[發(fā)明專利]復合式能量收集裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010970516.4
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN111934515B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉會聰;黃曼娟;孫立寧;陳濤;楊湛
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02N2/18
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李艾

本發(fā)明公開了復合式能量收集裝置，包括：兩端分別設(shè)置有懸臂支撐座和電磁支撐座的支撐板，以及分別與懸臂支撐座和電磁支撐座相連的懸臂模塊和電磁模塊；懸臂模塊包括懸臂梁，懸臂梁一端與懸臂支撐座固定連接，懸臂梁另一端為自由端且指向電磁支撐座，自由端的兩側(cè)面分別連接有磁鐵；電磁模塊包括浮動組件和電磁組件，浮動組件支撐電磁組件懸浮于電磁支撐座內(nèi)，電磁組件包括導電線圈。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整體寬頻率范圍的能量收集，提高能量轉(zhuǎn)換效率和整體發(fā)電量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量收集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復合式能量收集裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著低功耗無線傳輸技術(shù)的日趨成熟，各式微型傳感器、嵌入式系統(tǒng)以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)等得以迅猛發(fā)展，微型電子器件的耗電量也已降低到微瓦量級。而傳統(tǒng)的電池供電方式存在占用體積大、使用壽命短、存儲能量有限、污染環(huán)境等不足，因此如何為微型電子器件長期穩(wěn)定供電是目前需要攻克的技術(shù)難題。于是發(fā)展起來了能量收集技術(shù)，從環(huán)境中收集能量并轉(zhuǎn)換為電能實現(xiàn)無線傳感節(jié)點的自供電。

振動能是一種普遍存在于自然界中的能量，它以不同的形式、強度和頻率存在于各式建筑、橋梁、車輛以及大型機械設(shè)備、家用電器等各種生產(chǎn)和生活場合，甚至存在于動植物的諸多生命活動中。除此之外，振動能在持續(xù)時長和能量輸出等方面相較于其他環(huán)境能源具有明顯的優(yōu)勢，因此振動能量收集技術(shù)有望取代傳統(tǒng)的干電池為微型低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點長期穩(wěn)定供電。

但是環(huán)境中的振源大多不是單一頻率的振動，而是頻率變化范圍寬且隨機的振動。大多振動能量收集器還是線性的工作方式，只有當外界振源頻率與收集器共振頻率相近時才能產(chǎn)生較大的輸出，導致收集器的有效工作頻率范圍比較窄，無法適應寬頻隨機的環(huán)境振源，并且能量轉(zhuǎn)換形式比較單一，發(fā)電量受到限制。雖然研究發(fā)現(xiàn)有多種機制能夠拓寬振動能量收集器的工作頻帶并增強輸出性能，但是都存在不足之處，比如多模態(tài)振動能量收集器共振頻率離散結(jié)構(gòu)復雜，多穩(wěn)態(tài)振動能量收集器只適用于高強度激振環(huán)境，升頻振動能量收集使用壽命短，難以滿足電子器件供電需求。因此需要采取有效的措施拓寬振動能量收集器的工作頻帶寬度并增強輸出性能，提高振動能量收集和轉(zhuǎn)換效率，加快新型無線供電技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種復合式能量收集裝置，以拓寬頻帶和提高輸出，實現(xiàn)整體寬頻率范圍的能量收集，可有效收集環(huán)境中低頻且變化范圍較寬的振動能量并轉(zhuǎn)換為電能，為無線傳感節(jié)點供電。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了復合式能量收集裝置，包括：

支撐板，所述支撐板兩端分別設(shè)置有懸臂支撐座和電磁支撐座，懸臂模塊和電磁模塊分別與所述懸臂支撐座和電磁支撐座相連；

所述懸臂模塊包括懸臂梁，所述懸臂梁一端與所述懸臂支撐座固定連接，所述懸臂梁另一端為自由端且指向所述電磁支撐座，所述自由端的兩側(cè)面分別連接有磁鐵；

所述電磁模塊包括浮動組件和電磁組件，所述浮動組件支撐所述電磁組件懸浮于所述電磁支撐座內(nèi)，所述電磁組件包括導電線圈。

進一步的，所述浮動組件包括上彈簧固定部和下彈簧固定部，所述電磁組件設(shè)置于線圈套內(nèi)，所述上彈簧固定部和下彈簧固定部的兩端分別與所述線圈套上下兩側(cè)及電磁支撐座固定連接。

進一步的，所述上彈簧固定部和下彈簧固定部均包括浮動彈簧、彈簧壓板和彈簧托盤，所述彈簧壓板與所述線圈套相連，所述彈簧托盤與所述電磁支撐座相連，所述彈簧壓板和彈簧托盤的相對面設(shè)置有彈簧固定槽，所述浮動彈簧的兩端分別卡設(shè)在所述彈簧壓板和彈簧托盤的彈簧固定槽內(nèi)。

進一步的，所述電磁支撐座頂部設(shè)置有蓋板，所述上彈簧固定部和電磁支撐座之間設(shè)置有調(diào)距墊片，所述彈簧托盤與所述蓋板相連，所述調(diào)距墊片設(shè)置于所述彈簧托盤與電磁支撐座之間。

進一步的，所述懸臂梁為壓電梁。