复合式能量收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了复合式能量收集装置，包括：两端分别设置有悬臂支撑座和电磁支撑座的支撑板，以及分别与悬臂支撑座和电磁支撑座相连的悬臂模块和电磁模块；悬臂模块包括悬臂梁，悬臂梁一端与悬臂支撑座固定连接，悬臂梁另一端为自由端且指向电磁支撑座，自由端的两侧面分别连接有磁铁；电磁模块包括浮动组件和电磁组件，浮动组件支撑电磁组件悬浮于电磁支撑座内，电磁组件包括导电线圈。本发明专利技术能够实现整体宽频率范围的能量收集，提高能量转换效率和整体发电量。

Composite energy collection device

【技术实现步骤摘要】
复合式能量收集装置
本专利技术涉及能量收集
，具体涉及一种复合式能量收集装置。
技术介绍
近年来，随着低功耗无线传输技术的日趋成熟，各式微型传感器、嵌入式系统以及无线传感网络等得以迅猛发展，微型电子器件的耗电量也已降低到微瓦量级。而传统的电池供电方式存在占用体积大、使用寿命短、存储能量有限、污染环境等不足，因此如何为微型电子器件长期稳定供电是目前需要攻克的技术难题。于是发展起来了能量收集技术，从环境中收集能量并转换为电能实现无线传感节点的自供电。振动能是一种普遍存在于自然界中的能量，它以不同的形式、强度和频率存在于各式建筑、桥梁、车辆以及大型机械设备、家用电器等各种生产和生活场合，甚至存在于动植物的诸多生命活动中。除此之外，振动能在持续时长和能量输出等方面相较于其他环境能源具有明显的优势，因此振动能量收集技术有望取代传统的干电池为微型低功耗无线传感网络节点长期稳定供电。但是环境中的振源大多不是单一频率的振动，而是频率变化范围宽且随机的振动。大多振动能量收集器还是线性的工作方式，只有当外界振源频率与收集器共振频率相近时才能产生较大的输出，导致收集器的有效工作频率范围比较窄，无法适应宽频随机的环境振源，并且能量转换形式比较单一，发电量受到限制。虽然研究发现有多种机制能够拓宽振动能量收集器的工作频带并增强输出性能，但是都存在不足之处，比如多模态振动能量收集器共振频率离散结构复杂，多稳态振动能量收集器只适用于高强度激振环境，升频振动能量收集使用寿命短，难以满足电子器件供电需求。因此需要采取有效的措施拓宽振动能量收集器的工作频带宽度并增强输出性能，提高振动能量收集和转换效率，加快新型无线供电技术的发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种复合式能量收集装置，以拓宽频带和提高输出，实现整体宽频率范围的能量收集，可有效收集环境中低频且变化范围较宽的振动能量并转换为电能，为无线传感节点供电。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了复合式能量收集装置，包括：支撑板，所述支撑板两端分别设置有悬臂支撑座和电磁支撑座，悬臂模块和电磁模块分别与所述悬臂支撑座和电磁支撑座相连；所述悬臂模块包括悬臂梁，所述悬臂梁一端与所述悬臂支撑座固定连接，所述悬臂梁另一端为自由端且指向所述电磁支撑座，所述自由端的两侧面分别连接有磁铁；所述电磁模块包括浮动组件和电磁组件，所述浮动组件支撑所述电磁组件悬浮于所述电磁支撑座内，所述电磁组件包括导电线圈。进一步的，所述浮动组件包括上弹簧固定部和下弹簧固定部，所述电磁组件设置于线圈套内，所述上弹簧固定部和下弹簧固定部的两端分别与所述线圈套上下两侧及电磁支撑座固定连接。进一步的，所述上弹簧固定部和下弹簧固定部均包括浮动弹簧、弹簧压板和弹簧托盘，所述弹簧压板与所述线圈套相连，所述弹簧托盘与所述电磁支撑座相连，所述弹簧压板和弹簧托盘的相对面设置有弹簧固定槽，所述浮动弹簧的两端分别卡设在所述弹簧压板和弹簧托盘的弹簧固定槽内。进一步的，所述电磁支撑座顶部设置有盖板，所述上弹簧固定部和电磁支撑座之间设置有调距垫片，所述弹簧托盘与所述盖板相连，所述调距垫片设置于所述弹簧托盘与电磁支撑座之间。进一步的，所述悬臂梁为压电梁。进一步的，所述电磁组件还包括导磁材料，所述导磁材料由高导磁材料薄片层叠组成，所述线圈轴中心设置有安装通孔，所述导磁材料固定在所述安装通孔中，且所述导磁材料端部伸出所述线圈轴与所述磁铁相对，所述导磁材料与磁铁之间具有磁吸力。进一步的，所述浮动组件外设置有固定套，所述电磁组件被所述固定套固定在所述电磁支撑座内。进一步的，所述压电梁通过在基底上贴覆发电层制成，所述基底为无磁的柔性金属材料，包括铍青铜、磷青铜或者不锈钢，所述发电层为压电陶瓷或压电薄膜。进一步的，所述电磁组件两侧设置有与所述电磁支撑座滑动连接的导轨组件，所述导轨组件包括万向球和弧面滑轨，所述万向球与所述电磁组件转动连接，所述弧面滑轨设置于所述电磁支撑座侧壁，所述弧面滑轨与所述万向球的球面相切。进一步的，所述磁铁对称设置于悬臂梁两侧，所述磁铁的极化方向垂直于所述悬臂梁的表面，两块所述磁铁相互吸引。本专利技术的复合式能量收集装置与现有技术相比的有益效果是，提高整体频率范围、能量收集效率和发电效率，能够有效收集自然环境中的低频、变化范围宽且随机的振动能，为微型无线传感网络节点供电。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的电磁模块剖视图；图3是本专利技术的电磁发电模组实施例二示意图；图4是本专利技术双稳态运动示意图；图5是本专利技术基于磁吸力的内部共振运动示意图；图6是本专利技术悬臂模块示意图。图中标号说明：100、支撑板，110、悬臂支撑座，111、滑槽，120、电磁支撑座，121、盖板，122、调距垫片；200、悬臂模块，210、压电梁，220、垫板，230、梁压板，240、磁铁，250、卡板；300、电磁模块，310、上弹簧固定部，311、浮动弹簧，312、弹簧压板，313、弹簧托盘，314、弹簧固定槽，315、固定套，320、下弹簧固定部，330、电磁组件，331、导电线圈，332、线圈轴，333、线圈套，334、导磁材料，335、安装通孔，340、导轨组件，341、万向球，342、弧面滑轨。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。参照图1所示，为本专利技术的复合式能量收集装置的实施例一示意图。本专利技术的能量收集装置包括：支撑板100，所述支撑板100两端分别设置有悬臂支撑座110和电磁支撑座120，悬臂模块200和电磁模块300分别与所述悬臂支撑座110和电磁支撑座120相连；本实施例中，悬臂支撑座110和电磁支撑座120与所述支撑板100一体成型，保证对各部件的承载和支撑更加稳定。所述悬臂模块200包括悬臂梁，所述悬臂梁一端与所述悬臂支撑座110固定连接，所述悬臂梁另一端为自由端且指向所述电磁支撑座120，所述自由端的两侧面分别连接有磁铁240；所述电磁模块300包括浮动组件和电磁组件330，所述浮动组件支撑所述电磁组件330悬浮于所述电磁支撑座120内，所述电磁组件330包括导电线圈331。工作时，当悬臂梁受到外界振动激励，外界激振频率与悬臂梁固有频率相近时，悬臂梁共振，悬臂梁自由端带动磁铁240上下振动，通过设置磁铁240，一方面能够实现悬臂梁谐振频率的调整，另一方面，由于自由端指向电磁支撑座120，因此磁铁240靠近电磁组件330，当外界激振频率与浮动组件支撑下的电磁组件330的固有频率相近时导电线圈331会共振，导电线圈331与磁铁240之间存在相对运动，从而导电线圈331切割磁感线发电。利用悬臂梁不同的固有频率，实现对电磁模块的拓频。进一步的，在本专利技术的实施例二中，所述悬臂梁为压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合式能量收集装置，其特征在于，包括：/n支撑板，所述支撑板两端分别设置有悬臂支撑座和电磁支撑座，悬臂模块和电磁模块分别与所述悬臂支撑座和电磁支撑座相连；/n所述悬臂模块包括悬臂梁，所述悬臂梁一端与所述悬臂支撑座固定连接，所述悬臂梁另一端为自由端且指向所述电磁支撑座，所述自由端的两侧面分别连接有磁铁；/n所述电磁模块包括浮动组件和电磁组件，所述浮动组件支撑所述电磁组件悬浮于所述电磁支撑座内，所述电磁组件包括导电线圈。/n

【技术特征摘要】
1.复合式能量收集装置，其特征在于，包括：
支撑板，所述支撑板两端分别设置有悬臂支撑座和电磁支撑座，悬臂模块和电磁模块分别与所述悬臂支撑座和电磁支撑座相连；
所述悬臂模块包括悬臂梁，所述悬臂梁一端与所述悬臂支撑座固定连接，所述悬臂梁另一端为自由端且指向所述电磁支撑座，所述自由端的两侧面分别连接有磁铁；
所述电磁模块包括浮动组件和电磁组件，所述浮动组件支撑所述电磁组件悬浮于所述电磁支撑座内，所述电磁组件包括导电线圈。


2.如权利要求1所述的复合式能量收集装置，其特征在于，所述浮动组件包括上弹簧固定部和下弹簧固定部，所述电磁组件设置于线圈套内，所述上弹簧固定部和下弹簧固定部的两端分别与所述线圈套上下两侧及电磁支撑座固定连接。


3.如权利要求2所述的复合式能量收集装置，其特征在于，所述上弹簧固定部和下弹簧固定部均包括浮动弹簧、弹簧压板和弹簧托盘，所述弹簧压板与所述线圈套相连，所述弹簧托盘与所述电磁支撑座相连，所述弹簧压板和弹簧托盘的相对面设置有弹簧固定槽，所述浮动弹簧的两端分别卡设在所述弹簧压板和弹簧托盘的弹簧固定槽内。


4.如权利要求3所述的复合式能量收集装置，其特征在于，所述电磁支撑座顶部设置有盖板，所述上弹簧固定部和电磁支撑座之间设置有调距垫片，所述弹簧托盘与所述盖板相连，所述调距垫片设置于所述弹簧托盘与电磁支...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会聪，黄曼娟，孙立宁，陈涛，杨湛，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32