[發(fā)明專利]多方向?qū)掝l帶能量采集器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310530588.7
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103532433A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊進(jìn);岳喜海;文玉梅;李平;余強(qiáng)模
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02N1/06;H02K35/02
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種能量采集裝置，尤其涉及一種多方向?qū)掝l帶能量采集器。

背景技術(shù)

當(dāng)前，無線傳感節(jié)點(diǎn)供電的主要來源仍然是電池，但由于其使用壽命、尺寸、以及高的維護(hù)和更換費(fèi)用，實(shí)際應(yīng)用中并不是最理想的選擇，為此，人們極其渴望為微型器件研究新的能量源以代替電池。能量采集器是一種能夠采集環(huán)境能量并將其轉(zhuǎn)換為電能的新型電源，正受到越來越廣泛的重視。

由于環(huán)境中的振動能量無處不在，振動能量采集器成為可自我維持電源研究中的一大熱點(diǎn)。1996年Williams和Yates第一次提出振動能量采集中振動能轉(zhuǎn)化為電能的通用模型，隨后該模型由El-Hami和Williams進(jìn)行了完善和發(fā)展，目前，將振動能量轉(zhuǎn)換為電能的工作方式主要有三種：電磁式、靜電式和壓電式。在此基礎(chǔ)上，研究者相繼設(shè)計(jì)了許多振動能量采集器，如：電磁式能量采集裝置（中國發(fā)明專利CN1877973A、CN101075773A、CN1652440A、CN1604436A、CN101110545A、CN1603155A等），靜電式能量采集裝置（中國發(fā)明專利CN1547312A、美國專利US7112911B2），壓電式能量采集裝置（中國發(fā)明專利CN2834010Y、CN201054553Y、CN101017989A、美國專利US7345407B2）。

但以上各類方式的振動能量采集器均只能響應(yīng)一個方向的振動能量，當(dāng)環(huán)境振動的方向隨著時間改變時，其他方向的振動能量幾乎不能被這些傳統(tǒng)的采集裝置收集，這樣采集裝置的采集效率和功率密度較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種多方向?qū)掝l帶能量采集器，其結(jié)構(gòu)為：所述能量采集器由支架和設(shè)置于支架上的電輸出部組成；所述支架由固定座、彈性連接梁和質(zhì)量塊組成；彈性連接梁一端與固定座固定連接，彈性連接梁另一端與質(zhì)量塊連接；所述彈性連接梁橫截面為圓形；

所述電輸出部采用如下三種并列可選方案：

方案一：所述電輸出部采用壓電薄膜，壓電薄膜裹覆在彈性連接梁表面；

方案二：所述電輸出部采用第一磁鐵和感應(yīng)線圈，第一磁鐵與質(zhì)量塊外端面連接，感應(yīng)線圈與第一磁鐵間隔一定距離設(shè)置，且感應(yīng)線圈的位置與固定座相對靜止；

方案三：所述電輸出部采用兩塊電極，第一電極與質(zhì)量塊外端面連接，第二電極與第一電極間隔一定距離設(shè)置，且第二電極的位置與固定座相對靜止，兩塊電極的極性面相對。

本發(fā)明的原理是：當(dāng)外部振動激勵作用到支架上后，彈性連接梁隨之發(fā)生彈性振動，質(zhì)量塊對振動具有增幅作用；當(dāng)采用方案一的電輸出部時，壓電薄膜會隨著彈性連接梁發(fā)生形變，從而產(chǎn)生電輸出；當(dāng)電輸出部采用方案二時，第一磁鐵會隨著彈性連接梁的振動而往復(fù)運(yùn)動，相當(dāng)于用感應(yīng)線圈往復(fù)切割第一磁鐵的磁力線，從而在感應(yīng)線圈上產(chǎn)生交流輸出；當(dāng)采用方案三與前述支架結(jié)合時，第一電極實(shí)質(zhì)上形成了一動電極，第二極電極實(shí)質(zhì)上形成了一靜電極，基于現(xiàn)有的MEMS技術(shù)（如CN1547312A），隨著彈性連接梁的振動，同樣可以獲得電輸出；方案三的換能方式也叫靜電換能。

另外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還有一個顯著特點(diǎn)，即彈性連接梁橫截面為圓形；彈性連接梁在本發(fā)明中起感應(yīng)外部振動的作用，我們暫且將其定義為彈性件，現(xiàn)有的振動能量采集裝置中一般都存在起相似功能的彈性件，為了增加能量采集器的受能方向，本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計(jì)了各種橫截面的彈性件，但其受能方向都相當(dāng)有限；而采用本發(fā)明方案后，即將彈性連接梁的橫截面設(shè)置為圓形后，彈性連接梁可以在其橫截面上任意角度的徑向位置處進(jìn)行振動，大大擴(kuò)展了彈性連接梁對振動方向的適應(yīng)性，并且隨著方向的擴(kuò)展，彈性連接梁還能對不同方向上的振動同時進(jìn)行感應(yīng)，從而使振動非線性化，基于現(xiàn)有的振動理論，這種非線性化的振動最終可以使裝置獲得寬頻特性；除此之外，相比于現(xiàn)有的各種非圓形橫截面的彈性件，圓形結(jié)構(gòu)更易加工。