本发明专利技术提供了一种面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，包括金属罩，其表面设有永磁体；支撑机构，包括边基座和中间基座；发电机构，包括方形固定座、第一横压电悬臂梁组件、第二横压电悬臂梁组件以及第三竖压电悬臂梁组件，所述第一横压电悬臂梁组件、第二横压电悬臂梁组件和第三竖压电悬臂梁组件的一侧均设有永磁体质量块，另一侧表面设有压电片；整流电路，所述整流电路的输入端通过导线连接到所述压电片的电极上；能量收集电路，用于通过储蓄元件进行电能存储。本发明专利技术通过利用三维方向上不同尺寸的压电悬臂梁对三维方向上的振动能量，为安全检测节点进行供电，或者作为应急电源为安全检测系统提供临时供电。作为应急电源为安全检测系统提供临时供电。作为应急电源为安全检测系统提供临时供电。
【技术实现步骤摘要】
一种面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器
[0001]本专利技术涉及新能源与节能
，具体而言，涉及一种面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器。
技术介绍
[0002]安全检测技术作为基础的安全技术，广泛应用于安全生产的各个领域，随着双重预防机制以及应急管控体系的逐渐完善，安全检测节点或者安全检测系统也需要一种应急供电措施，以应对突发的断电情况。
[0003]目前，现阶段关于压电俘能技术，其俘能范围主要集中于一个或者两个方向上，针对三维方向上的俘能装置，较少有人研究，并且在不同方向上采用尺寸不同的悬臂梁进行俘能，更加少人研究。
[0004]其次，在复合俘能方面，都是关注一个方向上的复合俘能，没有关注三维方向上的电磁复合俘能，
[0005]最后，关于安全领域与压电领域相结合的应用也很少有人研究。
技术实现思路
[0006]为了克服以上问题，本专利技术提出了一种面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，其能够通过三维方向上的悬臂梁收集三维方向上的振动能量，且能够通过悬臂梁的不同结构参数与固有频率的不同质量，收集不同固有频率范围内的振动能量，能更加有效适应复杂的生产环境需求。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，包括：
[0008]金属罩，其表面设有永磁体；
[0009]支撑机构，包括支撑在所述金属罩四角的边基座和支撑在所述金属罩底部中心的中间基座；
[0010]发电机构，包括方形固定座、分布在所述方形固定座左右两侧表面的第一横压电悬臂梁组件、分布在所述方形固定座前后两侧表面的第二横压电悬臂梁组件以及分布在所述方形固定座上表面的第三竖压电悬臂梁组件，所述第一横压电悬臂梁组件、所述第二横压电悬臂梁组件和所述第三竖压电悬臂梁组件的一侧均设有永磁体质量块，另一侧表面设有压电片；
[0011]整流电路，所述整流电路的输入端通过导线连接到所述压电片的电极上，用于将所收集的电能进行整流；
[0012]能量收集电路，所述能量收集电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，用于通过储蓄元件进行电能存储。
[0013]优选地，所述第一横压电悬臂梁组件包括垂直连接在所述方形固定座上的第一横压电悬臂梁、固定在所述第一横压电悬臂梁且远离所述方形固定座一侧表面的第一永磁体
质量块和固定在所述第一横压电悬臂梁另一侧表面的第一压电片；
[0014]所述第二横压电悬臂梁组件包括垂直连接在所述方形固定座上的第二横压电悬臂梁、固定在所述第二横压电悬臂梁且远离所述方形固定座一侧表面的第二永磁体质量块和固定在所述第二横压电悬臂梁另一侧表面的第二压电片；
[0015]所述第三竖压电悬臂梁组件包括垂直连接在所述方形固定座上表面的第三竖压电悬臂梁、固定在所述第三竖压电悬臂梁且远离所述方形固定座一侧表面的第三永磁体质量块和固定在所述第三竖压电悬臂梁另一侧表面的第三压电片。
[0016]优选地，所述金属罩上的永磁体与所述第一永磁体质量块、所述第二永磁体质量块和所述第三永磁体质量块呈相对位置设置。
[0017]优选地，所述方形固定座、所述第一横压电悬臂梁、所述第二横压电悬臂梁和所述第三竖压电悬臂梁的材质为铝、铜或者单晶硅其中一种。
[0018]优选地，所述压电片的材质为PVDF、PZT和MFC中的一种。
[0019]优选地，所述第一横压电悬臂梁、所述第二横压电悬臂梁和所述第三竖压电悬臂梁的宽度为14
‑
32mm。
[0020]优选地，所述第一压电片、所述第二压电片和所述第三压电片的厚度为0.08
‑
0.32mm。
[0021]优选地，所述第一永磁体质量块、所述第二永磁体质量块和所述第三永磁体质量块的质量为8.25
‑
11.25kg。
[0022]优选地，所述整流电路包括分别并联连接在所述第三电容两端的第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管和第四稳压二极管，所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管之间具有第一输出节点，所述第三稳压二极管和所述第四稳压二极管之间具有第二输出节点。
[0023]优选地，所述能量收集电路包括基于LTC3588
‑
1芯片集成的电能存储单元，所述电能存储单元包括串联连接在CAP引脚及VIN引脚间的第一电容、串联连接在VIN2引脚及GND地脚间的第二电容、串联连接在SW引脚及GND地脚间的第一灯管和第三电容；
[0024]还包括并联连接在所述第一电容和所述第二电容间的存储电容，所述存储电容的两端分别连接在所述第一输出节点和所述第二输出节点上；
[0025]所述压电片的其中一个串联连接在PZ1引脚及PZ2引脚间，所述压电片的其他均串联连接在所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管间的节点上以及所述第三稳压二极管和所述第四稳压二极管之间的节点。
[0026]相对于现有技术，本专利技术所述的面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器具有以下有益效果：
[0027]1、本专利技术能够收集三维方向上的振动能，通过改变压电悬臂梁的结构参数、永磁体质量以及两个永磁体的相对质量去调整俘能频率的范围以适应复杂多变的生产环境；通过弹簧结构本专利技术能够更加有效的将振动能转化为电能，有利于实现节能环保、减少工业振动，实现安全检测装置的本质安全。
[0028]2、本专利技术通过利用压电效应收集生产环境中的振动能，既能为安全检测节点以及安全检测系统进行供电，也能节省额外的能源消耗，做到节能减排。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例中面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例中面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器的分解结构示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例中压电悬臂梁组件的连接结构示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例中压电悬臂梁与压电片的连接结构示意图；
[0033]图5为本专利技术实施例中整流电路的连接原理示意图；
[0034]图6为本专利技术实施例中能量收集电路的连接原理示意图。
[0035]附图标记说明：
[0036]其中：1
‑
金属罩；11
‑
永磁体；2
‑
支撑机构；21
‑
中间基座；211
‑
中间基板；212
‑
第一弹簧；22
‑
边基座；221
‑
边基板；222
‑
第二弹簧；3
‑
发电机构；31
‑
方形固定座；32
‑
第一横压电悬臂梁组件；321
‑
第一横压电悬臂梁；322
‑
第一永磁体质量块；323
‑
第一压电片；33
‑
第二横压电悬臂梁组件；331
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，其特征在于，包括：金属罩(1)，其表面设有永磁体(11)；支撑机构(2)，包括支撑在所述金属罩(1)四角的边基座(22)和支撑在所述金属罩(1)底部中心的中间基座(21)；发电机构(3)，包括方形固定座(31)、分布在所述方形固定座(31)左右两侧表面的第一横压电悬臂梁组件(32)、分布在所述方形固定座(31)前后两侧表面的第二横压电悬臂梁组件(33)以及分布在所述方形固定座(31)上表面的第三竖压电悬臂梁组件(34)，所述第一横压电悬臂梁组件(32)、所述第二横压电悬臂梁组件(33)和所述第三竖压电悬臂梁组件(34)的一侧均设有永磁体质量块，另一侧表面设有压电片；整流电路(4)，所述整流电路(4)的输入端通过导线连接到所述压电片的电极上，用于将所收集的电能进行整流；能量收集电路(5)，所述能量收集电路(5)的输入端与所述整流电路(4)的输出端连接，用于通过储蓄元件进行电能存储。2.根据权利要求1所述的面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，其特征在于，所述第一横压电悬臂梁组件(32)包括垂直连接在所述方形固定座(31)上的第一横压电悬臂梁(321)、固定在所述第一横压电悬臂梁(321)且远离所述方形固定座(31)一侧表面的第一永磁体质量块(322)和固定在所述第一横压电悬臂梁(321)另一侧表面的第一压电片(323)，所述第二横压电悬臂梁组件(33)包括垂直连接在所述方形固定座(31)上的第二横压电悬臂梁(331)、固定在所述第二横压电悬臂梁(331)且远离所述方形固定座(31)一侧表面的第二永磁体质量块(332)和固定在所述第二横压电悬臂梁(331)另一侧表面的第二压电片(333)，所述第三竖压电悬臂梁组件(34)包括垂直连接在所述方形固定座(31)上表面的第三竖压电悬臂梁(341)、固定在所述第三竖压电悬臂梁(341)且远离所述方形固定座(31)一侧表面的第三永磁体质量块(342)和固定在所述第三竖压电悬臂梁(341)另一侧表面的第三压电片(343)。3.根据权利要求2所述的面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，其特征在于，所述金属罩(1)上的永磁体(11)与所述第一永磁体质量块(322)、所述第二永磁体质量块(332)和所述第三永磁体质量块(342)呈相对位置设置。4.根据权利要求2所述的面向检测装置的三维列阵式电磁复合压电俘能器，其特征在于，所述方形固定座(31)、所...
【专利技术属性】
技术研发人员：周政文，郭海林，张丹，陈湛文，吕星宇，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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