[發(fā)明專利]一種低頻寬頻帶震動俘能裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910720547.1
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110445417B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江兵;朱靖宇;談龍照;陳巖;俞子豪
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發(fā)明公開了一種低頻寬頻帶震動俘能裝置，包括基座，兩個分別與基座固定連接、上下設(shè)置的呈等腰梯形的懸臂梁，懸臂梁的上下表面分別連有壓電片，兩個懸臂梁遠(yuǎn)離基座的一端通過兩個彈簧和一個永磁鐵連接，永磁鐵的上下兩端分別固定連接在兩個彈簧上，兩個彈簧上分別套設(shè)有連接在懸臂梁上的感應(yīng)線圈。本發(fā)明兩個平行設(shè)置的懸臂梁可以使壓電裝置在低頻范圍內(nèi)存在多階諧振頻率，且各階諧振頻率之間的差值較小，拓寬了頻帶，對低頻環(huán)境的適用性更廣；兩個懸臂梁存在不同的諧振頻率，通過彈簧相連使能量在不同頻率振動下可以互相傳遞，寬頻適用性更廣；兩個懸臂梁自由端用彈簧連接永磁鐵，永磁鐵可以降低懸臂梁的諧振頻率，對低頻環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域中的壓電-電磁復(fù)合俘能裝置，尤其涉及一種低頻寬頻帶震動俘能裝置。

背景技術(shù)

近幾年，便攜式電子設(shè)備、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用、軍事、醫(yī)療和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。目前大多數(shù)的微電子產(chǎn)品都是利用化學(xué)電池提供電能，但由于傳統(tǒng)電池存在能量密度小、需要定期更換或充電，以及污染環(huán)境等問題，難以滿足微電子產(chǎn)品高速發(fā)展的需求。在我們生活環(huán)境的周圍，存在著各種各樣廢棄的能量，例如太陽能、壓力能、振動能等，俘獲環(huán)境中的能源為微電子產(chǎn)品供能成為一種很有前景的技術(shù)，并引起了研究者的關(guān)注。太陽能和壓力能雖然其能量密度比較高，但是由于其能量采集和供給技術(shù)的限制很難被廣泛的應(yīng)用到生活中。振動能在日常生活和工程實(shí)際中廣泛存在，不易受位置、天氣等因素的影響，并且具有較高的能量密度，因此越來越多的學(xué)者和專家致力于研究將環(huán)境中的振動能俘獲并轉(zhuǎn)換成電能，作為一種替代能源為微電子產(chǎn)品供能。壓電材料具有能耗低，易于微型化等特點(diǎn)，壓電陶瓷振動發(fā)電機(jī)是一種持久、清潔、免維護(hù)的新型發(fā)電裝置，因此壓電陶瓷發(fā)電技術(shù)的研究已得到廣泛重視，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自供電方面具有較廣闊的應(yīng)用前景。

中國專利CN201711122064.9中公開的一種二維壓電電磁混合式俘能器和中國專利CN201711121543.9中公開的一種兩自由度壓電電磁混合式俘能器為了感應(yīng)低頻震動，用彈簧來產(chǎn)生彈性放大從而使得應(yīng)用廣泛，但是用處單一，感應(yīng)震動效果不均勻。中國專利CN201710454532.6中公開的一種壓電電磁復(fù)合式振動俘能紐扣電池，其中彈簧用作傳遞壓力，使壓電片形變產(chǎn)生能量，但此法對壓電片壽命會產(chǎn)生影響。

現(xiàn)有壓電振動發(fā)電裝置存在環(huán)境適應(yīng)性差、發(fā)電效率低、低頻適應(yīng)性差、單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電量小的問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種低頻寬頻帶震動俘能裝置，該裝置可以適應(yīng)環(huán)境中隨機(jī)、寬帶、低頻、大振幅以及高強(qiáng)度振動能量回收。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的低頻寬頻帶震動俘能裝置，包括基座，兩個分別與基座固定連接、上下設(shè)置的呈等腰梯形的懸臂梁，兩個懸臂梁平行設(shè)置，所述懸臂梁的上下表面分別連有壓電片，兩個所述懸臂梁遠(yuǎn)離基座的一端通過兩個彈簧和一個永磁鐵連接，所述永磁鐵的上下兩端分別固定連接在兩個彈簧上，兩個所述彈簧上分別套設(shè)有連接在懸臂梁上的感應(yīng)線圈。其中感應(yīng)線圈的直徑略大于彈簧和永磁鐵的直徑。

對于懸臂梁的結(jié)構(gòu)，與矩形相比，等腰梯形的應(yīng)力分布較為均勻并且應(yīng)力較大；懸臂梁的結(jié)構(gòu)是在保證懸臂梁可以正常工作的情況下，懸臂梁的長度要長，可以降低懸臂梁的諧振頻率。

作為優(yōu)選，所述懸臂梁上表面的壓電片和下表面的壓電片采用串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。若采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以獲得較大的輸出電壓；若采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以獲得較大的輸出電流。

作為優(yōu)選，所述感應(yīng)線圈的圓心正對永磁鐵。

作為優(yōu)選，所述壓電片的形狀與懸臂梁的形狀相同，通過導(dǎo)電膠黏貼在懸臂梁的表面。

作為優(yōu)選，所述基座的材質(zhì)為亞克力玻璃材料。