[实用新型]一种悬臂梁式电磁—摩擦—压电复合振动能量采集器

说明书

本实用新型公开了一种悬臂梁式电磁—摩擦—压电复合振动能量采集器，包括与外部激励源固定的结构基座，所述结构基座顶部与支撑梁弹性基板的一端连接，在支撑梁弹性基板的一端的顶部活动连接有悬臂梁弹性基板的一端，所述支撑梁弹性基板的另一端的顶部依次设有摩擦缓冲层、电极层，支撑梁弹性基板的另一端的底部设有电磁感应线圈，所述悬臂梁弹性基板的另一端的顶部设有磁铁，悬臂梁弹性基板的另一端的底部依次设有摩擦缓冲层、电极层、硅胶薄膜层，所述悬臂梁弹性基板的顶部设有压电组件。本实用新型解决了现有的振动能量采集装置有特定固有频率，当外界激励偏离其固有频率时，能量利用率低的问题。

技术领域

本实用新型属于能量转化器件技术领域，涉及一种能适应外部振动环境的悬臂梁式电磁—摩擦—压电复合振动能量采集器。

背景技术

环境振动能作为常见的能量形式,广泛存在于各种电机控制设备，交通运输装备及生物体的活动中。采集环境中的振动能量，对于解决各种便携式电子设备、电子监测器件、传感网络的能源稳定供给问题，具有重要的研究意义和使用价值；同时，也为解决传统蓄电池供电方式使用寿命有限、环境污染严重等问题提供了研究的新思路。现有的振动能量采集装置有特定固有频率，当外界激励偏离其固有频率时，能量利用率低。

发明内容

本实用新型解决了现有技术的不足，提供了一种可以调节系统固有频率，实现能量采集装置与外部激励源的有效匹配的臂梁式电磁—摩擦—压电复合振动能量采集器。

本实用新型为了实现上述目的所采用的技术方案是：

一种悬臂梁式电磁—摩擦—压电复合振动能量采集器，包括与外部激励源固定的结构基座，所述结构基座顶部与支撑梁弹性基板的一端连接，在支撑梁弹性基板的一端的顶部活动连接有悬臂梁弹性基板的一端，所述支撑梁弹性基板的另一端的顶部依次设有摩擦缓冲层、电极层，支撑梁弹性基板的另一端的底部设有电磁感应线圈，所述悬臂梁弹性基板的另一端的顶部设有磁铁，悬臂梁弹性基板的另一端的底部依次设有摩擦缓冲层、电极层、硅胶薄膜层，所述悬臂梁弹性基板的顶部设有压电组件。本实用新型的结构基座与外部激励源固定，支撑梁弹性基板与悬臂梁弹性基板的一端与结构基座固定，在受外部激励源振动激励时，弹性强度不同的支撑梁弹性基板和悬臂梁弹性基板弹性形变不同，在作为悬臂梁弹性基板质量块的圆柱形磁铁的辅助作用下，摩擦发电单元的相对摩擦层在弹性基板另一端形成有效接触-分离运动，通过摩擦生电和静电感应的耦合作用在外电路产生电流；同时，在悬臂梁弹性基板另一端的圆柱形磁铁有较大的运动位移，使通过支撑梁弹性基板另一端的电磁感应线圈的磁通量发生变化，产生电磁感应电流；粘贴在悬臂梁弹性基板表面的压电组件发生弯曲形变，产生压电输出。本实用新型使摩擦发电单元、电磁发电单元和压电发电单元协同工作，通过调节弹性基板一端在结构基座的固定位置调节发电装置固有频率，适应外部振动环境的频率改变，更加有效转化环境中的振动能量。

进一步地，所述悬臂梁弹性基板的一端至压电组件之间设有等距的与结构基座固定的通孔；所述支撑梁弹性基板的一端至另一端之间设有等距的与悬臂梁弹性基板上的通孔相对应且与结构基座固定的通孔。本实用新型在支撑梁弹性基板、悬臂梁弹性基板对应位置各留等距的多个通孔，根据外部激励源频率选择合适通孔与结构基座固定，保持系统振动的稳定性，其通孔位置可调，以适应外界振动激励源变化。

进一步地，所述支撑梁弹性基板与悬臂梁弹性基板的固定处之间设有基板垫片，并通过通孔，利用螺栓与结构基座固定。

优选的，所述支撑梁弹性基板的弹性模量大于与悬臂梁弹性基板的弹性模量。支撑梁弹性基板、悬臂梁弹性基板为不同弹性模量材质，支撑梁弹性基板具有较大的弹性模量，在外力作用下，发生的弹性变形较小，悬臂梁弹性基板具有较小的弹性模量，在外力作用下，发生的弹性变形较大。所述支撑梁弹性基板不能被磁化，不会被磁铁吸引。悬臂梁弹性基板能够被磁化，会被磁铁吸引，从而与圆柱形磁铁形成更牢固的连接。在外部激励源作用下，上部的悬臂梁弹性基板的自由端产生较大弯曲形变，与下部的支撑梁弹性基板自由端形成接触—分离过程。