[实用新型]一种基于压电和电磁耦合的复合式宽频振动能量采集器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种能源技术领域的能量采集器件，尤其是一种基于压电和电磁耦合的复合式宽频振动能量采集器。

背景技术

随着微电子技术的飞速发展与日趋成熟，电子产品正在不断地趋向于微型化和集成化。但是，随着研究的不断深入，如何为各种新型电子元器件供电已成为进一步推进其应用研究需要解决的关键问题。在实际应用过程中，这类器件往往是大量散布在环境条件苛刻、人类难以接近的地方或植入被测物体内部，对供能元件的体积、成本、工作条件、寿命都提出较高的综合要求。传统供电方式，主要是电池或电源线都难以满足要求。必须寻找一种新的电源，使之可以克服在各种微型无线传感产品和嵌入式器件中使用传统电池和有线电源带来的诸多缺点，如寿命短，存储能量有限，能量耗尽需重复充电，而在某些应用环境中又要求系统脱离电源线和充电器的束缚。

能量采集器可以把周围环境存在的能量收集起来转换成电能，然后直接给电子器件供电或者存储在储能器件中。只要外界存在能量来源，就可以采用这种方法持续补充能量。振动机械能是一种最容易从周围环境中获得的能量源，广泛地存在于家用电器、工业工厂设备、各种可动物体以及人体运动等。因此，振动能量采集器成为可自我维持的新型电源技术研究领域的一个重要方向。目前，基于振动的能量采集方法一般有三种：电磁式、静电式和压电式。电磁式振动能量采集器原理类似于发电机原理，主要是依靠线圈切割磁场时产生电流而将振动能转换成电能。静电式振动能量采集器也可称为电容式振动能力采集器，是利用外部设备如辅助电源或电容使处于运动状态的电容极片上的电压保持不变，当极片随外部环境运动造成电容容量变化时而使电容极片上己经充上的电荷发生运动，形成电流，由此将外部机械运动的能量转化成电能。压电式振动能量采集器的工作机制是压电材料的压电效应。当压电材料受到机械应力作用时，在材料的两个面上就会产生开路电压（分离的电荷）。

 单一的振动能量采集方式都各有自己的优缺点，而传统能量采集器一般采用线性共振形式，只能采集特定频率的环境振动，且其带宽通常较窄，能量采集效率低下。

发明内容

为克服现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种基于压电和电磁耦合的复合式宽频振动能量采集器，该振动能量采集器有效地结合了压电式和电磁式这两种能量采集方式，取长补短，进一步优化采集器的转化效率以及输出性能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该能量采集器包括外围结构、悬臂梁阵列、磁性质量块和感应线圈；悬臂梁阵列包括左、右两个梳齿型结构，共十组压电悬臂梁振子对,左、右两边各有五组；左边五组压电悬臂梁振子对的长度从前至后依次递减，右边五组压电悬臂梁振子对的长度从前至后依次增加，且两边悬臂梁振子两两相对，间距相同；每对压电悬臂梁振子分上、下两层，且长度相同，平行相对；压电悬臂梁振子一端固定于外围结构上，另一端悬空；磁性质量块固定于上层压电悬臂梁振子末端的下表面；感应线圈电镀于下层压电悬臂梁振子末端的上表面；磁性质量块与平面螺旋线圈上下平行相对。

本实用新型的有益效果是：整合了压电、电磁能量采集双重理论，可以捕获多种模态的环境振动能量；采用阵列式结构，利用多悬臂梁振子不同的谐振频率，实现在一定频谱范围内谐振。从而有效地拓宽了采集频带宽度，进一步提高了采集效率和输出功率，在新型电子器件的设计和制作中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型基于压电和电磁耦合的复合式宽频振动能量采集器的结构俯视图。

    图2为本实用新型基于压电和电磁耦合的复合式宽频振动能量采集器的结构正视图。

    图3为本实用新型上层悬臂梁振子的结构正视图。

    图4为本实用新型下层悬臂梁振子的结构正视图。

    图5为本实用新型下层悬臂梁振子的结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。