一种磁路开关式悬臂梁结构压电-电磁复合振动发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及能量采集领域，具体涉及一种磁路开关式悬臂梁结构压电

【技术实现步骤摘要】
一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置


[0001]本专利技术涉及能量采集领域，具体涉及一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置。

技术介绍

[0002]随着物联网时代的快速发展，无线传感网络和低功耗电子设备得到了广泛的应用。传统为这些设备提供电能的方式主要有两种，即电池和外接电源线。对于电池的使用，会大大增加这些设备的维护成本，尤其是对于多节点的无线传感网络；外接电源线容易出现线路故障等问题，更会限制传感节点的移动，使其应用效果大大降低。因此，周围环境能量采集在物联网时代有着举足轻重的作用，它能为处于不同环境的节点提供持续稳定的能量输出。
[0003]在工业生产中，大型设备工作时都会产生较大的振动能量，通过振动能量收集装置将这些振动能量收集起来，并用来给设备关键部位传感节点供电，实时监控设备关键部位工作状况，提高了设备的安全性和生产效率。这些应用在一些特殊的工作环境，例如煤矿等恶劣应用环境下，能够有效为传感器、处理电路以及无线传输电路等供电，从而有效避免人工维护、线路故障等问题，从而显得非常重要。
[0004]现有的悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，原理基本都是通过悬臂梁振动实现线圈和磁铁的相对位移，从而感应出电压。这种方式的缺点是电磁发电效率低，而主要靠压电发电无法获得更多能量进行供电。

技术实现思路

[0005]为解决以上问题，提高电磁发电效率，本专利技术提供了一种磁路开关式悬臂梁结构压电/>‑
电磁复合振动发电装置，包括：底座、底板、支架、永磁体、固定架、悬臂梁、压电片、重物、线圈柱、线圈；底座上设有凹槽，底板固定在凹槽内，支架固定在底座上，永磁体贯穿支架，悬臂梁的固定端通过固定架固定在支架的顶部，永磁体连接底板和悬臂梁，压电片设置在悬臂梁的固定端附近，重物固定在悬臂梁的自由端附近，线圈柱竖直地固定在底板上，线圈围绕线圈柱，悬臂梁、底板、线圈柱均为软磁性材料。
[0006]更进一步地，底板的方向和悬臂梁的方向平行。
[0007]更进一步地，底板的长度小于悬臂梁的长度。
[0008]更进一步地，底板上沿设有螺口，线圈柱设置在螺口内。
[0009]更进一步地，螺口为五个，五个螺口沿底板长度方向分布。
[0010]更进一步地，线圈柱不与压电片接触。
[0011]更进一步地，压电片包括第一压电片和第二压电片，第一压电片设置在悬臂梁的上表面，第二压电片设置在悬臂梁的下表面。
[0012]更进一步地，底座、支架、固定架均为非铁磁材料。
[0013]更进一步地，在永磁体与底板的接触处，底板的面积大于永磁体的面积。
[0014]更进一步地，在永磁体与悬臂梁的接触处，悬臂梁的面积大于永磁体的面积。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，包括：底座、底板、支架、永磁体、固定架、悬臂梁、压电片、重物、线圈柱、线圈；底座上设有凹槽，底板固定在凹槽内，支架固定在底座上，永磁体贯穿支架，悬臂梁的固定端通过固定架固定在支架的顶部，永磁体连接底板和悬臂梁，压电片设置在悬臂梁的固定端附近，重物固定在悬臂梁的自由端附近，线圈柱竖直地固定在底板上，线圈围绕线圈柱，悬臂梁、底板、线圈柱均为软磁性材料。在本专利技术中，除压电片发电外，永磁体、悬臂梁、底板以及线圈柱构成磁回路，悬臂梁振动控制了该磁回路的通、断，使得线圈中具有大幅度的磁通量变化，在线圈中产生感应电动势或感应电流。本专利技术充分结合了压电片发电和电磁感应发电，提高了装置的发电效率，更大程度上获得周围环境中的振动能量，也更多地增强了装置的减振效果。传统的电磁发电装置普遍峰值电压偏低，这是由于无论悬浮结构、弹簧结构还是传统梁结构，线圈中的磁通量都是一个逐步变化的过程，而本专利技术中的磁路开关式的发电结构，能使磁通量在悬臂梁与线圈柱接触、分离瞬间发生剧烈变化，从而获得较大的输出峰值电压和峰值功率。总之，本专利技术装置能够在一定的频带范围内输出能量，相比于其它电磁发电装置，本专利技术中的磁路开关式发电装置能够具有更大的峰值电压和峰值功率，在振动能量收集领域具有良好的应用前景。
[0016]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0017]图1是一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置的示意图。
[0018]图2是一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置的立体装配图。
[0019]图3是本专利技术中磁回路的结构示意图。
[0020]图4是本专利技术加机壳后的结构示意图。
[0021]图中：1、底座；2、底板；3、支架；4、永磁体；5、紧固螺丝；6、固定架；7、悬臂梁；81、第一压电片；82、第二压电片；9、重物；10、线圈柱；11、线圈。
具体实施方式
[0022]为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
[0023]实施例1
[0024]本专利技术提供了一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，如图1和图2所示，包括底座1、底板2、支架3、永磁体4、固定架6、悬臂梁7、压电片、重物9、线圈柱10、线圈11。底座1为非铁磁材料，底座1的材料为有机玻璃。底座1上设有凹槽，底板2固定在凹槽内。底板1为软磁性材料，以便于导通磁场线。支架3固定在底座1上。底板2的宽度大于1厘米，小于1.5厘米。支架3的材料为非铁磁材料，支架3的材料为有机玻璃。永磁体4贯穿支架3，永磁体4和支架3的高度相同，也就是说支架3包覆这永磁体4，这样一来，支架3起到支撑悬臂梁7的目的，防止悬臂梁7直接高强度地压迫永磁体4，对永磁体4起到了保护作用。悬臂梁7为软磁性材料。悬臂梁7的固定端通过固定架6固定在支架3的顶部。固定架6为非铁磁材料，固定架6的材料为有机玻璃。永磁体4连接底板1和悬臂梁7。在永磁体4与底板2的接触
处，底板2的面积大于永磁体4的面积，以便于永磁体4产生的磁场线能够更多地耦合进入底板2；当悬臂梁7与线圈柱10接触/断开时，回路中的磁通量发生更多的变化，从而在线圈11中产生更强的感应电动势。在永磁体4与悬臂梁7的接触处，悬臂梁7的面积大于永磁体4的面积，以便于永磁体4产生的磁场线能够更多地耦合进入悬臂梁7；当悬臂梁7与线圈柱10接触/断开时，回路中的磁通量发生更多的变化，从而在线圈11中产生更强的感应电动势。压电片设置在悬臂梁7的固定端附近。压电片包括第一压电片81和第二压电片82，第一压电片81设置在悬臂梁7的上表面，第二压电片82设置在悬臂梁7的下表面，第一压电片81和第二压电片82粘贴电极方向相反。具体地，应用导电银胶将第一压电片81和第二压电片82粘贴在悬臂梁7的上表面和下表面。从第一压电片81和第二压电片82表面通过导电银胶接出两根线径0.15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，其特征在于，包括：底座、底板、支架、永磁体、固定架、悬臂梁、压电片、重物、线圈柱、线圈；所述底座上设有凹槽，所述底板固定在所述凹槽内，所述支架固定在所述底座上，所述永磁体贯穿所述支架，所述悬臂梁的固定端通过所述固定架固定在所述支架的顶部，所述永磁体连接所述底板和所述悬臂梁，所述压电片设置在所述悬臂梁的固定端附近，所述重物固定在所述悬臂梁的自由端附近，所述线圈柱竖直地固定在所述底板上，所述线圈围绕所述线圈柱，所述悬臂梁、所述底板、所述线圈柱均为软磁性材料。2.如权利要求1所述的磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，其特征在于：所述底板的方向和所述悬臂梁的方向平行。3.如权利要求2所述的磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，其特征在于：所述底板的长度小于所述悬臂梁的长度。4.如权利要求2所述的磁路开关式悬臂梁结构压电
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电磁复合振动发电装置，其特征在于：所述底板上沿设有螺口，所述线圈柱设置在螺口内。5.如权利要求4所述的磁路开关式悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔娟，郑永秋，薛晨阳，高翔，郝聪聪，李刚，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：