[实用新型]一种可自动调频压电电磁集成发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微型高效发电装置，尤其是涉及一种可自动调频压电电磁集成发电装置，属于微机电系统领域。

背景技术

随着微机电系统（MEMS）快速微型化、集成化发展，微型电子产品尺寸和功耗逐渐减小。当前大多数微型传感器、便携式电子产品、低功耗设备等大都采用微型化学电池供能，化学电池寿命短、污染环境，对于植入式微设备更换电池操作繁琐，特别是对于人体生物会造成二次伤害。基于环境振动能量收集发电技术可克服上述化学电池缺点，替代传统化学电池为微机电系统持续供能。振动能量收集技术具有高度集成、清洁环保、持久高效的特点，使其在无线传感网络、航空航天、生物医疗、气象检测、日常生活等领域具有广阔应用前景。

当前振动能量收集技术主要有静电式、压电式和电磁式等，静电式能量收集装置需外部额外供能，限制其应用。压电式和电磁式发电装置分别输出高电压和大电流，可集成二者转换优点，研究一种复合式发电装置。目前大多数振动能量发电装置，仅在单一谐振频率下具有高效能量转换率，装置本身固有频率一旦偏离环境振动频率，发电装置功率输出将会迅速下降。然而周围环境振动频率随机，因此拓宽能量收集装置频带成为研究热点。国内外学者在宽频调节技术领域做了大量探索，大部分宽频发电装置需手动调节，存在调节精度低、操作复杂等缺点，有的发电装置还需外部额外供能进行调节，缺乏实用性。由此可见，现有基于环境振动宽频发电技术有待于进一步改进和提高，使其更具实用意义。

实用新型内容

本实用新型针对上述能量收集技术存在的局限性，提供了一种可自动调频压电电磁集成发电装置，该发电装置利用压电能量转换、电磁能量转换、齿轮间及齿轮与齿条啮合传动的原理，能量转换机构可将收集到的环境振动能转换为电能，频率检测机构可实时检测环境振动频率，将检测线圈产生的电信号输入到微控制机构，微控制机构可间歇周期性自主判断装置自身固有频率是否匹配环境振动频率，对自动调频机构发出指令调节发电装置固有频率，使发电装置在谐振状态下进行能量采集，提高能量转换效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种可自动调频压电电磁集成发电装置，其特征在于：包括装置主体，装置主体包括底座和固定在底座上方的封装外壳，所述封装外壳内底座上表面固定有架体，架体导轨内设置有基板，所述基板上设置有能量转换机构，所述架体上设置有频率检测机构和自动调频机构，所述架体外底座上表面设置有步进电动机和微控制机构，所诉能量转换机构由压电发电部分和电磁发电部分组成，所述频率检测机构由检测线圈和检测磁铁组成，所述自动调频机构包括齿轮组、齿条、传动轴、旋转轴、调频磁铁和步进电动机，所述微控制机构由运算放大器、智能芯片、电压放大器组成。

所述压电发电部分包括硅基悬臂梁和压电片，压电片粘贴到硅基悬臂梁下端面，所述压电片设置有上下电极接线点，中间平台位置设置有能量收集磁铁；电磁发电部分包括硅片单元和能量收集线圈，能量收集线圈粘贴到硅片单元下端面，所述能量收集线圈设置有正负极接线点。

所述检测磁铁粘贴到架体凸出梁下端面，检测线圈设置在底座上表面且位于检测磁铁正下方，所述检测线圈正负极引线与微控制机构相连。

所述架体两端齿轮组相互啮合固定到传动轴上，齿条固定到基板两端随基板上下移动，所述旋转轴设置在架体上端凸块处，架体两端上端凸块设置有旋转轴安装孔，旋转轴与步进电动机相连，步进电动机与微控制机构相连，所述调频磁铁设置在底座上表面且位于能量收集磁铁正下方。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用压电能量转换、电磁能量转换、齿轮间及齿轮与齿条啮合传动的原理，能量转换机构可将收集到的环境振动能转换为电能，频率检测机构可实时检测环境振动频率，将检测线圈产生的电信号输入到微控制机构，微控制机构可间歇周期性自主判断装置自身固有频率是否匹配环境振动频率，对步进电动机发出调节指令，通过改变调频磁铁和能量收集磁铁之间距离，使发电装置在谐振状态下工作，提高发电效率。微控制机构和步进电动机可由发电装置自身供能，无需外部额外输入电能。

附图说明

图1为本实用新型的外部结构示意图。

图2为本实用新型去掉封装外壳主视结构示意图。

图3为本实用新型去掉封装外壳的内部结构示意图。

图4为本实用新型去掉封装外壳后从另一侧看的内部结构示意图。

图5为本实用新型齿轮组、齿条传动结构示意图。

图6为图5从底部看过去的结构示意图。