0008] 具體的，包括永磁陣列、線圈支座和線圈繞組，線圈繞組嵌入在線圈支座中；永磁 陣列對(duì)稱固定在懸臂梁的前端兩側(cè)，永磁陣列同時(shí)對(duì)稱置于線圈繞組的兩側(cè)，確保永磁陣 列隨懸臂梁上下振動(dòng)過程中不會(huì)與線圈繞組接觸、摩擦。
[0009] 具體的，所述改進(jìn)的蘭杰文振子結(jié)構(gòu)包括螺栓，依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、兩塊 壓電陶瓷片和前蓋板，橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器固定在前蓋板上。
[0010] 有益效果：本發(fā)明提供的具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝 置，可以改變單個(gè)拾振結(jié)構(gòu)的共振頻率，使其適應(yīng)不同的環(huán)境振動(dòng)頻率，從而使振動(dòng)能量回 收裝置可以通過單個(gè)拾振結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬頻帶振動(dòng)能量回收，同時(shí)相比目前寬頻帶振動(dòng)能量回 收裝置中另一類多拾振結(jié)構(gòu)裝置，單位體積能量回收功率更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)原理圖；
[0012] 圖2為振動(dòng)能量回收裝置實(shí)施例1的局部俯視剖視圖；
[0013] 圖3為圖2的局部工作原理說明視圖；
[0014] 圖4為振動(dòng)能量回收裝置實(shí)施例2的俯視圖；
[0015] 圖5為圖4的局部工作原理說明視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0017] 如圖1所示為一種具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，包括 基座5,線圈支座4、燕尾槽導(dǎo)軌6、驅(qū)動(dòng)器支座8和立板10分別固定在基座5的對(duì)應(yīng)位置 上，還包括懸臂梁支撐滑塊9、懸臂梁1、永磁陣列2、線圈繞組3和超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7 ;線圈 繞組3嵌入在線圈支座4中；懸臂梁支撐滑塊9底端的滑塊安裝在燕尾槽導(dǎo)軌6內(nèi)，采用油 脂潤滑燕尾槽導(dǎo)軌6與懸臂梁支撐滑塊9的接觸面，使懸臂梁支撐滑塊9能夠在燕尾槽導(dǎo) 軌6上自由滑動(dòng)；懸臂梁1穿過懸臂梁支撐滑塊9上端的懸臂梁導(dǎo)向支撐槽，懸臂梁1的末 端與立板10固定，懸臂梁1與燕尾槽導(dǎo)軌6處于同一堅(jiān)直面內(nèi)；永磁陣列2對(duì)稱固定在懸 臂梁1的前端兩側(cè)，永磁陣列2同時(shí)對(duì)稱置于線圈繞組3的兩側(cè)，確保永磁陣列2隨懸臂梁 1上下振動(dòng)過程中不會(huì)與線圈繞組3接觸、摩擦；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7采用改進(jìn)的蘭杰文振子 結(jié)構(gòu)，即將蘭杰文振子結(jié)構(gòu)前端的聚能器改為一個(gè)與蘭杰文振子結(jié)構(gòu)主體軸線成一定夾角 的圓錐臺(tái)，形成橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7-5,起振幅放大和振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換作用；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng) 器7具體包括螺栓7-1，依次套設(shè)在螺栓7-1上的后蓋板7-2、兩塊壓電陶瓷片7-3和前蓋 板7-4,橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7-5固定在前蓋板7-4上，在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7-5前端固 定有摩擦驅(qū)動(dòng)塊7-6 ;超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7安裝在驅(qū)動(dòng)器支座8上，調(diào)節(jié)摩擦驅(qū)動(dòng)塊7-6與懸 臂梁支撐滑塊9側(cè)壁接觸；為了實(shí)現(xiàn)懸臂梁支撐滑塊9的往復(fù)滑動(dòng)，可以在懸臂梁支撐滑塊 9的側(cè)面布置有兩個(gè)不同驅(qū)動(dòng)方向的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7 ;兩個(gè)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7可以位于懸 臂梁支撐滑塊9的同一側(cè)，也可以位于懸臂梁支撐滑塊9的不同側(cè)。
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說明。
[0019] 如圖2所示，兩個(gè)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7位于懸臂梁支撐滑塊9的同一側(cè)；如圖3所 示，為圖2所示結(jié)構(gòu)的工作原理說明：當(dāng)左側(cè)的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7工作時(shí)，橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn) 換器7-5將超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7后端的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為摩擦驅(qū)動(dòng)塊7-6俯視方向上的順時(shí)針 橢圓運(yùn)動(dòng)，靠與懸臂梁支撐滑塊9側(cè)壁間的摩擦力驅(qū)動(dòng)懸臂梁支撐滑塊9沿燕尾槽導(dǎo)軌6 向右滑動(dòng)；同樣原理，當(dāng)右側(cè)的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)懸臂梁支撐滑塊9沿燕尾槽 導(dǎo)軌6向左滑動(dòng)。
[0020] 如圖4所示，兩個(gè)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7位于懸臂梁支撐滑塊9的不同側(cè)；如圖5所示， 為圖4所示結(jié)構(gòu)的工作原理說明：當(dāng)下側(cè)（偏左側(cè)的一個(gè)）的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7工作時(shí)，橢 圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7-5將超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7后端的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為摩擦驅(qū)動(dòng)塊7-6俯視方 向上的順時(shí)針橢圓運(yùn)動(dòng)，靠與懸臂梁支撐滑塊9側(cè)壁間的摩擦力驅(qū)動(dòng)懸臂梁支撐滑塊9沿 燕尾槽導(dǎo)軌6向右滑動(dòng)；同樣原理，當(dāng)上（偏右側(cè)的一個(gè)）側(cè)的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器7工作時(shí)， 驅(qū)動(dòng)懸臂梁支撐滑塊9沿燕尾槽導(dǎo)軌6向左滑動(dòng)。
[0021] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，其特征在于：包括振動(dòng)能 量回收裝置和超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（7);所述振動(dòng)能量回收裝置包括懸臂梁（1)、燕尾槽導(dǎo)軌 (6)和懸臂梁支撐滑塊（9)，所述懸臂梁（1)和燕尾槽導(dǎo)軌（6)位于同一水平面內(nèi)，懸臂梁 支撐滑塊（9)底端的滑塊安裝在燕尾槽導(dǎo)軌（6)內(nèi)，懸臂梁（1)末端固定，前端穿過懸臂 梁支撐滑塊（9)上端的懸臂梁導(dǎo)向支撐槽；超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（7)采用改進(jìn)的蘭杰文振子結(jié) 構(gòu)，即將蘭杰文振子結(jié)構(gòu)前端的聚能器改為一個(gè)與蘭杰文振子結(jié)構(gòu)主體軸線成一定夾角的 圓錐臺(tái)，形成橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器（7-5)，在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器（7-5)前端固定有摩擦驅(qū) 動(dòng)塊（7-6);超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（7)安裝在驅(qū)動(dòng)器支座（8)上，調(diào)節(jié)摩擦驅(qū)動(dòng)塊（7-6)與懸臂 梁支撐滑塊（9)側(cè)壁接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，其 特征在于：在懸臂梁支撐滑塊（9)的側(cè)面布置有兩個(gè)不同驅(qū)動(dòng)方向的超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（7)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，其 特征在于：兩個(gè)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（7)位于懸臂梁支撐滑塊（9)的同一側(cè)或不同側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，其 特征在于：還包括永磁陣列（2)、線圈支座（4)和線圈繞組（3)，線圈繞組（3)嵌入在線圈支 座（4)中；永磁陣列（2)對(duì)稱固定在懸臂梁（1)的前端兩側(cè)，永磁陣列（2)同時(shí)對(duì)稱置于線 圈繞組（3)的兩側(cè)，確保永磁陣列（2)隨懸臂梁（1)上下振動(dòng)過程中不會(huì)與線圈繞組（3) 接觸、摩擦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超聲壓電作動(dòng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的振動(dòng)能量回收裝置，其 特征在于：所述改進(jìn)的蘭杰文振子結(jié)構(gòu)包括螺栓（7-1)，依次套設(shè)在螺栓（7-1)上的后蓋板 (7-2)、兩塊壓電陶瓷片（7-3)和前蓋板（7-4)，橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器（7-5)固定在前蓋板 (7-4)上。
【文檔編號(hào)】H02N2/04GK104104204SQ201410310267
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】陳仁文, 任龍, 夏樺康, 丁志強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)