[發(fā)明專利]一種振動能量采集器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610367346.4
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN106026768B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇宇鋒;張坤;段智勇;郭丹;葉志通;秦立振;張振宇
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,栗改

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量采集器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種振動能量采集器，可以對各個方向的振動激勵加以響應(yīng)，實現(xiàn)能量的采集，將環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)換成電能，可以提高能量采集的效率。

背景技術(shù)

隨著石化能源的逐步消耗，能源問題逐漸受到全世界的關(guān)注。而自然界賦予我們各種形式的能量，目前大部分能量沒有被利用起來。比如，通過光電轉(zhuǎn)換形式將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，通過熱電效應(yīng)將余熱轉(zhuǎn)換為電能，通過生物化學(xué)反應(yīng)的能量采集，通過部件運動將環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)換成電能。振動能量采集可以應(yīng)用到各個領(lǐng)域，許多有振動的物體，比如汽車、火車、橋梁以及樓宇都有一定頻率的振動來源，而人的日常行走也有一定的振動來源。這些振動來源都蘊含有豐富的能量，如果能將這些能量合理的收集起來，可以供電子器件使用。目前研究中用于振動能量采集的主要方式有壓電式、電磁式和靜電式，壓電式能量采集器主要特點是輸出電壓高、壓電梁通常需要工作與頻率較高的范圍；而電磁式能量采集器的特點是其輸出電流較大、電壓較小。通常研究的能量采集器是對某一方向的振動激勵進行響應(yīng)而進行能量采集，而且其需要的工作頻率比較高，在較低的頻率范圍，比如人體運動的頻率只有10Hz以下，則不能有效的進行振動能量的采集。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種振動能量采集器，可以響應(yīng)多個方向的振動，對平面內(nèi)各方向的振動激勵進行響應(yīng)，尤其是對多方向的低頻振動進行響應(yīng)，可以有效的將振動能量轉(zhuǎn)換成電能。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種振動能量采集器，包括支架，支架上方設(shè)有蓋板，支架下方設(shè)有底板，所述支架內(nèi)設(shè)有至少3個折疊壓電梁，折疊壓電梁的兩側(cè)面設(shè)有電極，折疊壓電梁的折彎部之間設(shè)有間距，折疊壓電梁的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁的固定端固定在支架上，折疊壓電梁的懸臂端延伸至支架的中部，折疊壓電梁的懸臂端圍成的空間內(nèi)設(shè)有球體，折疊壓電梁的懸臂端之間設(shè)有間距，球體與折疊壓電梁的懸臂端設(shè)有間距。

所述折疊壓電梁的懸臂端均固定設(shè)有擋塊，擋塊圍成的中心設(shè)有球體，球體與擋塊之間設(shè)有間距，擋塊之間設(shè)有間距。

所述擋塊為圓弧形的擋塊，擋塊的內(nèi)凹側(cè)與球體相對。

所述蓋板和底板的內(nèi)表面上設(shè)有螺旋線圈，螺旋線圈兩端設(shè)有引出線，球體為磁化的球體；所述球體呈半徑方向磁化，球體的中心為一個磁極，球體外側(cè)的磁極與球體中心的磁性相同。

所述擋塊為磁鐵塊，擋塊靠近球體外側(cè)的磁極與球體外側(cè)的磁極相反。

所述支架是呈圓柱筒形的支架，折疊壓電梁的數(shù)量設(shè)有4個，折疊壓電梁沿支架圓周均勻分布，4個折疊壓電梁在同一個平面上、且該平面與螺旋線圈平行。

所述折疊壓電梁的橫截面從懸臂端到固定端逐漸減小。

所述的折疊壓電梁通過可調(diào)節(jié)連接方式與支架相連接。

所述球體位于支架的中心，所述螺旋線圈設(shè)置在蓋板和底板的中心。

所述蓋板和底板上設(shè)有若干個螺旋線圈，每個折疊壓電梁懸臂端的上方和下方均設(shè)有螺旋線圈；所述蓋板和底板上的螺旋線圈上設(shè)有覆蓋層，覆蓋層厚度比螺旋線圈的厚度大，覆蓋層由絕緣材料構(gòu)成。

所述球體和擋塊采用釹鐵硼制成，折疊壓電梁采用壓電系數(shù)大的PZT或PVDF制成。

本發(fā)明的有益效果：在質(zhì)量球體周圍分布壓電折疊梁，當球體在外界振動激勵作用下運動（以滾動為主，滾動的摩擦力更小）給周圍的壓電折疊梁施加作用力使其變形產(chǎn)生應(yīng)力，這樣由于壓電效應(yīng)在折疊壓電梁兩側(cè)產(chǎn)生壓電電荷，通過壓電折疊梁兩側(cè)的電極由電源管理電路收集；進一步，考慮采用磁性球體，同時在底板和蓋板上設(shè)置感應(yīng)線圈，這樣當磁性的球體運動時，一方面可以對壓電折疊梁施加作用力，另一方面由于磁性球的運動其磁場也發(fā)生變化，這樣在上下感應(yīng)線圈內(nèi)由于磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，可以同時利用壓電效應(yīng)和電磁效應(yīng)進行振動能量采集，采集效率更高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例3的爆炸圖1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例3的爆炸圖2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例3去掉蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例3的外部結(jié)構(gòu)示意圖。