[发明专利]一种多方向振动能量回收结构

说明书

技术领域

 本发明属于振动能量收集领域，涉及一种将外界振动能量转换为电能的结构，尤其是指一种能够在不同振动环境下适应多方向的能量收集结构。

背景技术

 随着现代工业的迅猛发展，环境污染和能源短缺是当今世界各国面临的两大难题，为了解决能源危机对经济发展和人们生活的影响，各国科技工作者开始探索新的绿色能源。振动作为人们日常生活中的常见现象，由于其具有较高的能量密度，其潜在的能量价值已引起越来越多的科技研究者的关注和思考。

压电材料作为一种智能材料，具有正压电效应和逆压电效应，利用其正压电效应可以将机械能转化为电能，而利用其逆压电效应可以将电能转化为机械能，于是人们想到了利用压电材料的正压电效应来实现其发电这一思路。利用压电材料采集环境振动能量这一技术方案，理论上其供电寿命仅取决于组成压电振动能量收集装置的各元器件的寿命，没有额外消耗能源，绿色环保。

目前，已有的关于振动能量回收的结构大多是利用压电材料的正压电效应，通过质量块将振动能量转换为质量块的动能，进而使压电材料产生变形，从而产生电能并通过储能结构储存，这种压电式振动能量回收结构主要是单方向的，如悬臂梁结构、bimorph结构、园膜结构等，其方向选择性很强，在存在多方向随机振动的情况下，这种方法回收的能量十分有限。方向的选择性带来的另一问题是，在安装能量回收结构时必须注意环境振动的方向，有时甚至需要专业人员才能完成。即使在安装时注意到环境振动的方向，一旦环境发生变化，该结构的性能将大幅下降。

基于以上分析，本发明人针对现有的振动能量回收结构只对单一方向敏感、振动能量回收效率不高等缺陷，提供一种具有优异效果的能量回收结构，本案由此产生。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种多方向振动能量回收结构，此种结构无论振动方向如何改变，或者在存在多方向振动的环境下都能够高效率地收集振动能量。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：

一种多方向振动能量回收结构，包括外壳、质量块、能量转换条、永磁体和电磁线圈；外壳为中空的立体结构，质量块位于外壳内部中心位置，由软磁材料制成；能量转换条的数目与外壳的顶点数目一致，并将质量块与外壳的各顶点分别连接，所述的能量转换条由一预弯弹性材料芯层和至少一压电材料层组成，且压电材料层上布设有能量收集电极；永磁体由强磁材料制成，固定于质量块内部，而电磁线圈固定于外壳的外表面。

上述能量转换条的预弯弹性材料芯层上布设有调谐控制电路。

上述能量转换条为长方形。

上述能量转换条由一层预弯弹性材料芯层和两层压电材料层组成，且两层压电材料层分别位于预弯弹性材料芯层的两侧，压电材料层由PVDF材料制成。

上述质量块由软磁材料制成，为球形结构或立方体结构。

上述永磁体为圆柱体结构或长方体结构。

上述电磁线圈为环形平面结构，由铜芯线制成。

采用上述方案后，本发明适应性强，环境振动方向的变化对其效率影响很小，在多方向振动环采集振动能量的效率更高，由于综合使用了磁电转换结构，其构造和加工简单，能量消耗非常小，进一步提高了能量收集效率。

附图说明

 图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明显示电磁线圈与外壳结构的剖视图；

图4是本发明中能量转换条的结构示意图；

图5是图4的剖视图。

具体实施方式

 以下将结合附图对本发明的结构及工作原理进行详细说明。

配合图1所示，本发明提供一种多方向振动能量回收结构，包括外壳1、质量块2、能量转换条3、永磁体4和电磁线圈5，以下分别介绍。

外壳1为中空的立体结构，其外部具有n个顶点（n为自然数），在本实施例中，设计为中空的正立方体结构，共具有6个外表面、8个顶点。

质量块2位于外壳1的内部中心，由软磁材料制成，可为球形结构或立方体结构，并与外壳1的各顶角均有连接。