静电-压电-电磁复合式俘能器制造技术

本申请公开了一种静电‑压电‑电磁复合式俘能器，包括：压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元，所述静电俘能单元用于在周边环境产生的高频振动触发下，上电极相对下电极进行振动，产生电能。该俘能器，能实现同时俘获静电、电磁、压电三种能量，优化静电俘能单元、压电俘能单元和电磁俘能单元，相对于单一或仅复合两种俘能方式的俘能器，大幅提高了该俘能器在各类环境中获取能量的效率和输出功率。

Electrostatic-piezoelectric-electromagnetic composite trap

The present application discloses an electrostatic piezoelectric electromagnetic composite energy trap, which includes a piezoelectric energy capture unit, an electromagnetic energy capture unit and an electrostatic energy capture unit. The electrostatic energy capture unit is used to generate electric energy by vibrating the upper electrode relative to the lower electrode under the high frequency vibration triggered by the surrounding environment. This energy trap can capture electrostatic, electromagnetic and piezoelectric energy at the same time, and optimize the electrostatic, piezoelectric and electromagnetic energy capture units. Compared with the single or only composite energy capture devices, the energy capture efficiency and output power of the energy capture device in various environments are greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
静电-压电-电磁复合式俘能器
本申请涉及一种静电-压电-电磁复合式俘能器，属于静电-压电-电磁复合式俘能器领域。
技术介绍
目前，公知的供电元件包括锂电池和铅蓄电池等，在一些狭窄环境或极端环境下，这些化学电池无法更换或无法稳定提供电能。环境中的振动无处不在，是一种绿色能源。通过从环境中获取振动能量，并加以存储进行直接的利用，是解决常规电池能源供应问题的有效措施。当前主流的俘能器在获取环境振动能量方面获得较大进展，其中包括压电俘能器、电磁俘能器以及压电-电磁俘能器等。但是依然存在转化效率低、输出功率低下等缺点，难以满足低功耗电子产品的用电需求。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种静电-压电-电磁复合式俘能器，该俘能器能将机械振动能转化为电能储存，用于实现对电子装置供电。所述静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，包括：压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元，所述静电俘能单元用于在周边环境产生的高频振动触发下，上电极相对下电极进行振动，产生电能。可选地，所述压电俘能单元具体为：用于在周边环境产生的高频振动触发下，压电陶瓷材料进行振动，产生电能。可选地，所述压电俘能单元包括：所述压电陶瓷材料和高频梁，所述高频梁的一端固定，另一端沿所述压电俘能单元横向延伸；所述压电陶瓷材料设置于所述高频梁的至少一面上。可选地，所述压电俘能单元包括：外壳和俘能电路板，所述高频梁的一端固定于所述外壳的一侧壁上；所述压电陶瓷材料设置于所述高频梁的的顶面上；所述压电陶瓷材料与所述俘能电路板电连接。可选地，所述电磁俘能单元具体为：用于在周边环境产生的低频振动触发下，磁铁振动进行切割磁感线运动，产生电能。可选地，所述电磁俘能单元包括：低频梁、所述磁铁和环形线圈，所述低频梁的一端固定，另一端沿所述电磁俘能单元的横向延伸并设置所述磁铁；所述环形线圈固定并环绕所述磁铁设置。可选地，所述电磁俘能单元包括：外壳和俘能电路板，所述低频梁一端固定与所述外壳的一侧内壁上；所述环形线圈固定于所述外壳的另一侧内；所述环形线圈与俘能电路板电连接。可选地，所述静电俘能单元包括：高频梁、所述上电极、驻极体和所述下电极，所述高频梁的一端固定，另一端沿所述静电俘能单元的横向延伸；所述上电极设置于所述高频梁上并朝向所述驻极体和所述下电极；所述驻极体和所述下电极依序叠置，并与所述上电极间隔。可选地，所述静电俘能单元包括：外壳和俘能电路板，所述高频梁的一端固定与所述外壳内，所述驻极体和所述下电极设置于所述外壳的内壁上；所述上电极和所述下电极与所述俘能电路板电连接。可选地，所述静电-压电-电磁复合式俘能器包括：外壳、俘能电路板、低频梁、高频梁、压电陶瓷材料、磁铁、环形线圈、上电极、下电极和驻极体；所述低频梁的一端固定于所述外壳顶部内壁上，另一端沿所述外壳纵向延伸，并设置所述磁铁；所述磁铁容纳于所述环形线圈内，所述环形线圈的外壁固定于所述外壳内壁上；所述高频梁的一端固定于所述外壳底部内壁上，另一端沿所述外壳纵向延伸，所述高频梁的顶面上设置所述压电陶瓷材料，所述高频梁的底面面上设置所述上电极；所述外壳内壁上，正对所述上电极依序叠至所述下电极和所述驻极体。本申请中“低频振动”是指振动频率低于30Hz的振动源。本申请中“高频振动”是指振动频率高于150Hz的振动源。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的静电-压电-电磁复合式俘能器，能实现同时俘获静电、电磁、压电三种能量，优化静电俘能单元、压电俘能单元和电磁俘能单元，相对于单一或仅复合两种俘能方式的俘能器，大幅提高了该俘能器在各类环境中获取能量的效率和输出功率。2)本申请所提供的静电-压电-电磁复合式俘能器，可应用于包含振动能的日常生活、石油地下勘探、矿山采矿或野外军用设备等各类环境，并实现在各类环境下对电子设备持续稳定的电力供应。该俘能器亦可作为应急备用能源。3)本申请所提供的静电-压电-电磁复合式俘能器，具有能量密度大、输出功率高、环境适应性强、易于MEMS集成、操作控制方便、维护成本低等优点。4)本申请所提供的静电-压电-电磁复合式俘能器，与常规电池相比，该俘能器具有现有压电俘能器、静电俘能器、电磁俘能器的所有优点，即：①能量密度大，可靠性高，环境适应性强。②在压电俘能模块和静电俘能模块的高电压的优势上增加电磁俘能模块，提高了发电电流。③操作控制方便。不需要定期更换，节约人力物力成本，特别适用于环境极端恶劣、不便更换电池的环境及能量消耗较小的户外传感器等的能量供应。5)本申请所提供的静电-压电-电磁复合式俘能器，可克服单一压电或电磁俘能器对外输出功率不足的缺点，在体积参数不变的条件下提高对外输出功率。6)本申请所提供的静电-压电-电磁复合式俘能器，可微型化后与相关电路、传感器集成在一起工作，可避免电池供能体积较大、无法与MEMS工艺兼容、线路连接复杂等问题。本专利技术基于寻求一种结构简单，能量密度高、输出功率高、环境适应性强的压电-静电-电磁复合式俘能器。本专利技术可克服常规能源工艺兼容性差、能量密度低、线路连接复杂、维护不便等问题。附图说明图1为本申请一种实施方式中静电-压电-电磁复合式俘能器结构局部剖视立体示意图；图2为本申请一种实施方式中静电-压电-电磁复合式俘能器电路结构示意图。部件和附图标记列表：部件名称附图标记部件名称附图标记外壳1下电极9低频梁2俘能电路板10磁铁3螺栓11环形线圈4上电极导线12压电陶瓷材料5下电极导线13高频梁6压电片正极导线14上电极7压电片负极导线15驻极体8线圈正极导线16------线圈负极导线17具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。本申请提供的静电-压电-电磁复合式俘能器放置时，梁体与振动方向垂直时，俘能效果最优，即振动方向为上下时，本申请提供的复合式俘能对外输出功率最大。参见图1，本实施例中静电-压电-电磁复合式俘能器，包括：外壳1、俘能电路板10、压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元。压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元的电能的输出端分别与俘能电路板10电路导线连接。俘能电路板10、压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元容纳设置于外壳1内。压电俘能单元包括：压电陶瓷材料5和高频梁6，高频梁6的一端固定于外壳1内，自由端沿外壳1横向延伸并悬空，高频梁6的自由端随着振动发生振动。随着低频梁2变形，压电陶瓷材料5随之发生变形。根据振动变形需要，压电陶瓷材料5贴设于高频梁6的至少一面上。导线连通压电陶瓷材料5与俘能电路板10。当振动发生时，高频梁6整体相对外壳1发生位移，随着位移的产生压电陶瓷材料5产生电荷。将振动过程中的振动能转化为电能。电磁俘能单元包括：低频梁2、磁铁3和环形线圈4，低频梁2的固定端固定于外壳1的内壁上；自由端沿外壳1横向延伸，磁铁3设置于所述自由端上。磁铁3与固定端间隔较远距离，以便能通过低频梁2接受所受到的振动。磁铁3随振动相对环形线圈4产生位移。环形线圈4固定与外壳1内。环形线圈4与俘能电路板10通过导线连通。将振动产生的电能传输至电路板中，通过储能单元进行储存。当振动产生时，低频梁2自由端相对外壳1产生位移，磁铁3也随之相对环形线圈4产生位移，从而切割磁感线，产生电流。静电俘能单元包括：高频梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电‑压电‑电磁复合式俘能器，其特征在于，包括：压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元，所述静电俘能单元用于在周边环境产生的高频振动触发下，上电极相对下电极振动，产生电能。

【技术特征摘要】
1.一种静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，包括：压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元，所述静电俘能单元用于在周边环境产生的高频振动触发下，上电极相对下电极振动，产生电能。2.根据权利要求1所述的静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，所述压电俘能单元具体为：用于在周边环境产生的高频振动触发下，压电陶瓷材料振动，产生电能。3.根据权利要求2所述的静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，所述压电俘能单元包括：所述压电陶瓷材料和高频梁，所述高频梁的一端固定，另一端沿所述压电俘能单元横向延伸；所述压电陶瓷材料设置于所述高频梁的至少一面上。4.根据权利要求3所述的静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，所述压电俘能单元包括：外壳和俘能电路板，所述高频梁的一端固定于所述外壳的一侧壁上；所述压电陶瓷材料设置于所述高频梁的顶面上；所述压电陶瓷材料与所述俘能电路板电连接。5.根据权利要求1所述的静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，所述电磁俘能单元具体为：用于在周边环境产生的低频振动触发下，磁铁振动进行切割磁感线运动，产生电能。6.根据权利要求5所述的静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，所述电磁俘能单元包括：低频梁、所述磁铁和环形线圈，所述低频梁的一端固定，另一端沿所述电磁俘能单元的横向延伸并设置所述磁铁；所述环形线圈固定并环绕所述磁铁设置。7.根据权利要求6所述的静电-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭胜凯，高世桥，金磊，刘海鹏，牛少华，张希洋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11