能量收集傳感器及能量管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衡器領(lǐng)域，尤其涉及能量收集傳感器以及含有能量收集傳感器的能量管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在衡器行業(yè)中，不同應(yīng)用的場合，設(shè)備運行時會產(chǎn)生大量能量，而這些能量目前沒有利用，比如:汽車在運動過程時，秤臺和地面會產(chǎn)生一定的振動，而這些振動的能量是白白浪費了 ；在過程稱重時，物品在上秤和下秤時，由于間隙，同樣會產(chǎn)生大量的能量。
[0003]目前的車輛衡在安裝時，都要做路基和線纜槽，使安裝非常不便，周期長，如果采用無線傳輸，就可以解決上述某些方面問題。但無線的供電就需要可靠的解決。盡管無線技術(shù)正得到大量應(yīng)用，而無線技術(shù)對電能的持續(xù)性使用有非常高的需求，儀表長時間使用，電池供電不足，會給客戶帶來不便。若能將稱重過程中產(chǎn)生的大量能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁褂?，將會大大?yōu)化車輛衡的系統(tǒng)設(shè)計，并且給客戶帶來巨大方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進一步的解釋。
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明設(shè)計了一種能量收集傳感器，將太陽能、振動能量、外接電能三者有序處理并且根據(jù)用戶使用需求提供不同的電源輸出形式。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種能量收集傳感器，包括:外殼，外殼通過第一螺釘固定至一外部振動源并且被振動源的振動帶動而產(chǎn)生振動；壓電陶瓷，壓電陶瓷被外殼的振動帶動而產(chǎn)生振動、并且產(chǎn)生電荷；處理電路，處理電路通過第四螺釘固定至外殼內(nèi)側(cè)的底部、通過導(dǎo)線連至壓電陶瓷并接收來自壓電陶瓷的電荷、對電荷進行處理并輸出電信號，其中，外殼上還設(shè)有電纜接頭，電纜接頭通過導(dǎo)線耦接至處理電路、并且將來自處理電路的電信號傳遞至能量收集傳感器外部的輸出電纜。
[0007]根據(jù)本發(fā)明又一方面，壓電陶瓷包括:晶體支架，晶體支架通過第二螺釘固定至外殼內(nèi)側(cè)的底部，晶體支架被外殼的振動帶動而產(chǎn)生振動；以及多個壓電晶體片，每個壓電晶體片的一端通過多個第三螺釘固定至晶體支架以使得多個壓電晶體片兩兩相對地位于晶體支架的上下兩側(cè)，每個壓電晶體片的另一端固定有相應(yīng)的質(zhì)量塊，多個壓電晶體片被晶體支架的振動帶動而產(chǎn)生振動、繼而產(chǎn)生電荷。
[0008]根據(jù)本發(fā)明又一方面，處理電路包括:整流模塊，整流模塊耦接至壓電陶瓷，對電荷進行整流；儲能元件，儲能元件耦接至整流模塊，儲存經(jīng)整流的電荷；直流一直流轉(zhuǎn)換模塊，直流一直流轉(zhuǎn)換模塊耦接至儲能元件，對經(jīng)整流的電荷進行直流一直流轉(zhuǎn)換以得到電信號。
[0009]根據(jù)本發(fā)明又一方面，每個壓電晶體片和相對應(yīng)的第三螺釘之間設(shè)有壓片。
[0010]根據(jù)本發(fā)明又一方面，壓電晶體片的數(shù)量為以下的任一種:六個、八個、十個、十二個。
[0011]根據(jù)本發(fā)明又一方面，處理電路和第四螺釘之間設(shè)有絕緣支撐套。
[0012]根據(jù)本發(fā)明又一方面，外殼上還設(shè)有以下至少之一:輸入外接電能的電源接口，電源接口通過導(dǎo)線連至處理電路；和輸入太陽能的太陽能接口，太陽能接口通過導(dǎo)線連至處理電路。
[0013]根據(jù)本發(fā)明又一方面，能量收集傳感器還包括封裝蓋板，封裝蓋板蓋在外殼的上方。
[0014]根據(jù)本發(fā)明還有一方面，提供了一種能量管理系統(tǒng)，包括:能量收集傳感器，用于收集太陽能、振動能量和外部電能中的一種或多種能量、并且將所收集的能量轉(zhuǎn)換成電能；一個或多個蓄電設(shè)備，耦接至能量收集傳感器并且存儲電能；以及直流一直流轉(zhuǎn)換模塊，耦接至蓄電設(shè)備并且將所存儲電能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號而輸出。其中，能量收集傳感器包括:外殼,外殼通過第一螺釘固定至一外部振動源并且被振動源的振動帶動而產(chǎn)生振動；壓電陶瓷，壓電陶瓷被外殼的振動帶動而產(chǎn)生振動、并且產(chǎn)生電荷；處理電路，處理電路通過第四螺釘固定至外殼內(nèi)側(cè)的底部、通過導(dǎo)線連至壓電陶瓷并接收來自壓電陶瓷的電荷、對電荷進行處理并輸出電信號，其中，外殼上還設(shè)有電纜接頭，電纜接頭通過導(dǎo)線耦接至處理電路、并且將來自處理電路的電信號傳遞至能量收集傳感器外部的輸出電纜。
[0015]根據(jù)本發(fā)明又一方面，蓄電設(shè)備的數(shù)量為一個，太陽能、振動能量和外部電能給同一個蓄電設(shè)備充電。
[0016]根據(jù)本發(fā)明又一方面，蓄電設(shè)備的數(shù)量為三個，太陽能、振動能量和外部電能通過三個分別的能量通道給三個蓄電設(shè)備充電。
[0017]根據(jù)本發(fā)明又一方面，監(jiān)測每個能量通道的電能蓄電的電量，以選擇一個能量通道作為能量輸出通道。
[0018]本發(fā)明的能量收集傳感器以及包含該能量收集傳感器的能量管理系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用場合設(shè)計不同的安裝機械結(jié)構(gòu)，達到節(jié)能效果和優(yōu)化設(shè)計的效果。
【附圖說明】
[0019]包括附圖是為提供對本發(fā)明進一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中:
[0020]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的能量收集傳感器的剖視圖。
[0021]圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的能量收集傳感器拆去封裝蓋板后的俯視圖。
[0022]圖3示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的能量收集傳感器的剖視圖。
[0023]圖4示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的能量收集傳感器的剖視圖。
[0024]圖5示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的能量收集傳感器的剖視圖。
[0025]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的能量管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0026]現(xiàn)在將詳細參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0027]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的安裝至振動源的能量收集傳感器100的剖視圖。由圖1可見，能量收集傳感器100緊貼著振動源9下方安裝。具體而言，能量收集傳感器100的外殼I通過螺釘10固定至振動源9。能量收集傳感器100上方有封裝蓋板3，當(dāng)能量收集傳感器100固定至振動源9時，封裝蓋板3與振動源下方接觸。在不同的實施例中，根據(jù)振動源9的大小不同，能量收集傳感器100的外殼I和封裝蓋板3的尺寸也可以改變。螺釘10的安裝位置和安裝深度也同樣非常講究。安裝淺的話，由于振動的影響，會影響螺釘10的連接程度，容易脫落。太深的話，需要打穿振動源9，會破壞原有設(shè)備的結(jié)構(gòu)。對安裝不方便。對于不同應(yīng)用的特點，材料不同位置接受到的能量是不一樣的，所以將能量收集傳感器安裝在不同的位置，產(chǎn)生的能量也是不一樣的。為了達到最佳的振動能量收集效果，可以針對不同應(yīng)用場合設(shè)計不同的機械結(jié)構(gòu)，只要能達到最佳的振動效果并且不抑制原有振動即可，振動盡量是無阻尼作用。
[0028]圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的能量收集傳感器100拆去封裝蓋板3后的俯視圖。結(jié)合圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明一實施例，能量收集傳感器100包括:外殼1、壓電陶瓷、以及處理電路15。外殼I通過第一螺釘10固定至一外部振動源9并且被振動源9的振動帶動而產(chǎn)生振動。壓電陶瓷被外殼I的振動帶動而產(chǎn)生振動、并且產(chǎn)生電荷。處理電路15通過第四螺釘14固定至外殼I內(nèi)側(cè)的底部、通過導(dǎo)線15連至壓電陶瓷并接收來自壓電陶瓷的電荷、對電荷進行處理并輸出電信號。其中，外殼I上還設(shè)有電纜接頭12，電纜接頭12通過導(dǎo)線耦接至處理電路15、并且將來自處理電路15的電信號傳遞至能量收集傳感器外部的輸出電纜U。
[0029]在一個實施例中，處理電路15和第四螺釘14之間設(shè)有絕緣支撐套13，防止外界環(huán)境的靜電影響到處理電路15。處理電路15對電荷進行整流、儲存經(jīng)整流的電荷，并且對所儲存的電荷進行直流一直流轉(zhuǎn)換。在一個實施例中，處理電路15包括:整流模塊、儲能元件和直流一直流轉(zhuǎn)換模塊。整流模塊耦接至壓電陶瓷，對電荷進行整流。儲能元件耦接至整流模塊，儲存經(jīng)整流的電荷。直流一直流轉(zhuǎn)換模塊耦接至儲能元件，對經(jīng)整流的電荷進行直流一直流轉(zhuǎn)換以得到電信號。
[0030]更具體地，壓電陶瓷包括晶體支架4和多個壓電晶體片7。晶體支架4通過第二螺釘16固定至外殼內(nèi)側(cè)的底部，晶體支架4被外殼I的振動帶動而產(chǎn)生振動。每個壓電晶體片7的一端通過多個第三螺釘5固定至晶體支架4，以使得多個壓電晶體片兩兩相對地位于晶體支架4的上下兩側(cè)。每個壓電晶體片7的另一端固定有相應(yīng)的質(zhì)量塊8。多個壓電晶體片7被晶體支架4的振動帶動而產(chǎn)生振動、繼而產(chǎn)生電荷。在外形結(jié)構(gòu)設(shè)計上對晶體支架4的材料選擇非常關(guān)鍵，不同的材料對振動頻率會有不同的影響。由于不同的材料的剛度是不一樣的，所以對振動頻率的傳遞會產(chǎn)生不同的阻尼系數(shù)，所以傳遞的能量會有所變化，最終影響振動的頻率。
[0031]在一實施例中，每個壓電晶體片7和相對應(yīng)的第三螺釘5之間設(shè)有壓片6，壓片6防止第三螺釘5對壓電晶體片7的破壞，同時壓片6如果阻尼系數(shù)比較高會抑制振動效果。
[0032]在圖1和2所示的實施例中，壓電晶體片7的數(shù)量為八個。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解，針對不同的應(yīng)用場合，例如針對不同尺寸的能量收集傳感器、不同的電能需求量等等，壓電晶體片的數(shù)量可以是不同的。例如，壓電晶體片7的數(shù)量也可以是六個、十個或十二個，等等。
[0033]在一實施例中，能量收集傳感器100還包括封裝蓋板3，封裝蓋板3蓋在外殼I的上方，用于將壓電陶瓷和處理電路15封裝在外殼I之中。當(dāng)能量收集傳感器100安裝至振動源9的下方時，封裝蓋板3的外表面與振動源9的底部接觸。
[0034]當(dāng)確定能量采集機構(gòu)，則整個能量收集傳感器的大小已經(jīng)固定，振動源進入到能量收集傳感器內(nèi)部，整個傳感器是處于振動狀態(tài)，而壓電陶瓷的振動是由振臂產(chǎn)生的振動來觸發(fā)的。壓電陶瓷7的振臂是由壓電晶體和夾著壓電晶體材料的組成(就像漢堡，中間是壓電晶體，通過上下兩層面包將壓電晶體夾著)。
[0035]為了使壓電陶瓷能夠充分產(chǎn)生能量，在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，考慮了多方面的影響因數(shù)，例如壓電陶瓷7的振臂的長短、質(zhì)量塊8的大小及質(zhì)量、等等。振臂的質(zhì)量越重，臂長越長，產(chǎn)生的能量越大，振幅也越大，但是能量收集傳感器的空間是固定的，同時壓電陶瓷的振臂的材料(夾壓電晶體的材料)對振動幅度也有限制要求，所以合理的振臂和質(zhì)量塊是能量收集傳感器的關(guān)鍵設(shè)計，比方質(zhì)量為Ig和2g，而振動的加速度為固定的，那么2g的質(zhì)量產(chǎn)生的能量一定大于Ig產(chǎn)生的能量，則有能量守恒可知，產(chǎn)生的壓電的能量轉(zhuǎn)化也大；同樣振臂的長短是控制質(zhì)量塊的力矩，長度越長，力矩越大，則產(chǎn)生的能量也越大。能有效的控制影響因數(shù)，對能量收集傳感器的能量的轉(zhuǎn)化率有直接關(guān)系。
[0036]圖3示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的能量收集傳感器200的剖視圖。圖3所示的能量收集傳感器200與圖