[實用新型]一種電磁-壓電復合式換能器

有效

• 申請號: 202020744879.1
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN212343604U
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 楊佳星;陳海川;宋英子
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02N2/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

本實用新型提供一種電磁?壓電復合式換能器，包括底座支架、長方體永磁體、壓電片、圓柱體永磁體、感應線圈、E形導磁材料。所述底座支架為軸對稱結構，長方體永磁體放置在所述底座支架的中心凹槽處，壓電片平放于所述長方體永磁體的上表面，使壓電片的長度方向與長方體永磁體的長度方向一致，圓柱體永磁體的圓柱曲面布置在所述壓電片上方，E形導磁材料為2個，布置在圓柱體永磁體兩側，并關于所述圓柱體永磁體中心軸對稱，所述E形導磁材料上均繞設有感應線圈。本實用新型提高了能量采集器的轉換效率，同等振動的條件下，具有更高的輸出電壓，能夠為供電設備提供更加充沛的電源。

技術領域

本實用新型涉及一種振動能量采集裝置，具體涉及一種電磁-壓電復合式換能器。

背景技術

為了適應社會發展，需要更多的可再生、清潔能源。自然環境中，太陽能、風能、熱能、潮汐能和振動能等都是清潔可再生能源，其中機械振動能量無處不在，不受天氣、溫差等自然條件限制，因此應用前景廣闊。隨著微功耗技術的進步，微電子器件的耗電量已經減少到微瓦量級。采集振動能量為低功耗電子設備供電成為可能，有望采集人體運動時的振動能量為穿戴式低功耗電子設備供電。

單一機電轉換機制的能量采集裝置存在轉換效率有限，可擴展性較差。

由于壓電轉換機制的輸出電特性為：輸出電壓較高，輸出電流較小，同時輸出阻抗為容性。而電磁轉換機制的輸出電特性為：輸出電壓較低，輸出電流較大，同時輸出阻抗為感性。當振動能轉換為電能時，對電能提取接口電路的設計有一定難度。為了避免此問題，大多數文獻中采用分別對壓電轉換機制和電磁轉換機制進行電能提取。因此國內外許多學者開始開展復合式振動能量采集器的研究。

實用新型內容

為了解決背景技術提出的問題，本實用新型的目的是提供一種電磁-壓電復合式換能器。它提高了能量采集器的轉換效率，同等振動的條件下，具有更高的輸出電壓，能夠為供電設備提供更加充沛的電源。

本實用新型提供一種電磁-壓電復合式換能器，包括底座支架、長方體永磁體、壓電片、圓柱體永磁體、感應線圈、E形導磁材料。

所述底座支架為軸對稱結構，長方體永磁體放置在所述底座支架的中心凹槽處，壓電片平放于所述長方體永磁體的上表面，使壓電片的長度方向與長方體永磁體的長度方向一致，圓柱體永磁體的圓柱曲面布置在所述壓電片上方，E形導磁材料為2個，布置在圓柱體永磁體兩側，并關于所述圓柱體永磁體中心軸對稱，所述E形導磁材料上均繞設有感應圈，兩側的E形導磁材料至圓柱體永磁體的距離相同；

長方體永磁體充磁方向為X軸正方向，圓柱體永磁體充磁方向為X軸負方向；

或者長方體永磁體充磁方向為X軸負方向，圓柱體永磁體充磁方向為X 正負方向，

在外界振動條件下，圓柱體永磁體能沿著壓電片的長度方向來回的滾動。

進一步地是，初始狀態時，由于長方體永磁體與圓柱體永磁的相互吸引，所述圓柱體永磁體靜止在所述壓電片中心位置。

進一步地技術方案是，長方體永磁體固定在所述底座支架地下內表面中心凹槽處。

進一步地技術方案是，將壓電片平放在所述長方體永磁體上表面，壓電片的寬度與長方體永磁體的寬度相同。所述底座支架中心凹槽用于在X軸、Y 軸方向固定壓電片，當壓電片受到壓力時可以在Z軸正向產生位移。

壓電片分為上金屬基片、PTZ壓電陶瓷和下金屬基片，PZT壓電陶瓷和金屬基片用導電膠緊密粘貼。

進一步的是，圓柱體永磁體靜止在所述壓電片上時，圓柱體永磁體的厚度和所述壓電片的寬度相同，壓電片位于所述圓柱體永磁體和所述長方體永磁體的中間位置，在磁力的作用下壓電片將會發生壓電效應，產生感應電壓。