[實用新型]一種可自動調頻壓電電磁集成發電裝置

有效

• 申請號: 201621307432.8
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN206370787U
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 文傲;柳敘強;朱尚;常偉;孔慶帥;李周杰;王國全
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種微型高效發電裝置，尤其是涉及一種可自動調頻壓電電磁集成發電裝置，屬于微機電系統領域。

背景技術

隨著微機電系統（MEMS）快速微型化、集成化發展，微型電子產品尺寸和功耗逐漸減小。當前大多數微型傳感器、便攜式電子產品、低功耗設備等大都采用微型化學電池供能，化學電池壽命短、污染環境，對于植入式微設備更換電池操作繁瑣，特別是對于人體生物會造成二次傷害。基于環境振動能量收集發電技術可克服上述化學電池缺點，替代傳統化學電池為微機電系統持續供能。振動能量收集技術具有高度集成、清潔環保、持久高效的特點，使其在無線傳感網絡、航空航天、生物醫療、氣象檢測、日常生活等領域具有廣闊應用前景。

當前振動能量收集技術主要有靜電式、壓電式和電磁式等，靜電式能量收集裝置需外部額外供能，限制其應用。壓電式和電磁式發電裝置分別輸出高電壓和大電流，可集成二者轉換優點，研究一種復合式發電裝置。目前大多數振動能量發電裝置，僅在單一諧振頻率下具有高效能量轉換率，裝置本身固有頻率一旦偏離環境振動頻率，發電裝置功率輸出將會迅速下降。然而周圍環境振動頻率隨機，因此拓寬能量收集裝置頻帶成為研究熱點。國內外學者在寬頻調節技術領域做了大量探索，大部分寬頻發電裝置需手動調節，存在調節精度低、操作復雜等缺點，有的發電裝置還需外部額外供能進行調節，缺乏實用性。由此可見，現有基于環境振動寬頻發電技術有待于進一步改進和提高，使其更具實用意義。

實用新型內容

本實用新型針對上述能量收集技術存在的局限性，提供了一種可自動調頻壓電電磁集成發電裝置，該發電裝置利用壓電能量轉換、電磁能量轉換、齒輪間及齒輪與齒條嚙合傳動的原理，能量轉換機構可將收集到的環境振動能轉換為電能，頻率檢測機構可實時檢測環境振動頻率，將檢測線圈產生的電信號輸入到微控制機構，微控制機構可間歇周期性自主判斷裝置自身固有頻率是否匹配環境振動頻率，對自動調頻機構發出指令調節發電裝置固有頻率，使發電裝置在諧振狀態下進行能量采集，提高能量轉換效率。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種可自動調頻壓電電磁集成發電裝置，其特征在于：包括裝置主體，裝置主體包括底座和固定在底座上方的封裝外殼，所述封裝外殼內底座上表面固定有架體，架體導軌內設置有基板，所述基板上設置有能量轉換機構，所述架體上設置有頻率檢測機構和自動調頻機構，所述架體外底座上表面設置有步進電動機和微控制機構，所訴能量轉換機構由壓電發電部分和電磁發電部分組成，所述頻率檢測機構由檢測線圈和檢測磁鐵組成，所述自動調頻機構包括齒輪組、齒條、傳動軸、旋轉軸、調頻磁鐵和步進電動機，所述微控制機構由運算放大器、智能芯片、電壓放大器組成。

所述壓電發電部分包括硅基懸臂梁和壓電片，壓電片粘貼到硅基懸臂梁下端面，所述壓電片設置有上下電極接線點，中間平臺位置設置有能量收集磁鐵；電磁發電部分包括硅片單元和能量收集線圈，能量收集線圈粘貼到硅片單元下端面，所述能量收集線圈設置有正負極接線點。

所述檢測磁鐵粘貼到架體凸出梁下端面，檢測線圈設置在底座上表面且位于檢測磁鐵正下方，所述檢測線圈正負極引線與微控制機構相連。

所述架體兩端齒輪組相互嚙合固定到傳動軸上，齒條固定到基板兩端隨基板上下移動，所述旋轉軸設置在架體上端凸塊處，架體兩端上端凸塊設置有旋轉軸安裝孔，旋轉軸與步進電動機相連，步進電動機與微控制機構相連，所述調頻磁鐵設置在底座上表面且位于能量收集磁鐵正下方。

本實用新型的有益效果：

本實用新型利用壓電能量轉換、電磁能量轉換、齒輪間及齒輪與齒條嚙合傳動的原理，能量轉換機構可將收集到的環境振動能轉換為電能，頻率檢測機構可實時檢測環境振動頻率，將檢測線圈產生的電信號輸入到微控制機構，微控制機構可間歇周期性自主判斷裝置自身固有頻率是否匹配環境振動頻率，對步進電動機發出調節指令，通過改變調頻磁鐵和能量收集磁鐵之間距離，使發電裝置在諧振狀態下工作，提高發電效率。微控制機構和步進電動機可由發電裝置自身供能，無需外部額外輸入電能。

附圖說明

圖1為本實用新型的外部結構示意圖。

圖2為本實用新型去掉封裝外殼主視結構示意圖。

圖3為本實用新型去掉封裝外殼的內部結構示意圖。

圖4為本實用新型去掉封裝外殼后從另一側看的內部結構示意圖。

圖5為本實用新型齒輪組、齒條傳動結構示意圖。

圖6為圖5從底部看過去的結構示意圖。