本發(fā)明涉及一種振動(dòng)能量捕獲裝置，尤其涉及一種三維寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)能量采集器。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)能源的消耗也急速增加，迄今為止，我們生活生產(chǎn)大部分是靠消耗化石能源，大量使用化石能源造成溫室效應(yīng)、霧霾等環(huán)境問(wèn)題，另外化石能源的不可再生特點(diǎn)也不滿足可持續(xù)發(fā)展要求。因此，建立清潔、環(huán)保、可再生能源結(jié)構(gòu)的要求越發(fā)迫切。為此，將環(huán)境中其他形式的能量(如太陽(yáng)能、熱能、風(fēng)能、振動(dòng)能、化學(xué)能、聲能、流體能等)轉(zhuǎn)化為電能的環(huán)境能量采集技術(shù)，正受到越來(lái)越廣泛的重視。

環(huán)境中的振動(dòng)能量是一種常見(jiàn)的能量源，具有較高的功率密度，且受其他環(huán)境因素(溫度、天氣等)影響小，是一種更能滿足安全性、有效性以及環(huán)保性供電的能量采集技術(shù)。在振動(dòng)能量采集器中需要機(jī)電換能元件，將環(huán)境中的機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成電能，并利用拾振結(jié)構(gòu)將振動(dòng)能量最大程度地耦合到換能元件中。根據(jù)采集器中機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理的不同，可以將振動(dòng)能量采集器的換能方式分為：壓電式、電磁式、靜電式以及磁電式。

然而，振動(dòng)能量采集器的輸出性能不僅受換能元件機(jī)-電轉(zhuǎn)換能力大小的影響，很大程度上取決于拾振機(jī)構(gòu)自身的振動(dòng)特性。目前多數(shù)振動(dòng)能量采集裝置，只能有效拾取沿采集器中拾振結(jié)構(gòu)主振方向的振動(dòng)能量，且要求振動(dòng)激勵(lì)頻率在拾振結(jié)構(gòu)第一階模態(tài)頻率附近一個(gè)較窄的頻帶范圍內(nèi)，采集器才能產(chǎn)生較高的電輸出，當(dāng)振動(dòng)源的頻率遠(yuǎn)離該頻帶或激勵(lì)方向偏離結(jié)構(gòu)主振方向時(shí)，采集器的輸出將急劇降低。而環(huán)境中振動(dòng)源的頻率是隨機(jī)變化的，振動(dòng)方向也是不定的，因此，只能響應(yīng)單方向單一頻帶的振動(dòng)能量采集器對(duì)于采集實(shí)際環(huán)境下的振動(dòng)能量并不實(shí)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種三維寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)能量采集器。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種三維寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)能量采集器，包括底座1、兩支撐連接桿2、筒狀腔體3和設(shè)置于筒狀腔體上的電輸出結(jié)構(gòu)；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；當(dāng)能量采集器在感受到外部環(huán)境中的振動(dòng)時(shí)，電輸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電輸出。

進(jìn)一步，所述電輸出結(jié)構(gòu)包環(huán)繞筒狀腔體內(nèi)壁設(shè)置的壓電薄膜4和設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)的第一質(zhì)量塊5。

進(jìn)一步，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于兩支撐連接桿上的壓電薄膜。

進(jìn)一步，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞筒狀腔體外表面設(shè)置的感應(yīng)線圈6以及設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)的第一磁鐵7。

進(jìn)一步，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于筒體腔體外壁上的第一電極8、第二電極9和第二質(zhì)量塊10，所述第二電極與第二質(zhì)量塊同時(shí)設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)且第二電極固定于第二質(zhì)量塊上；所述第一電極的極性面與第二電極的極性面相對(duì)放置。

進(jìn)一步，所述第二質(zhì)量塊與筒狀腔體的接觸面與筒體腔體內(nèi)表面相適配。

進(jìn)一步，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括復(fù)合磁電換能塊11、第二磁鐵12和導(dǎo)磁體13，所述第二磁鐵環(huán)繞于筒狀腔體的外表面設(shè)置，所述第二磁鐵與復(fù)合磁電換能塊設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)，所述磁導(dǎo)體設(shè)置于復(fù)合磁電換能塊上。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用活動(dòng)連接桿結(jié)合腔體結(jié)構(gòu)，連接桿與腔體間的活動(dòng)連接在本發(fā)明中起感應(yīng)外界振動(dòng)的作用，即構(gòu)成本發(fā)明能量采集器的拾振結(jié)構(gòu)，該領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中采用的梁彈性拾振結(jié)構(gòu)，其拾振結(jié)構(gòu)工作方向及拾振頻率范圍往往受限，本發(fā)明采用的活動(dòng)連接拾振結(jié)構(gòu)，能夠?qū)θ我夥较蛉我忸l率段的振動(dòng)源進(jìn)行感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)三維寬頻帶振動(dòng)能量采集。另外，連接桿和腔體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1為采集器拾振結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例一能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例二能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例三能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例四能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例五能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種三維寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)能量采集器，包括底座1、兩支撐連接桿2、筒狀腔體3和設(shè)置于筒狀腔體上的電輸出結(jié)構(gòu)；兩支撐連接桿的其中一支撐連接桿的一端與底座的一端連接，另一端與筒狀腔體的一端連接；兩支撐連接桿的另一支撐連接桿的一端與底座的另一端連接，支撐桿的另一端與筒狀腔體的另一端連接；支撐桿與筒狀腔體、底座的連接處均有一定的活動(dòng)性。當(dāng)能量采集器在感受到外部環(huán)境中的振動(dòng)時(shí)，電輸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電輸出。

實(shí)施例一

在本實(shí)施例中，所述電輸出結(jié)構(gòu)包環(huán)繞筒狀腔體內(nèi)壁設(shè)置的壓電薄膜4和設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)的第一質(zhì)量塊5。當(dāng)能量采集器感受到外部環(huán)境振動(dòng)，第一質(zhì)量塊振動(dòng)碰撞壓電薄膜產(chǎn)生電壓。

實(shí)施例二

在本實(shí)施例中，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于兩支撐連接桿上的壓電薄膜。當(dāng)能量采集器感受到外部環(huán)境振動(dòng)，支撐桿發(fā)生形變，使壓電薄膜變形產(chǎn)生電壓。

實(shí)施例三

在本實(shí)施例中，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞筒狀腔體外表面設(shè)置的感應(yīng)線圈6以及設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)的第一磁鐵7。當(dāng)能量采集器感受到外部環(huán)境振動(dòng)，第一磁鐵在筒狀腔體內(nèi)運(yùn)動(dòng)切割感應(yīng)線圈產(chǎn)生電壓。

實(shí)施例四

在本實(shí)施例中，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于筒體腔體外壁上的第一電極8、第二電極9和第二質(zhì)量塊10，所述第二電極與第二質(zhì)量塊同時(shí)設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)且第二電極固定于第二質(zhì)量塊上；所述第一電極的極性面與第二電極的極性面相對(duì)放置。所述第二質(zhì)量塊與筒狀腔體的接觸面與筒體腔體內(nèi)表面相適配。當(dāng)能量采集器感受到外部環(huán)境振動(dòng)，第二質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)第二電極運(yùn)動(dòng)從而改變第一電極與第二電極的距離或正對(duì)面積以產(chǎn)生電壓。

實(shí)施例五

在本實(shí)施例中，所述電輸出結(jié)構(gòu)包括復(fù)合磁電換能塊11、第二磁鐵12和導(dǎo)磁體13，所述第二磁鐵環(huán)繞于筒狀腔體的外表面設(shè)置，所述第二磁鐵與復(fù)合磁電換能塊設(shè)置于筒狀腔體內(nèi)，所述磁導(dǎo)體設(shè)置于復(fù)合磁電換能塊上。復(fù)合磁電換能塊為壓電/壓磁構(gòu)成的復(fù)合磁電換能材料。

在本實(shí)施例中，所述第二磁鐵用于提供磁場(chǎng)環(huán)境，所述導(dǎo)磁體用于改變復(fù)合磁電換能塊所處磁場(chǎng)環(huán)境，復(fù)合磁電換能塊在變化磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電輸出。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。