[發明專利]一種復合式旋轉能量收集器

有效

• 申請號: 202110334419.0
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113054870B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 秦利鋒;林茂宇;夏虎;楊帆
• 申請（專利權）人: 廈門大學深圳研究院
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明提供了一種復合式旋轉能量收集器，其特征在于，包括殼體、導管、磁鐵小球、線圈、階梯軸、壓電懸臂梁以及磁鐵；階梯軸位于殼體的幾何中心并垂直連接于殼體的上下兩個端面，壓電懸臂梁一端與階梯軸配合連接，壓電懸臂梁的另一端固定連接磁鐵，導管固定安裝在殼體周向上，磁鐵小球放置于導管內部，所述線圈的中軸線與導管的中軸線重合從而套在導管上；殼體的中心線水平布置，安裝在旋轉機構的轉動部件上做同心或偏心旋轉，導管、線圈、階梯軸、壓電懸臂梁以及末端磁鐵同殼體一起做同心或偏心旋轉。應用本技術方案可實現直接將能量收集器安裝在旋轉機構的轉動部件上實現高效的旋轉能量收集，特別適用于無法額外安裝定子轉子結構的場合。

技術領域

本發明涉及能量收集領域，具體是指一種復合式旋轉能量收集器。

背景技術

無線傳感器網絡在國防、醫療、交通、環境等領域發揮著越來越重要的作用。未來，將會有更多的傳感器網絡節點投入使用，這些傳感器主要依靠電池供電，而電池存在壽命有限，替換困難，容易造成環境污染等缺點，這些問題嚴重限制了傳感器技術的發展。為了解決傳感器節點的自供能問題，研究人員提出了收集環境中的能量為傳感器供能的技術方案。

振動作為環境中廣泛存在的能量形式，具有綠色無污染、分布廣泛、穩定可靠等優點，收集環境中的振動能量為傳感器供能的技術成為研究的熱點。按照能量的轉化方式，振動能量收集可以分為壓電式、電磁式、靜電式、摩擦式、復合式等，它們各自有不同的優缺點，其中復合式振動能量收集結合了兩種或兩者以上的發電機理，有望更為充分地收集振動能量，提高能量轉化效率。

旋轉作為振動能量形式中的一種，廣泛存在于日常生活中，比如汽車車輪的滾動、風車葉片的轉動等等。同時，在一些旋轉部件上需要安裝傳感器來實時監測部件的工作狀態，比如渦輪發動機葉片的結構健康監測、汽車輪胎的胎壓監測系統等，收集旋轉振動能量為這些傳感器供能具有十分重要的現實意義。目前，傳統的旋轉能量收集器需要有一個轉子結構安裝在轉動部件上，而定子結構固定在不會轉動的部件上，當部件旋轉時定子與轉子結構形成相對運動發電。在實際應用中，比如像汽車的車輪，在出廠時已經安裝完成，整個軸系結構在前期已經設計定型，安裝額外的定子轉子結構十分不便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合式旋轉能量收集器，實現直接將能量收集器安裝在旋轉機構的轉動部件上實現高效的旋轉能量收集，特別適用于無法額外安裝定子轉子結構的場合。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種復合式旋轉能量收集器，包括殼體、導管、磁鐵小球、線圈、階梯軸、壓電懸臂梁以及磁鐵；

所述階梯軸位于殼體的幾何中心并垂直連接于殼體的上下兩個端面，所述壓電懸臂梁一端與階梯軸配合連接，所述壓電懸臂梁的另一端固定連接磁鐵，所述導管固定安裝在殼體周向上，所述磁鐵小球放置于導管內部并與所述導管的內壁保留一定間隙，所述線圈的中軸線與導管的中軸線重合從而套在導管上；

所述殼體的中心線水平布置，安裝在旋轉機構的轉動部件上做同心或偏心旋轉，與殼體配合固定的導管、線圈、階梯軸、壓電懸臂梁以及末端磁鐵同殼體一起做同心或偏心旋轉。

在一較佳的實施例中，當導管位于右側呈豎直朝向時，導管內的磁鐵小球在重力的作用下位于導管底部；當殼體逆時針轉過90度時，導管內的磁鐵小球在重力作用下開始從導管的一端移動到另一端，在移動過程中磁鐵小球產生的磁感線與繞在導管上的線圈相互切割從而利用電磁感應原理發電，同時磁鐵小球與壓電懸臂梁的末端固定的磁鐵產生磁力作用從而對壓電懸臂梁施加一次激勵，導致壓電懸臂梁發生彎曲變形，利用貼附在懸臂梁上壓電材料的壓電效應發電。