[發明專利]一種升頻式壓電-電磁俘能裝置

有效

• 申請號: 202010486074.6
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111628674B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 郭勝凱;高世橋;金磊;尹作宗;李澤章
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的一種升頻式壓電?電磁俘能裝置，屬于發電技術領域。本發明通過升頻式壓電?電磁俘能方式能夠將機械振動能轉化為電能儲存，實現對微電子裝置供電，具有無污染，能量密度大，可靠性高等特點。本發明后腳跟下壓時和抬起時均有能量回收，下壓過程中第一壓電片和發電機輸出能量，抬起過程中第二壓電片輸出能量。本發明采用棘輪結構對壓電片進行上變頻，提高壓電片的激振頻率，提高壓電俘能的輸出功率。本發明通過齒輪升速模塊對下壓時齒輪的轉速提升，提升電磁俘能模塊的發電效率。本發明所采用的單向軸承，能夠最大程度減小踩壓過程中和回復過程中的阻力，兩個棘輪和二級齒輪的孔內單向軸承在非工作方向運動時最大程度減小對軸的摩擦。

技術領域

本發明涉及一種升頻式壓電-電磁俘能裝置，屬于發電技術領域。

背景技術

目前，常用的電子電器的供電元件一般為化學電池，化學電池儲能有限，需要定期更換，人力物力成本較高。隨著一些低功耗傳感器以及微小型電子器件的發展，利用這些傳感設備所在的振動環境俘能來供電已經成為較為合理可靠地解決方案，通過設計合理可靠的俘能結構，將振動環境中將機械能轉化為電能，存儲或者整流后作為微小型電子器件的電源。對于電磁式俘能器提高磁通量變化率是提升功率的有效方式，對于壓電式俘能器，提升其激振頻率是一種有效的方式。在一些常規的振動環境下，振動頻率較低，難以達到壓電片的共振頻率，其輸出功率也較低。常規的壓電式上變頻結構一般采用懸臂梁結構，包括具有低頻振動的驅動梁和高頻振動的壓電梁，這種結構使用驅動梁對壓電梁的碰撞來提升激振頻率，在一定程度上可以降低俘能器所適應的激振環境，但整體結構所能適應的激振頻率仍然很大，在強度較弱的振動環境中，采集能效不高，且現有技術方案在實施過程中效率低、磨損大，裝配難度高等技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種升頻式壓電-電磁俘能裝置，通過所述俘能裝置能夠將機械振動能轉化為電能儲存，并能夠實現對微電子裝置供電。本發明具有綠色無污染、能量密度大、可靠性高、環境適應性強、操作控制方便、維護成本低等優點。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種升頻式壓電-電磁俘能裝置，包括外殼、弧齒條、一級齒輪、二級齒輪、升速齒輪組、發電機、正向轉動棘輪、反向轉動棘輪、回復彈簧、壓電片緊固螺釘、隔板、壓電片一、壓電片二、雙向軸承一、雙向軸承二、雙向軸承三、雙向軸承四、金屬軸一、金屬軸二、單向軸承一、單向軸承二、單向軸承三。

外殼后側的圓弧部分靠近鞋跟部處開有用于放置弧齒限位板的槽，內壁分別分布有兩對四個孔，孔內分別布置雙向軸承一、雙向軸承二、雙向軸承三、雙向軸承四，即后側的兩個孔內置雙向軸承一和雙向軸承二，軸承一和軸承二內徑和金屬軸一配合；前側的兩個孔內置雙向軸承三和雙向軸承四，軸承三和軸承四內徑和金屬軸二配合。外殼內兩側布置有與壓電片緊固螺釘的配合孔，側面的方孔為發電機放置處。弧齒條的圓心處配合金屬軸二。金屬軸一上從左到右布置單向軸承一、單向軸承二、一級齒輪和單向軸承三。金屬軸二固定弧齒條和回復彈簧。單向軸承一配合正向轉動棘輪，單向軸承二配合二級齒輪，單向軸承三配合反向轉動棘輪。壓電片一、壓電片二分別通過壓電片緊固螺釘固定在外殼內壁上，壓電片一另一端緊貼在正向轉動棘輪齒表面上，壓電片二另一端緊貼在反向轉動棘輪的齒表面上。二級齒輪與升速齒輪組嚙合，升速齒輪組與發電機的軸連接，弧齒條旁邊安裝有回復彈簧，且上面粘有隔板。

所述升頻式壓電-電磁俘能裝置包括壓電俘能部分和電磁俘能部分。

所述的壓電俘能部分包括外殼、弧齒條、一級齒輪、正向轉動棘輪、反向轉動棘輪、回復彈簧、壓電片緊固螺釘、隔板、壓電片一、壓電片二、雙向軸承一、雙向軸承二、雙向軸承三、雙向軸承四、金屬軸一、金屬軸二、單向軸承一和單向軸承三。

所述的電磁俘能部分包括外殼、弧齒條、一級齒輪、二級齒輪、升速齒輪組、發電機、回復彈簧、壓電片緊固螺釘、隔板、雙向軸承一、雙向軸承二、雙向軸承三、雙向軸承四、金屬軸一、金屬軸二、單向軸承二。