一种压电-摩擦-电磁悬浮式复合能量采集及管理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压电

【技术实现步骤摘要】
一种压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置


[0001]本专利技术属于能量采集装置设计
，尤其涉及一种压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置。

技术介绍

[0002]近年来由于可穿戴电子设备在机器人、人机界面和人体运动检测等方面的潜在应用，引起了广泛的关注。因此便携、持久的能源需求逐渐增大。
[0003]收集环境中的振动能量并将其转换为电能是一种可行的方法。虽然基于摩擦、电磁以及压电效应的能量收集器已经被提出，但他们各自都有明显的优缺点。比如，摩擦发电机电压大、电流小，电磁发电机电压小、电流大，压电发电机对低频振动响应弱，因此需要一种整合了三种发电机优缺点的复合式能量采集装置。
[0004]另外发电单元产生的电能都是交流形式，而且是时断时续的，无法被直接利用，需要对收集的能量进行管理，一方面是为了使电能的利用最大化，另一方面是为了适配后端的电子器件。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置将环境中的振动能量进行收集，解决了收集环境中的振动能量并将其转换为持续电能的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供一种压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，包括：
[0008]装置外壳，用于保护压电
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摩擦
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电磁发电模块；
[0009]压电
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摩擦
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电磁发电模块，用于通过压电发电、摩擦发电和电磁发电分别产生压电发电电流、摩擦发电电流和电磁发电电流；
[0010]能量管理模块，用于利用整流桥分别将压电发电电流、摩擦发电电流和电磁发电电流整流成直流电后并联，且将电能预存到电容中，当电容两端电压达到预设电压后将电能输出到储能电容为电子器件供电。
[0011]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，通过装置外壳保护压电
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摩擦
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电磁发电模块和能量管理模块，防摔防震，且通过压电
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摩擦
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电磁发电模块分别通过压电发电、摩擦发电和电磁发电获取交流电，再通过能量管理模块将交流电整流过后的直流电通过冷启动
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升压降压管理
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欠压保护
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最大功率点跟踪等方法，将电能有效预存到电容中，在达到一定电压后将电能输出到后端储能电容中，储能电容中的电能可供持续使用，实现了收集环境中的振动能量并将其转换为持续电能。
[0012]进一步地，所述压电
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摩擦
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电磁发电模块包括：
[0013]压电发电子模块，用于通过压电发电产生压电发电电流；
[0014]摩擦发电子模块，用于通过摩擦发电产生摩擦发电电流；
[0015]电磁发电子模块，用于通过电磁发电产生电磁发电电流。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果为：所述压电
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摩擦
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电磁发电模块分别通过压电发电子模块、摩擦发电子模块和电磁发电子模块获取压电发电电流、摩擦发电电流和电磁发电电流。
[0017]进一步地，所述压电
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摩擦
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电磁发电模块由第一磁铁、第二磁铁、铍铜合金板、第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、第一电极、第二电极、第一固定板、第二固定板、第一铝板、第一磁感应线圈、第二磁感应线圈、第三磁感应线圈、第一聚四氟乙烯层、第三磁铁、第二聚四氟乙烯层、第二铝板、第三固定板以及第四磁铁构成；
[0018]所述第一磁铁与第二磁铁相对设置于铍铜合金板一端的上侧和下侧；所述第一压电陶瓷片的一侧与铍铜合金板的上侧中部连接；所述第一压电陶瓷片的另一侧与第一电极连接；所述第二压电陶瓷片的一侧与铍铜合金板的下侧中部连接；所述第二压电陶瓷片的另一侧与第二电极连接；所述第一电极、第二电极和铍铜合金板均与能量管理模块连接；所述第一固定板和第二固定板相对设置于铍铜合金板另一端的上侧和下侧；所述第一铝板设置于第二固定板的下方；所述第一磁感应线圈、第二磁感应线圈和第三磁感应线圈由上至下均设置于第一铝板的下方；所述第一磁感应线圈、第二磁感应线圈和第三磁感应线圈均与能量管理模块连接；所述第一聚四氟乙烯层、第三磁铁和第二聚四氟乙烯层由上至下均设置于第一磁感应线圈、第二磁感应线圈和第三磁感应线圈内部；所述第二铝板设置于第三磁感应线圈的下方；所述第三固定板设置于第二铝板的下方；所述第一铝板、第二铝板、第一聚四氟乙烯层和第二聚四氟乙烯层均与能量管理模块连接；所述第四磁铁设置于第三固定板的下方。
[0019]采用上述进一步方案的有益效果为：所述压电
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摩擦
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电磁发电模块通过如上结构实现获取环境中的瞬态电能。
[0020]进一步地，所述压电发电子模块由第一磁铁、第二磁铁、铍铜合金板、第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、第一电极、第二电极、第一固定板以及第二固定板构成；
[0021]所述摩擦发电子模块由第一铝板、第一聚四氟乙烯层、第二聚四氟乙烯层以及第二铝板构成；
[0022]所述电磁发电子模块由第一磁感应线圈、第二磁感应线圈、第三磁感应线圈、第三磁铁、第三固定板以及第四磁铁构成。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果为：所述压电发电子模块是典型的悬臂梁
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质量块结构的能量采集器，当压电陶瓷材料受到外力作用产生机械应变时，材料内部电荷中心发生偏移，使得上下表面积聚异号电荷形成电势差，实现发电；所述摩擦发电子模块由聚四氟乙烯与铝组成，利用两种不同材料得失电子能力的差异，在接触摩擦过程中形成电荷转移，产生电势差；所述电磁发电子模块利用了第三磁铁和第四磁铁具有相同极性磁铁间具有排斥力的特点，通过第三磁铁不断对第一磁感应线圈、第二磁感应线圈和第三磁感应线圈做切割磁感线的运动，产生感应电流。
[0024]进一步地，所述能量管理模块包括：
[0025]压电整流子模块，用于对压电发电电流进行整流，得到压电直流电流；
[0026]摩擦整流子模块，用于对摩擦发电电流进行整流，得到摩擦直流电流；
[0027]电磁整流子模块，用于对电磁发电电流进行整流，得到电磁直流电流；
[0028]电能管理子模块，用于接收压电直流电流、摩擦直流电流和电磁直流电流并联得到的直流电，并将电能预存到电容中，当电容两端电压达到预设电压后将电能输出到储能电容为电子器件供电。
[0029]采用上述进一步方案的有益效果为：所述能量管理模块将获取到的交流电整流为直流电，并有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，其特征在于，包括：装置外壳，用于保护压电
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摩擦
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电磁发电模块；压电
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摩擦
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电磁发电模块，用于通过压电发电、摩擦发电和电磁发电分别产生压电发电电流、摩擦发电电流和电磁发电电流；能量管理模块，用于利用整流桥分别将压电发电电流、摩擦发电电流和电磁发电电流整流成直流电后并联，且将电能预存到电容中，当电容两端电压达到预设电压后将电能输出到储能电容为电子器件供电。2.根据权利要求1所述的压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，其特征在于，所述压电
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摩擦
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电磁发电模块包括：压电发电子模块，用于通过压电发电产生压电发电电流；摩擦发电子模块，用于通过摩擦发电产生摩擦发电电流；电磁发电子模块，用于通过电磁发电产生电磁发电电流。3.根据权利要求2所述的压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，其特征在于，所述压电
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摩擦
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电磁发电模块由第一磁铁(1)、第二磁铁(2)、铍铜合金板(3)、第一压电陶瓷片(4)、第二压电陶瓷片(5)、第一电极(6)、第二电极(7)、第一固定板(8)、第二固定板(9)、第一铝板(10)、第一磁感应线圈(11)、第二磁感应线圈(12)、第三磁感应线圈(13)、第一聚四氟乙烯层(14)、第三磁铁(15)、第二聚四氟乙烯层(16)、第二铝板(17)、第三固定板(18)以及第四磁铁(19)构成；所述第一磁铁(1)与第二磁铁(2)相对设置于铍铜合金板(3)一端的上侧和下侧；所述第一压电陶瓷片(4)的一侧与铍铜合金板(3)的上侧中部连接；所述第一压电陶瓷片(4)的另一侧与第一电极(6)连接；所述第二压电陶瓷片(5)的一侧与铍铜合金板(3)的下侧中部连接；所述第二压电陶瓷片(5)的另一侧与第二电极(7)连接；所述第一电极(6)、第二电极(7)和铍铜合金板(3)均与能量管理模块连接；所述第一固定板(8)和第二固定板(9)相对设置于铍铜合金板(3)另一端的上侧和下侧；所述第一铝板(10)设置于第二固定板(9)的下方；所述第一磁感应线圈(11)、第二磁感应线圈(12)和第三磁感应线圈(13)由上至下均设置于第一铝板(10)的下方；所述第一磁感应线圈(11)、第二磁感应线圈(12)和第三磁感应线圈(13)均与能量管理模块连接；所述第一聚四氟乙烯层(14)、第三磁铁(15)和第二聚四氟乙烯层(16)由上至下均设置于第一磁感应线圈(11)、第二磁感应线圈(12)和第三磁感应线圈(13)内部；所述第二铝板(17)设置于第三磁感应线圈(13)的下方；所述第三固定板(18)设置于第二铝板(17)的下方；所述第一铝板(10)、第二铝板(17)、第一聚四氟乙烯层(14)和第二聚四氟乙烯层(16)均与能量管理模块连接；所述第四磁铁(19)设置于第三固定板(18)的下方。4.根据权利要求3所述的压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，其特征在于，所述压电发电子模块由第一磁铁(1)、第二磁铁(2)、铍铜合金板(3)、第一压电陶瓷片(4)、第二压电陶瓷片(5)、第一电极(6)、第二电极(7)、第一固定板(8)以及第二固定板(9)构成；所述摩擦发电子模块由第一铝板(10)、第一聚四氟乙烯层(14)、第二聚四氟乙烯层(16)以及第二铝板(17)构成；所述电磁发电子模块由第一磁感应线圈(11)、第二磁感应线圈(12)、第三磁感应线圈
(13)、第三磁铁(15)、第三固定板(18)以及第四磁铁(19)构成。5.根据权利要求4所述的压电
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摩擦
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电磁悬浮式复合能量采集及管理装置，其特征在于，所述能量管理模块包括：压电整流子模块，用于对压电发电电流进行整流，得到压电直流电流；摩擦整流子模块，用于对摩擦发电电流进行整流，得到摩擦直流电流；...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓维礼，邓林，杨维清，靳龙，敖勇，兰浡玲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：