[发明专利]一种采集旋转轴能量的压电-电磁复合式发电装置

说明书

本发明公开了一种采集旋转轴能量的压电‑电磁复合式发电装置，包括转轴、机壳、定子、转子、激励永磁体、电磁线圈、压电片和耦合永磁体；转子设置于定子内部，转子外套在转轴上；电磁线圈缠绕在转子上构成绕组；转子上均匀设置4个矩形安装槽，4个压电片的一端分别安装在4个矩形安装槽内，每个压电片的另一端安装有耦合永磁体；定子内套在机壳内圈；在定子上均匀设置20个矩形内嵌槽，每个矩形内嵌槽各嵌有1块激励永磁体；转轴旋转给转子提供一个角速度，电线线圈切割磁感线产生电能，实现电磁感应发电；同时压电片受力震动形变，产生电量，实现压电发电。本发明装置能在低转速下输出能量，提高了发电装置的输出电能和工作带宽。

技术领域

本发明属于供电技术领域，具体涉及一种压电-电磁复合式发电装置。

背景技术

无线传感器由于其快速增长的应用前景而受到了各学科的广泛关注。传统的无线传感器往往采用蓄电池供电，不可避免地存在更换和充电不方便以及化学材料污染环境的缺点。因此，获取环境能量来供应这些传感器节点是一项关键技术来取代这些电池的作用，并朝着自主供电设备发展，从周围环境中采集电能供电无线微型电子设备已在过去十年被证明是一个有发展前景的替代方案。

无线传感器的重要应用之一是在线监测关键工业设备部件在变温度、高负载等条件下的健康状况。而许多关键的工业设备部件需要在旋转运动环境下进行监控，如轴承、齿轮箱、电机、风力机、燃气轮机等。对这些关键工业设备的早期故障现象或运行状态进行识别与监测，可以提高设备的使用寿命和可靠性。可应用于收集旋转能量的采集器可分为静电式、电磁式、压电式等等。压电俘能器其本身质地较脆，直接敲击会引发断裂降低其使用寿命，且压电俘能器俘能输出功率的频带窄，非适宜工作频率段效率较低。电磁俘能器特点为低电压大电流，在低转速时由于电压过低，电能无法通过采集电路，导致无输出电能。如2017年Luca Buccolini的论文An Energy Harvester Interface for Self-PoweredWireless Speed Sensor中所设计的采集自行车车轮旋转轴能量的电磁发电装置，在车速低于5km/h时，几乎没有输出电能，电能的采集效率与工作带宽较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种采集旋转轴能量的压电-电磁复合式发电装置，包括转轴、机壳、定子、转子、激励永磁体、电磁线圈、压电片和耦合永磁体；转子设置于定子内部，转子外套在转轴上；电磁线圈缠绕在转子上构成绕组；转子上均匀设置4个矩形安装槽，4个压电片的一端分别安装在4个矩形安装槽内，每个压电片的另一端安装有耦合永磁体；定子内套在机壳内圈；在定子上均匀设置20个矩形内嵌槽，每个矩形内嵌槽各嵌有1块激励永磁体；转轴旋转给转子提供一个角速度，电磁线圈切割磁感线产生电能，实现电磁感应发电；同时压电片受力振动形变，产生电量，实现压电发电。本发明装置不仅能在低转速下输出能量，提高了发电装置的输出电能和工作带宽，还可在高转速下输出可观能量，提高采集器的能量密度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种采集旋转轴能量的压电-电磁复合式发电装置，包括转轴、机壳、定子、转子、激励永磁体、电磁线圈、压电片和耦合永磁体；

所述转子设置于定子内部，转子外套在转轴上；所述电磁线圈缠绕在转子上构成绕组；所述转子上均匀设置4个矩形安装槽，4个压电片的一端分别安装在4个矩形安装槽内，每个压电片的另一端安装有耦合永磁体；

所述定子内套在机壳内圈；定子上均匀设置N个矩形内嵌槽，每个矩形内嵌槽各嵌有1块激励永磁体；

所述转轴旋转给转子提供一个角速度，电磁线圈切割磁感线产生电能，实现电磁感应发电；同时根据正压电效应，压电片受力振动形变，产生电量，实现压电发电。

进一步地，所述激励永磁体为径向充磁方形激励永磁体，每相邻两块激励永磁体在径向磁性相反。

进一步地，所述转子经过绝缘处理。