[发明专利]一种压电电磁振动能量收集器

说明书

本发明涉及一种压电电磁振动能量收集器，属于新能源技术领域。本发明设计的压电电磁振动能量收集器采用典型的悬臂梁结构为支撑结构，悬臂梁结构的优点在于可以通过调节末端质量块质量来调节能量收集装置的共振频率，使之与环境振动频率一致，从而达到最大的功率输出，本发明利用永磁体代替质量块，制备压电电磁振动能量收集器，能有效地利用压电能量收集时压电装置末端的弹性振动，使磁铁与线圈产生相对位移，进而改变通过线圈的磁通量使线圈产生感应电动势，将压电和电磁二者有机结合起来可以更有效地利用振动能量，达到增加输出的效果。

技术领域

本发明涉及一种压电电磁振动能量收集器，属于新能源技术领域。

背景技术

当前无线传感网络迅速发展，传感器常以巨大的数量分散在所需监测的环境中，如果每个传感器都用一个电池为其供电，传统电池的寿命难以维持供电时间，且在较恶劣的环境下难以更换电池，目前的能量收集技术主要针对光能、风能、振动能、磁能等。这些能源虽然绿色无污染，但往往受诸多因素的影响，能量转换效率极低。光能收集只能在阳光较充足的时间段进行，夜里或者阴雨天气几乎难以收集能量；风能在风力等级较低时无法有效收集能量；振动能需要在指定频率范围内收集；磁能则是漏磁带来的磁消耗造成能量转换效率不高。因此，要想使能量收集技术满足为无线传感器和小型电子产品供电，必须想办法提高能量转换效率，提高输出功率。相较于其他能源，振动能更具普遍性和稳定性。如发动机、机床、电脑光驱等在工作时能产生持续和稳定的振动能量，且很少受外界因素的影响。不仅如此，振动涉及多种不同的能量收集方式，这为基于振动的多种能量收集方式的叠加创造了条件，同时也意味着能够更有效地利用振动能提高能量转换和输出功率，因此振动能作为能量收集的对象具有广阔的发展潜力。

目前振动能量收集的技术主要包括：压电式、电磁式、静电式三种，三种方法的原理各不相同，压电式振动能量收集主要通过环境中实物所发出的各种振动对可以产生压电效应的材料施加压力使其发生形变，从而改变材料的内部结构，这将导致压电材料内部产生固定的分离的正负电荷，继而影响压电材料表面的电荷走向，最终产生电能，完成从机械能到电能的转化。 电磁式振动能量收集主要应用法拉第电磁感应定律，通过环境振动使得通过线圈的磁通量发生改变，进而使线圈产生感应电动势，实现从振动机械能到电能的转化。静电式振动能量收集的原理是利用振动使平行电容板的结构发生改变，这种改变会影响两电容板之间的相对面积或相互距离，进而使电容值发生改变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统供电方式无法满足为无线传感器和小型电子产品供电的问题，提供了一种压电电磁振动能量收集器。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种压电电磁振动能量收集器，由能量收集器上外壳1、能量收集器下外壳2、上夹块3、下夹块4、压电片5、上圆环支柱6、下圆环支柱7、上空心线圈8、下空心线圈9、上永磁体10、下永磁体11组成。

所述的压电片5固定于上夹块3和下夹块4中间，上永磁体10和下永磁体11固定于压电片5末端，且位于上空心线圈8和下空心线圈9之间，上空心线圈8和下空心线圈9与上永磁体10和下永磁体11同轴，上空心线圈8和下空心线圈9分别安装于能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2内部的上圆环支柱6和下圆环支柱7上，上永磁体10和下永磁体11与上空心线圈8和下空心线圈9之间存在一定间隙，压电片5带动上永磁体10和下永磁体11上下振动时，上永磁体10和下永磁体11可以伸入上空心线圈8和下空心线圈9的中空部分。

所述的能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2为中间薄两边厚的凹形结构，上圆环支柱6和下圆环支柱7分别通过螺丝固定于能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2上，为上空心线圈8和下空心线圈9提供支撑，能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2上加工有一定数量的螺孔，用于校紧上夹块3、下夹块4和整体结构。