CN115663731B - 一种基于微风振动取能的智能防振装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及输电线缆防振技术领域，尤其涉及一种基于微风振动取能的智能防振装置，包括：防振锤、压电元件、调频组件、夹具等，在使用中，防振锤通过夹具固定在线缆上可抑制其风致振动；进一步的，调频组件能够根据风致振动频率自适应调节防振锤固有频率以达到最佳振动控制效果；进一步的，压电元件可以将防振锤振动机械能转换为电能，进而供给自适应调频模块的工作消耗以实现整个智能防振锤的无源工作；通过上述设置，实现驱动件上的限位件对悬臂梁有效摆动距离的调整，进而实现根据传感器检测到的夹具的振动频率来调整振子的振动频率，达到对输电线缆高效振动抑制的目的，由于悬臂梁一端固定，仅通过限位件来调节，提高了悬臂梁的使用寿命。

Description

一种基于微风振动取能的智能防振装置

技术领域

本公开涉及输电线缆防振技术领域，尤其涉及一种基于微风振动取能的智能防振装置。

背景技术

微风振动是输电线缆最常见的振动方式，通常在1~10m/s的风速下，高压输电线的振动频率会在5~50Hz，而长时间的振动会导致输电线缆的裂纹甚至断裂，极大的影响输电线路的安全。

发明人知晓的相关技术中，为了抑制线缆的微风振动现象，多采用防振锤的方式来实现；防振锤一般通过线夹与输电线固接在一起，包括固定在线夹上的弹性杆以及与弹性杆两端连接的锤头；当输电线发生风致振动时，线夹随输电线一同振动，并将振动传递给锤头，锤头带动弹性杆反向振动，从而抵消电缆的振动。

然而发明人在实施上述方案时发现，上述防振锤虽然可以通过结构改进实现至少两种谐振频率，但是其防振频带依旧较窄，为了有效抑制线缆的风致振动，需要在线缆上安装多个不同谐振频率的防振锤；相关技术中也出现了通过驱动弹性杆在长度方向伸缩的方式来实现锤头的振动频率与线缆相适应；然而该种伸缩式的结构一方面频繁的伸缩移动容易导致伸缩杆寿命的减短，另一方面另外对伸缩驱动机构供电，容易导致线缆出现故障。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种基于微风振动取能的智能防振装置，采用压电片供电以及通过限位件限制振子的有效振幅来实现对振子频率的调节，以实现高效防振并提高悬臂梁的使用寿命。

根据本公开的第一方面，提供一种基于微风振动取能的智能防振装置，包括：

夹具，一端与输电线缆固定连接，另一端沿与输电线缆长度方向垂直的方向延伸；

防振锤，固定在所述夹具远离输电线缆的另一端，所述防振锤包括与所述夹具固定连接的悬臂梁以及与所述悬臂梁自由端固定连接的振子；

压电元件，贴附在所述悬臂梁上，且所述压电元件的长度方向与所述悬臂梁的长度方向平行，并跟随所述悬臂梁的弯曲而产生形变，用于将机械能转换为电能；

调频组件，固定在所述夹具上，包括调频机构、与所述调频机构连接的控制机构以及与所述控制机构连接的储能机构；

其中，所述调频机构包括驱动件和与所述驱动件连接的限位件，所述限位件的端部与所述悬臂梁抵接，所述驱动件用于改变所述限位件与所述悬臂梁的接触位置，所述储能机构与所述压电元件电连接，用于存储所述压电元件转换的电能并为所述控制机构及驱动件供电，所述控制机构包括振动传感器和处理器，所述振动传感器用于检测夹具的振动频率并将数据传递给处理器，所述处理器用于根据所述夹具的振动频率控制所述驱动件改变所述悬臂梁的振动频率，以抵消输电线缆的振动。

在本公开一些实施例中，所述振子和悬臂梁设置在所述夹具的两侧位置。

在本公开一些实施例中，两所述悬臂梁的长度不同。

在本公开一些实施例中，两所述振子的质量不同。

在本公开一些实施例中，所述压电元件为压电材质。

在本公开一些实施例中，所述储能机构包括能量转换模块和能量储存模块，所述能量转换模块用于将压电产生的电荷提取转换为电能，所述能量储存模块用于将电能储存并为所述处理器和驱动件供电。

在本公开一些实施例中，所述限位件通过改变与所述悬臂梁固定端的抵接位置，以实现所述振子有效摆动距离的改变，进而实现振子振动频率的改变。

在本公开一些实施例中，所述限位件远离驱动件的一端朝向所述悬臂梁方向具有凸起部，所述凸起部用于与所述悬臂梁接触。

在本公开一些实施例中，所述限位件远离所述驱动件的一端具有滑框，所述滑框套设在所述悬臂梁上。

在本公开一些实施例中，所述限位件远离所述驱动件的端部具有倒T型滑块，所述悬臂梁沿其长度方向上具有与所述倒T型滑块匹配的滑槽，所述倒T型滑块在所述滑槽内可相对移动设置。

本公开的有益效果为：本公开通过防振锤的设置抑制了输电线缆的风致振动，通过在防振锤的悬臂梁上设置的压电元件实现将其跟随悬臂梁做的弹性势能到电能的转换，并且通过将该电能供给值控制器和驱动件，实现驱动件上的限位件对悬臂梁有效摆动距离的调整，进而实现根据传感器检测到的夹具的振动频率来调整振子的振动频率，达到对输电线缆高效振动抑制的目的，并且由于悬臂梁一端固定，仅通过限位件来调节，提高了悬臂梁的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例中基于微风振动取能的智能防振装置的结构示意图；

图2为本公开实施例中基于微风振动取能的智能防振装置的原理示意图；

图3为本公开实施例中限位件改变悬臂梁有效振幅的原理示意图；

图4为本公开实施例中限位件的另一种结构形式示意图；

图5为本公开实施例中图4中的A处局部放大图；

图6为本公开实施例中限位件的另一种结构形式示意图；

图7为本公开实施例中图6中的横向剖视图；

图8为本公开实施例中限位件的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图8所示的基于微风振动取能的智能防振装置，固定在输电线缆01上，包括夹具10、防振锤20、压电元件30和调频组件40，其中：

夹具10的一端与输电线缆01固定连接，另一端沿与输电线缆01长度方向垂直的方向延伸；夹具10的结构具有多种形式，例如可以通过环形抱箍的形式将输电线缆01固定，其作用在于将整个装置固定在输电线缆01上，并且传递输电线缆01的振动。

防振锤20固定在夹具10远离输电线缆01的另一端，防振锤20包括与夹具10固定连接的悬臂梁21以及与悬臂梁21自由端固定连接的振子22；由于振子22的惯性作用，例如夹具10在朝下移动时，振子22由于惯性保持不动，而悬臂梁21发生弯曲，当夹具10朝上移动时，在悬臂梁21自身弹性的作用下，带动振子22往下移动，从而使得振子22与夹具10实现反向振动，通过这种方式，使得悬臂梁21伴生的阻尼效应耗散防振锤20的振动机械能，实现了对输电线缆01的稳定作用。

压电元件30贴附在悬臂梁21上，且压电元件30的长度方向与悬臂梁21的长度方向平行，并跟随悬臂梁21的弯曲而产生形变，用于将机械能转换为电能；在本公开实施例中，压电元件30为压电材料，其在受到压力时会将机械能转换为电势能，进而可以利用风致振动导致的悬臂梁21弯曲将机械能转换为电能，从而为调频组件40中的用电器件的供电提供基础；通过上述设置，与相关技术相比，实现了“无源”驱动，大大降低了装置在高压输电线缆01上出现故障的几率，提高了可靠性。

请继续参照图1，调频组件40固定在夹具10上，包括调频机构41、与调频机构41连接的控制机构42以及与控制机构42连接的储能机构43；

具体地，如图2中所示，调频机构41包括驱动件41a和与驱动件41a连接的限位件41b，限位件41b的端部与悬臂梁21抵接，驱动件41a用于改变限位件41b与悬臂梁21的接触位置，储能机构43与压电元件30电连接，用于存储压电元件30转换的电能并为控制机构42及驱动件41a供电，控制机构42包括振动传感器42a和处理器42b，振动传感器42a用于检测夹具10的振动频率并将数据传递给处理器42b，处理器42b用于根据夹具10的振动频率控制驱动件41a改变悬臂梁21的振动频率，以抵消输电线缆01的振动。在具体调节时，如图3中所示，限位件41b的端部与振子22的距离较长时，悬臂梁21的有效摆动距离较大，就使得振子22的振幅较大频率较小；而当移动限位件41b，使得其端部与振子22的距离较短时，振子22的振幅变小，振动频率变大；通过上述方式，使得调节限位件41b端部与悬臂梁21的接触位置，就能达到调整振子22振动频率的效果，进而通过传感器42a采集夹具10的振动频率，通过驱动件41a调整振子22的振动频率，达到同频反向共振的目的，实现了对输电线缆01的快速稳定；由于悬臂梁21有效振幅的距离与振子22的振动频率呈相关关系，可以对控制器进行设置，实现根据夹具10上传感器42a测定的振动频率来调整振子22的振动频率的效果。

在上述实施例中，通过防振锤20的设置抑制了输电线缆01的风致振动，通过在防振锤20的悬臂梁21上设置的压电元件30实现将其跟随悬臂梁21做的弹性势能到电能的转换，并且通过将该电能供给值控制器和驱动件41a，实现驱动件41a上的限位件41b对悬臂梁21有效摆动距离的调整，进而实现根据传感器42a检测到的夹具10的振动频率来调整振子22的振动频率，达到对输电线缆01高效振动抑制的目的，并且由于悬臂梁21一端固定，仅通过限位件41b来调节，提高了悬臂梁21的使用寿命。

在上述实施例的基础上，请继续参照图1，为了提高装置安装的稳定性，在本公开实施例中，振子22和悬臂梁21设置在夹具10的两侧位置。并且，为了实现多种调节频段，在本公开实施例中，两悬臂梁21的长度不同，两振子22的质量也不同。通过上述设置，使得防振锤20本身具有四阶谐振频率；再配合限位件41b的位置调节，就实现了多个频段的调节效果，进一步提高了装置的适用性。

在本公开实施例中，压电元件30为压电材质，这里的压电材质是指具有压电效应的材质，该种材质为现有材料，在受到压力时将机械能转换为电能。

进一步地，在本公开实施例中，储能机构43包括能量转换模块和能量储存模块，能量转换模块用于将压电产生的电荷提取转换为电能，能量储存模块用于将电能储存并为处理器42b和驱动件41a供电。这里的储能模块可以是能量收集电路，将压电元件30产生的电荷提取转换为电能，而能量储存模块存储在电容中并通过DC-DC转换器为用电器件进行供电；上述功能模块为电学领域常规的元件，本领域技术人员均知晓如何实现，例如公开号为CN104104133A的中国发明专利中公开的压电能量高效转换方法等现有技术，在本公开实施例中对其电路结构不再进行详细描述。

关于利用限位件41b改变振子22振动频率的构思，在本公开实施例中具有多种形式，其本质上是限位件41b通过改变与悬臂梁21固定端的抵接位置，以实现振子22有效摆动距离的改变，进而实现振子22振动频率的改变。这里需要指出的是，在本公开实施例中的抵接具有多种形式，本领域技术人员可以在上述构思的基础上对限位件41b以及驱动件41a的结构形式做出多种改进，但符合上述发明构思的结构均落入至本公开的保护范围内。

具体如图3中所示，在本公开一些实施例中，限位件41b远离驱动件41a的一端朝向悬臂梁21方向具有凸起部41b1，凸起部41b1用于与悬臂梁21接触。这样，通过凸起部41b1的设置，限制了悬臂梁21在弯曲时弯折点的位置，进而达到了调节频率的效果。

在本公开一些实施例中，如图4和图5中所示，为了达到更好的限制效果，限位件41b远离驱动件41a的一端具有滑框41b2，滑框41b2套设在悬臂梁21上。通过滑框41b2的设置，使得悬臂梁21在上下振动时均受到滑框41b2的限制，进而更好的达到了频率调节的目的。

在本公开的一些变形方式中，如图6和图7中所示，限位件41b远离驱动件41a的端部具有倒T型滑块41b3，悬臂梁21沿其长度方向上具有与倒T型滑块41b3匹配的滑槽，倒T型滑块41b3在滑槽内可相对移动设置。这样，通过滑块41b3与滑槽的配合，也同样实现了在滑块41b3的位置处进行悬臂梁21弯折位置的改变；当然这里需要指出的是，滑槽可以是直接设置在悬臂梁21上，也可以如图8中所示，在悬臂梁21上增加具有一定弹性的滑槽结构件，在不降低悬臂梁21结构强度的基础上实现对振子22频率的调节。

本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。本公开要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于微风振动取能的智能防振装置，包括夹具和防振锤，其特征在于：

所述夹具一端与输电线缆固定连接，另一端沿与输电线缆长度方向垂直的方向延伸；

所述防振锤固定在所述夹具远离输电线缆的另一端，所述防振锤包括与所述夹具固定连接的悬臂梁以及与所述悬臂梁自由端固定连接的振子；

还包括：

压电元件，贴附在所述悬臂梁上，且所述压电元件的长度方向与所述悬臂梁的长度方向平行，并跟随所述悬臂梁的弯曲而产生形变，用于将机械能转换为电能；

调频组件，固定在所述夹具上，包括调频机构、与所述调频机构连接的控制机构以及与所述控制机构连接的储能机构；

其中，所述调频机构包括驱动件和与所述驱动件连接的限位件，所述限位件的端部与所述悬臂梁抵接，所述驱动件用于改变所述限位件与所述悬臂梁的接触位置，所述储能机构与所述压电元件电连接，用于存储所述压电元件转换的电能并为所述控制机构及驱动件供电，所述控制机构包括振动传感器和处理器，所述振动传感器用于检测夹具的振动频率并将数据传递给处理器，所述处理器用于根据所述夹具的振动频率控制所述驱动件改变所述悬臂梁的振动频率，以抵消输电线缆的振动。

2.根据权利要求1所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述振子和悬臂梁设置在所述夹具的两侧位置。

3.根据权利要求2所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，两所述悬臂梁的长度不同。

4.根据权利要求2所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，两所述振子的质量不同。

5.根据权利要求1所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述压电元件为压电材质。

6.根据权利要求1所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述储能机构包括能量转换模块和能量储存模块，所述能量转换模块用于将压电产生的电荷提取转换为电能，所述能量储存模块用于将电能储存并为所述处理器和驱动件供电。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述限位件通过改变与所述悬臂梁固定端的抵接位置，以实现所述振子有效摆动距离的改变，进而实现振子振动频率的改变。

8.根据权利要求7所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述限位件远离驱动件的一端朝向所述悬臂梁方向具有凸起部，所述凸起部用于与所述悬臂梁接触。

9.根据权利要求7所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述限位件远离所述驱动件的一端具有滑框，所述滑框套设在所述悬臂梁上。

10.根据权利要求7所述的基于微风振动取能的智能防振装置，其特征在于，所述限位件远离所述驱动件的端部具有倒T型滑块，所述悬臂梁沿其长度方向上具有与所述倒T型滑块匹配的滑槽，所述倒T型滑块在所述滑槽内可相对移动设置。