[發明專利]一種風車狀多方向寬頻帶壓電電磁振動能量收集裝置

有效

• 申請號: 202110464985.3
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113224975B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 許冠華;趙新龍;趙祥
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 陳澤元

本發明提供一種風車狀多方向寬頻帶壓電電磁振動能量收集裝置，涉及新能源領域，包括連接振源的支柱、底部連接有CTS型彈簧隔振器的外輪殼、內圈輻射充磁的環形永磁體和至少四個發電單元，所述CTS型彈簧隔振器遠離外輪殼的一端連接振源，所述環形永磁體設置在支柱上，所述環形永磁體的中心和外輪殼的圓心重合，至少四個所述發電單元繞環形永磁體中心等角度設置在外輪殼的內表面凹槽中。本發明可彌補現有的振動能量收集技術中能量收集裝置只能在某個固定方向振動、能夠收集到的振動頻帶窄、能量收集效率低等缺陷；本發明可以應用的場合非常廣泛，即使工作環境中存在多方向、多頻率的振動，也能有效收集工作環境中的振動能量。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，具體為一種風車狀多方向寬頻帶壓電電磁振動能量收集裝置。

背景技術

當前，物聯網發展迅猛，物聯網就是“萬物相連的互聯網”，數量巨大的各種信息傳感器、射頻識別技術、GPS等各種裝置和技術與網絡結合起來，共同形成物聯網這樣一個龐大的網絡系統，可以實現在任何時間、任何地點的人、機、物的互聯互通。物聯網中數以萬計的各種信息傳感器往往需要無間斷地工作，因此，制約物聯網技術發展的一個關鍵因素就是信息傳感器的能量供應問題。

傳統電池的供能壽命有限、電池封裝工藝復雜并且使用過程中容易漏液，使用傳統電池容易對自然環境造成嚴重毒性污染。傳統電池本身的結構與尺寸也相對固定，這就限制了信息傳感器結構的多樣化。在一個龐大的物聯網中，數以萬計的信息傳感器被分散安裝在不同的地方，大部分傳感器的安裝環境惡劣，根本無法為其更換電池或為其更換電池的成本太高，這些問題的解決迫切需要一種能夠實現傳感器自供電的技術。注意到工作環境中存在著豐富的振動能，通過新能源技術可以把工作環境中廣泛存在的振動能利用起來，為無線傳感器系統供電。

振動能量收集器的實現主要通過以下三種方式：壓電式、電磁式和靜電式。壓電振動能量收集器的基本原理是正壓電效應，可以實現機械能到電能的轉化。電磁振動能量收集器的基本原理是法拉第電磁感應定律，可以實現磁能到電能的轉化。靜電振動能量收集器采用可變電容結構，通過兩塊板之間的相對運動產生電荷，但其工作一般需要外部電壓源，并且能量收集效率低、制作精度要求高，這限制了靜電式的發展與應用。因此，振動能量收集器較常用的方式是壓電式和電磁式。近年來，國內外學者研究出了多種能量收集裝置，包括多頻率能量采集器、三軸球壓電裝置、全方向打擊式能量收集裝置、立方體-質量塊結構、三自由度陣列式、線形-拱形組合梁和碰撞磁斥力雙穩態結構等等。

雖然目前對振動能量收集器的研究已經取得了一定進展，但是物聯網中各類信息傳感器所安裝的環境中的振動是低頻、多方向且無規律的，如何有效收集此類工作環境中的振動能量是亟待解決的難題。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種風車狀多方向寬頻帶壓電電磁振動能量收集裝置，解決了上述背景技術中提出的問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種風車狀多方向寬頻帶壓電電磁振動能量收集裝置，包括連接振源的支柱、底部連接有CTS型彈簧隔振器的外輪殼、內圈輻射充磁的環形永磁體和至少四個發電單元，所述CTS型彈簧隔振器遠離外輪殼的一端連接振源，所述環形永磁體設置在支柱上，所述環形永磁體的中心和外輪殼的圓心重合，至少四個所述發電單元繞環形永磁體中心等角度設置在外輪殼的內表面凹槽中。

所述發電單元包括永磁體彈簧組合梁組件和PVDF壓電梁組件。