[發明專利]壓電-磁電混合能量收集裝置

無效

• 申請號: 201210078476.8
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102611351A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 黃學良;桑英軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種壓電-磁電混合能量收集裝置，屬于微電源節能技術領域。

背景技術

能量收集裝置主要應用于清潔能源、微電源技術領域，是將環境中分散的能量轉換為可利用電能的微型發電裝置，通常配合超級電容或充電電池和能量管理電路使用，將收集到的環境能量存儲起來，同時實現對負載的供電。微電子、無線網絡和MEMS等低功耗產品得到了大力發展，低功率的嵌入式電子裝置將會成為我們日常生活中的一部份，如果不使用高成本的傳統有線供電，怎樣給密集的網絡中成千上萬的傳感器供電將成為問題的關鍵。而傳統電池成本高、需要定期更換且易造成環境污染，并且由于有些微器件的工作位置難以觸及,?電池更換變得很不便甚至不可能。除此之外,?在許多不能提供能源或者易燃易爆等危險場所時,?電池更換問題更是難以解決。因此，如何為傳感器節點提供穩定、持久、可靠、清潔、廉價的能源成為目前國內外研究的熱點。環境中可利用的能源種類很多，如太陽能、風能、熱能、振動機械能等等，其中振動能量無處不在，如汽車振動，運動振動，工廠機械振動等等，振動能量收集可分為壓電式，靜電式，磁電式等等，其中壓電式和磁電式能量收集方式可以很好地結合，提高能量收集效率。

發明內容

本發明提供了一種結構簡單，運行可靠，能大幅提高能量收集效率且具有較寬工作頻帶的壓電-磁電混合能量收集裝置。

?本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種壓電-磁電混合能量收集裝置，由能量收集模塊、整流電路、儲能調壓電路和負載順序連接而成，能量收集模塊包括多個能量收集單元，其中能量收集單元包括固定底座、固定支座、懸臂梁、壓電片、永磁鐵、線圈和引線，固定底座上設置有固定支座，固定支座上裝有經固定連接的懸臂梁，懸臂梁的上下表面附有壓電片，懸臂梁的懸空端部裝附橫向的永磁鐵，永磁鐵兩端偏下固定底座上放置有兩個串聯線圈，線圈和壓電片連接引線。

所述的能量收集單元結構相同，能量收集單元的懸臂梁相互平行，但每個能量收集單元中的懸臂梁長度不同。

所述的能量收集單元中永磁鐵的極化方向為長度方向，相鄰能量收集單元的永磁鐵N、S極相向放置。

所述的能量收集單元能量收集方式為壓電磁電混合方式。

所述的能量收集單元中線圈設置在固定底座上，線圈平面垂直于固定底座，與永磁鐵兩極表面平行，線圈間距稍大于永磁鐵的長度。

所述的能量收集單元中壓電片通過導電膠粘貼到基板上，基板為導電材料，壓電片上下各有一片，上下壓電片的上下表面連接一根引線作為輸出電壓端的一極，另一極引線由中間基板引出。

本發明的有益效果如下：

1、結構簡單，安裝方便，能量收集效率高，工作頻帶寬。

2、可替代化學電池或者結合充電電池使用，不需要更換電池和頻繁維護；無環境污染，屬于高效清潔電源。

3、實現整流、儲能和調壓功能，滿足了當前無線傳感器網絡發展的需要。

附圖說明

圖1為壓電-磁電混合能量收集裝置結構示意圖。

圖2為能量收集單元的結構示意圖，其中：1、固定底座；2、固定支座；3懸臂梁；4、壓電片；5、永磁鐵；6、線圈；7、引線。

圖3為能量收集模塊中多個能量收集單元的放置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對發明創造做進一步詳細說明。

如圖1所示的壓電-磁電混合能量收集裝置，由能量收集模塊、整流電路、儲能調壓電路和負載順序連接而成。能量收集模塊包括多個懸臂梁3長度不等，懸臂梁3相互平行的能量收集單元。

能量收集單元的具體結構如圖2所示，包括固定底座1和設置在固定底座1上的固定支座2，固定支座2上裝有經固定連接的懸臂梁3，懸臂梁3的上下表面附有壓電片4，懸臂梁的懸空端部裝附橫向放置的長方體永磁鐵5，永磁鐵5兩端偏下固定底座1上放置有兩個串聯線圈6，線圈6和壓電片4連接引線7。各個能量收集單元的結構相同，懸臂梁3的長度不同。能量收集單元的懸臂梁相互平行，相鄰單元的永磁鐵N、S極相向放置。