一种上变频滚球致动式压电-电磁波浪振动俘能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种上变频滚球致动式压电

【技术实现步骤摘要】
一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置


[0001]本专利技术涉及振动能量俘能领域，具体涉及一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置。

技术介绍

[0002]目前，大多数低功耗电子元器件如无线传感器节点、智能手环、医疗植入传感器、蓝牙耳机等都依赖于传统的锂电池进行供电，然而传统的化学电池越来越不能满足人们的需要，传统化学电池的放电效率会受到环境温度、电池体积、充放电次数等的影响，并且有的微电子设备安装在人不能涉足的恶劣环境，给电池的维护和更换增加了成本，同时干电池报废后会导致浪费材料、污染环境等一系列问题，所以提出一种新的能源以代替电化学电池为低功率元器件供电，成为了新的一种研究方向，与此同时，随着科学技术的进步，无线传感网络节点及便携式微电子产品应用越来越广泛，随着低功耗元器件的功耗进一步降低，这使得从环境中采集能量替代化学电池为低功耗微电子产品供电成为了可能。
[0003]能量收集技术就是这样一门针对当今能源问题而兴起的热门技术，它将环境中的可用的而又没被利用的能量转化和存储起来作为可用的电能使用，这些能量非常丰富且可被利用，不同的能量源能量密度不一样，目前环境中的能量源有振动能、太阳能、风能、温差能、射频辐射能、噪声等，振动能在日常生活中普遍存在，不容易受到位置、天气、等环境的影响，并且具有较高的能量密度，另一方面电磁俘能也被广泛应用，通过电磁感应线圈和磁铁之间的相对运动或者在变化的磁场中的固定线圈通过环境振动提取能量，目前已开展的能量回收技术的研究结果表明，从机械振动中获取能量是切实可行的，根据能量转化原理的不同，振动俘能器可分为压电式、电磁式、静电式和磁致伸缩式等类型，其中，压电俘能器由于能量密度大、结构简单、无需外部供电、便于实现小型化和集成化的优点，具有广泛的应用前景。
[0004]本专利技术公开了一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，包括光轴、旋转架、金属球、圆柱基座、永磁体旋转架、环形槽盘、电磁感应线圈、环形支撑架、驱动磁铁、尼龙螺柱、尼龙螺帽、四凹槽旋转圆柱、感应磁铁、压电片结构、旋转架梁结构，其特征在于所述的旋转架、永磁体旋转架和四凹槽旋转圆柱固定于同一光轴，所述压电片结构由梁上响应磁铁、金属基座、压电陶瓷构成，所述金属球放置于圆柱基座的圆形导轨上，通过金属球的旋转运动带动四凹槽旋转圆柱上的驱动磁铁转动，通过磁力作用，使压电陶瓷输出电能。该装置能够高效的将外界超低频的波浪振动能转化为电能，为低功耗无线传感网络供电，适用于江、河、湖、海等水面波浪的采集。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的：提出一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，通过金属球的圆周运动，驱动四凹槽旋转圆柱上的驱动磁铁与永磁体旋转架旋转，实现多方向的振动能采集，并通过压电片与电磁感应线圈将振动能转化为电能，为低功耗的无线传感网
络供电，减少化学电池的使用，降低更换电池带来的人工成本。
[0006]为实现本专利技术，采用的技术方案是：一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，包括光轴、旋转架、金属球、圆柱基座、永磁体旋转架、环形槽盘、电磁感应线圈、环形支撑架、驱动磁铁、尼龙螺柱 、尼龙螺帽、四凹槽旋转圆柱、感应磁铁、压电片结构和旋转架梁结构，其特征在于所述的旋转架、永磁体旋转架和四凹槽旋转圆柱固定于同一光轴，所述压电片结构由梁上响应磁铁、金属基座、压电陶瓷构成，所述金属球放置于圆柱基座的圆形导轨上，金属球的旋转运动带动四凹槽旋转圆柱上的驱动磁铁转动，通过磁力作用，使压电陶瓷输出电能。该装置能够高效的将外界超低频的波浪振动能转化为电能，为低功耗无线传感网络供电，适用于江、河、湖、海等水面波浪的采集。
[0007]本专利技术的有益效果：1. 采用压电
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电磁复合能量采集结构，有效扩展俘能带宽，提高低频波浪振动条件下的能量采集效率。
[0008]2. 采用四个压电片结构围绕光轴圆周排列的结构，使得各个压电片结构上的压电陶瓷之间输出的电压大小、幅值、相位均相同，减少后端采集电路的复杂结构，降低使用成本。
[0009]3. 采用磁力上变频的方式，使得低频波浪振动产生时，压电片结构以固有频率振动，将低频率的振动激励转化为较高频的压电片结构振动激励，使得压电陶瓷输出更多的电能。
[0010]4. 该装置采用滚球致动的形式实现对振动能量的采集与转换，能够采集不同大小、幅值、方向的波浪能，为无线传感网络供电，减少使用化学电池带来的海洋环境污染与更换电池带来的人力成本。
[0011]5. 电磁感应线圈之间采用串联连接的形式，永磁体旋转架上安装的相邻磁体极性相反，相邻的电磁感应线圈输出大小相同方向相反的感应电动势，增加了线圈输出的开路电压，减少能量的损耗。
附图说明
[0012]图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术激励运动结构示意图；图3为本专利技术电磁能量采集结构示意图；图4为本专利技术能量采集结构剖视图；图5为本专利技术电磁能量采集结构上斜视分离图；图6为本专利技术电磁能量采集结构下斜视分离图图7为本专利技术压电上变频采集结构示意图；图8为本专利技术压电片结构前示意图；图9为本专利技术压电片结构后示意图；其中：1：光轴；2：旋转架；3：金属球；4：圆柱基座；5：永磁体旋转架；6：环形槽盘；7：电磁感应线圈；8：环形支撑架；9：金属基座；10：梁上响应磁铁；11：驱动磁铁；12：尼龙螺柱；13：尼龙螺帽；14：压电陶瓷；15：四凹槽旋转圆柱；16：感应磁铁；17：压电片结构；18:圆形导轨；19：旋转架梁结构。
具体实施方式
[0013]一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，包括光轴(1)、旋转架(2)、金属球(3)、圆柱基座(4)、永磁体旋转架(5)、感应磁铁(16)、环形槽盘(6)、电磁感应线圈(7)、环形支撑架(8)、驱动磁铁(11)、尼龙螺柱（12）、尼龙螺帽（13）、四凹槽旋转圆柱(15)、压电片结构(17)和旋转架梁结构（19），其特征在于旋转架(2)、永磁体旋转架(5)和四凹槽旋转圆柱(15)固定于光轴（1）。所述压电片结构（17）由梁上响应磁铁(10)、金属基座(9)、压电陶瓷(14)构成，所述金属球(3)放置于圆柱基座(4)的圆形导轨（18）上，金属球(3)的旋转运动带动四凹槽旋转圆柱(15)上的驱动磁铁(11)以及永磁体旋转架(5)转动，通过驱动磁铁(11)与梁上响应磁铁(10)的磁力作用，改变压电陶瓷(14)的运动状态，使压电陶瓷(14)输出电能,同时永磁体旋转架(5)的转动导致电磁感应线圈（7）作切割磁感线运动，使电磁感应线圈(7)产生感应电动势，该装置可以将外界超低频的振动能量通过压电效应与电磁感应定律转化为电能，适用于江、河、湖、海等水面波浪的采集。
[0014]优选的，感应磁铁（16）作为装置的电磁发电的激励部分，为了保证发电的效率，可以采用钕铁硼强磁材料，也可以采用其他材质。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，包括光轴(1)、旋转架(2)、金属球(3)、圆柱基座(4)、永磁体旋转架(5)、环形槽盘(6)、电磁感应线圈(7)、环形支撑架(8)、驱动磁铁(11)、尼龙螺柱(12) 、尼龙螺帽(13)、四凹槽旋转圆柱(15)、感应磁铁(16)、压电片结构(17)和旋转架梁结构（19），其特征在于所述的旋转架(2)、永磁体旋转架(5)和四凹槽旋转圆柱(15)固定于同一光轴（1），所述压电片结构(17)由金属基座(9)、梁上响应磁铁(10)、压电陶瓷(14)构成，所述金属球(3)放置于圆柱基座(4)的圆形导轨(18)上，金属球(3)的旋转运动带动四凹槽旋转圆柱(15)上的驱动磁铁(11)以及永磁体旋转架(5)转动，该装置可以将外界超低频的振动能量转化为电能，适用于江、河、湖、海等水面波浪的采集。2.根据权利要求书1所述的一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，其特征在于所述金属球(3)的圆周运动带动四凹槽旋转圆柱(15)上的驱动磁铁（11）旋转，通过磁力作用，导致压电陶瓷（14）产生形变，驱动磁铁(11)与梁上响应磁铁(10)间距越近，压电陶瓷（14）的变形越大。3.根据权利要求书1所述的一种上变频滚球致动式压电
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电磁波浪振动俘能装置，其特征在于为减小驱动磁铁(11)与梁上响应磁铁(10)之间的磁力对金属球(3)运动的阻碍作用，所述圆柱基座(4)上圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：施阁，曾文涛，徐苴邴，胡项展，林如斌，施浙斌，王晨宇，曾传军，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：