CN210297573U - 一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置 - Google Patents
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Abstract
一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。本实用新型涉及压电取能装置，尤其涉及一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。提供了一种结构简单，取能可靠的针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。包括悬臂梁、固定块、压电振子、配重块、弹簧和电能捕获电路。本实用新型首次提出了电能捕获电路基于复阻抗匹配来设计以提高设备振动机械能的转化效率和利用率；通过配重块和弹簧来调节共振频率以适应特定环境下具有固定振动频率的振动源，实现输出功率的最大化；安装方便，便于实现有限体积的较大电能输出，能量密度较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及压电取能装置，尤其涉及一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。
背景技术
在工业4.0时代，电力设备体量不断增加，传统的运检模式和手段越来越难以适应信息高效获取，状态智能分析等要求。因此为了解决当前运检技术遇到的发展瓶颈，无线传感器应运而生。但随着变电站无线传感器应用越来越广泛，与变电站要求的无线传感器网络节点数量的增加和体积的减小，传统的电池供能方式已经很难适应现今状况，其电池供能方式对于无线传感器网络节点的微型化和可靠性非常不利，且电池的使用寿命一般只有3-5年，而一些设备无法更换电池或者更换电池的成本非常高，这在很大程度上制约了无线传感器网络技术的发展，因此直接从环境中取能为网络传感器节点供电成为很好的替代供能方式。
压电取能装置主要利用正压电效应，通过热电材料实现振动机械能与电能之间的相互转换，在特定环境下将会产生巨大作用。例如在变电站中，相关设备运行时会产生较大的振动机械能，这为压电转换的应用提供了前提条件，然而，没有专门针对变电站内的设备进行取能的装置。
实用新型内容
本实用新型针对以上问题，提供了一种结构简单，取能可靠的针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置。
本实用新型的技术方案为：包括悬臂梁、固定块、压电振子、配重块、弹簧和电能捕获电路，
所述悬臂梁呈L形、且与设备直接相连，所述固定块设在悬臂梁的竖端内侧，所述压电振子的一端连接固定块，另一端连接配重块；所述弹簧连接在悬臂梁的横端顶部，所述弹簧连接配重块，
所述电能捕获电路通过导线连接压电振子。
所述电能捕获电路包括整流电路和复阻抗X，
所述整流电路用于将输入源的交流电整流成供负载R使用的直流电，
所述整流电路包括全波整流桥和电容C1，所述全波整流桥包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4，
其中，整流二极管D1和整流二极管D3串联形成超前整流桥臂，整流二极管D2和整流二极管D4串联形成滞后整流桥臂；
所述超前整流桥臂、滞后整流桥臂和电容C1并联连接；
所述复阻抗X与输入源的内阻抗匹配。
所述设备为变压器或隔离开关。
所述压电振子包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的两端分别连接固定块和配重块。
本实用新型在工作中，悬臂梁与设备直接连接，固定块安装于悬臂梁上，压电陶瓷片一端与固定块连接，另一端与和配重块连接；同时，压电陶瓷片通过导线与电能捕获电路连接；
将支撑方式将设计成悬梁臂式，提高振动能量的转换率，并在压电振子根部下安装弹簧和配重块以便产生更大的振动能量，使得输出的功率最大化；压电陶瓷片会将机械变形转换为电能，通过合理的电极安装可将电能引出，进行供电。
本实用新型首次提出了电能捕获电路基于复阻抗匹配来设计以提高设备振动机械能的转化效率和利用率；
通过配重块和弹簧来调节共振频率以适应特定环境下具有固定振动频率的振动源，实现输出功率的最大化；
安装方便，便于实现有限体积的较大电能输出，能量密度较高。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图，
图2是电能捕获电路的原理图；
图中1是悬臂梁，2是固定块，3是压电振子，4是配重块，5是弹簧，6是导线，7是电能捕获电路。
具体实施方式
本实用新型如图1-2所示，包括悬臂梁1、固定块2、压电振子3、配重块4、弹簧5和电能捕获电路7，
所述悬臂梁1呈L形、且与设备直接相连，所述固定块2设在悬臂梁的竖端内侧，所述压电振子3的一端连接固定块，另一端连接配重块；所述弹簧5连接在悬臂梁的横端顶部，所述弹簧5连接配重块4，
所述电能捕获电路7通过导线6连接压电振子3。
本实用新型在工作中，悬臂梁与设备直接连接，固定块安装于悬臂梁上，压电陶瓷片一端与固定块连接，另一端与和配重块连接；同时，压电陶瓷片通过导线与电能捕获电路连接；
将支撑方式将设计成悬梁臂式，提高振动能量的转换率，并在压电振子根部下安装弹簧和配重块以便产生更大的振动能量，安装配重块的另一目的在于使得压电振子的共振频率能够适应特定环境下的振动源的固定振动频率，使得输出的功率最大化；压电陶瓷片会将机械变形转换为电能，通过合理的电极安装可将电能引出，进行供电。
为了使得压电陶瓷片的共振频率可以适应变电站内变压器，隔离开关等设备的振动频率，在压电陶瓷片一端增加了配重块用来调节其共振频率。
所述电能捕获电路包括整流电路和复阻抗X，
所述整流电路用于将输入源的交流电AC整流成供负载R使用的直流电，
所述整流电路包括全波整流桥和电容C1，所述全波整流桥包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4，
其中，整流二极管D1和整流二极管D3串联形成超前整流桥臂，整流二极管D2和整流二极管D4串联形成滞后整流桥臂；
所述超前整流桥臂、滞后整流桥臂和电容C1并联连接；电容C1起稳压的作用；
所述复阻抗X与输入源的内阻抗匹配，同时负载R与输入源内阻匹配，达到输出功率的最大化。
所述设备为变压器或隔离开关。
所述压电振子包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的两端分别连接固定块和配重块。这样，在压电取能时，使得压电陶瓷片尽量接近于振动源。
本实用新型在振动源上连接悬臂梁，根据设计的位置安装压电取能装置，压电取能装置会在振动的作用下产生形变，由于正压电效应，压电陶瓷片会将机械变形转换为电能，通过合理的电极安装可将电能引出，进行供电。
本实用新型可以针对其固定频率进行调整以使得压电振子的共振频率适应此频率，可以获得较大输出功率，并且在安装时选用悬梁臂式的支撑方式可以较大地提高装置的电能转换效率。此时装置输出的电能是接近于正弦的交流电，电能捕获电路通过整流电路和复阻抗匹配的设计，可以将振动能量的利用率最大化。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置，其特征在于，包括悬臂梁、固定块、压电振子、配重块、弹簧和电能捕获电路，
所述悬臂梁呈L形、且与设备直接相连，所述固定块设在悬臂梁的竖端内侧，所述压电振子的一端连接固定块，另一端连接配重块；所述弹簧连接在悬臂梁的横端顶部，所述弹簧连接配重块，
所述电能捕获电路通过导线连接压电振子。
2.根据权利要求1所述的一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置，其特征在于，所述电能捕获电路包括整流电路和复阻抗X，
所述整流电路用于将输入源的交流电整流成供负载R使用的直流电，
所述整流电路包括全波整流桥和电容C1，所述全波整流桥包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4，
其中，整流二极管D1和整流二极管D3串联形成超前整流桥臂，整流二极管D2和整流二极管D4串联形成滞后整流桥臂；
所述超前整流桥臂、滞后整流桥臂和电容C1并联连接；
所述复阻抗X与输入源的内阻抗匹配。
3.根据权利要求1所述的一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置，其特征在于，所述设备为变压器或隔离开关。
4.根据权利要求1所述的一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置，其特征在于，所述压电振子包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的两端分别连接固定块和配重块。
Priority Applications (1)
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| CN201921813272.8U CN210297573U (zh) | 2019-10-25 | 2019-10-25 | 一种针对变电站固定振动频率的高效压电取能装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN210297573U true CN210297573U (zh) | 2020-04-10 |
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2019
- 2019-10-25 CN CN201921813272.8U patent/CN210297573U/zh active Active
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