一种梁-摆耦合式压电-电磁复合能量采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种梁

A beam pendulum coupling piezoelectric electromagnetic composite energy acquisition device

【技术实现步骤摘要】
一种梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置


[0001]本专利技术涉及振动能量俘获
，具体的说，涉及了一种梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置。

技术介绍

[0002]无线传感器和通信节点的普适网络具有显著影响社会和创造巨大市场机会的潜力。然而，为了使这些网络充分发挥其潜力，我们必须开发实际的解决方案，使这些网络具备自我供电的能力。目前，无线传感器和通信节点多通过传统电池进行供电，如化学电池和燃料电池，该类电池不适合寿命超过10年的无线设备，因为这些设备所处的应用环境通常不允许对电池进行充电或者更换。
[0003]能量俘获技术可将环境中的能量转换为可利用的电能，进而通过能量管理元件为电池充电或为传感器直接供电。目前应用于环境能量采集的能量来源主要包括太阳能、风能、热梯度能和振动能量等。然而，任何单一的解决方案都不可能满足所有的应用需求，因为每种方法都有自己的缺点：太阳能收集需要足够的光能，热梯度采集需要足够的温度变化，基于振动的能量采集系统需要足够的振动源。然而，振动源通常更普遍存在，而且很容易在难以接近的地方发现，如通风管道和建筑结构。因此，振动能量采集近年来受到了工业界和学术界的广泛关注。
[0004]目前，应用于振动能量采集的装置主要包括静电式、压电式和电磁式。其中，静电式结构需要单独的电压源（如电池）以激发转换循环且能量密度较低，在实际中很少被应用。压电式结构由于具有电压输出和能量密度较高、无需外接电源、易于集成等优点，受到了学者的广泛青睐。电磁式能量俘获结构虽然输出电压较低，但由于其内阻较小、输出电流较大，在某些特殊场合的应用也备受关注。
[0005]而且，传统基于线性共振原理设计的压电和电磁式能量俘获结构响应频带较窄，只能在共振频率附近产生较大的能量输出。然而，环境中振动的频率多分布在较宽的频带范围内且具有一定的随机性，线性能量俘获结构在宽频激励环境下容易失效，且压电和电磁单一能量俘获单元效率较低。
[0006]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种可适应不同外界振动环境，频带较宽的梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置，包括基座、单摆、压电片、悬臂梁、三块磁铁和三个线圈；所述单摆呈L形，所述单摆竖直段的顶端与基座转动配合，所述单摆底端的横担上安装第一磁铁，所述第一磁铁上贴有第一线圈；所述悬臂梁竖向设置，所述悬臂梁固定于所述基座上，所述压电片粘贴在所述悬
臂梁的上端，所述悬臂梁的底端安装有第二磁铁和第三磁铁，所述第二磁铁和第三磁铁上粘贴有第二线圈和第三线圈；所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和压电片分别连接有电流引出端口；所述第一磁铁和第二磁铁与第三磁铁之间为吸引力或排斥力。
[0009]基上所述，所述悬臂梁通过夹板安装在基座上，以使所述悬臂梁的有效振动长度可调。
[0010]基上所述，所述单摆底端的横担与竖直段之间可拆卸安装，以便所述横担的高度可调。
[0011]基上所述，所述第一磁铁与横担之间可拆卸安装，所述第二磁铁和第三磁铁与悬臂梁之间可拆卸安装。
[0012]基上所述，所述单摆的竖直段的顶端通过轴承安装在所述基座上。
[0013]基上所述，激励方式为对基座的基础激励，方向与悬臂梁垂直。
[0014]本专利技术设置的单摆与悬臂梁的组合，可根据环境振动特征调节两者的长度进而改变系统的响应频带，而两者之间通过磁力进行耦合，可在任一单元发生振动的情况下，带动另一个单元振动，这样的组合能够拓宽整个系统的响应频带。
[0015]进一步的，通过改变第一磁铁、第二磁铁和第三磁铁的极性，以及改变横担高度和悬臂梁有效振动长度，改变耦合关系，使得系统实现不同的稳态特点，进一步拓宽整个装置的响应频带。
[0016]该装置由于灵活性更强，对外界的振动环境有更好的适应能力，可解决单一能量俘获方式效率较低的问题，以及复合能量俘获形式不够灵活而导致效率低的问题，从整体上提升能量采集效率。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例1中梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置的结构示意图。
[0018]图2是本专利技术实施例1中梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置的侧视图。
[0019]图中：1.基座；2.轴承；3.单摆；4.夹板；5.悬臂梁；6.压电片；7
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1.第一磁铁；7
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2.第二磁铁；7
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3.第三磁铁；8
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1.第一线圈；8
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2.第二线圈；8
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3.第三线圈。
具体实施方式
[0020]下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0021]如图1和图2所示，一种梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置，包括基座1、轴承2、单摆3、夹板4、悬臂梁5、压电片6、三块磁铁7和三个线圈8；所述单摆3呈L形，所述单摆3竖直段的顶端与基座1通过轴承2转动配合，所述单摆3底端的横担上安装第一磁铁7
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1，所述第一磁铁7
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1上贴有第一线圈8
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1。
[0022]所述悬臂梁5竖向设置，所述悬臂梁5固定于所述基座1上，所述压电片6粘贴在所述悬臂梁5的根部，所述悬臂梁5的端部安装有第二磁铁7
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2和第三磁铁7
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3，所述第二磁铁7
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2和第三磁铁7
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3上粘贴有第二线圈8
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2和第二线圈8
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3。
[0023]所述第一线圈8
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1、第二线圈8
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2、第二线圈8
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3和压电片6分别连接有电流引出端口。
[0024]所述第一磁铁7
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1和第二磁铁7
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2与第三磁铁7
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3之间为吸引力或排斥力。
[0025]工作原理：在进行振动能量俘获时，可对基座1沿着与悬臂梁5垂直的方向进行激励，悬臂梁5的端部会产生沿着激励方向的振动，此时，粘贴在悬臂梁5的根部的压电片6会产生变形，进而输出电能；单摆3在激励下会产生绕着基座1的摆动运动，当单摆3的横担位置与悬臂梁5的底端之间产生相对运动时，布置在单摆3和悬臂梁5的第一线圈8
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1、第二线圈8
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2、第三线圈8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置，其特征在于：包括基座、单摆、悬臂梁、压电片、三块磁铁和三个线圈；所述单摆呈L形，所述单摆竖直段的顶端与基座转动配合，所述单摆底端的横担上安装第一磁铁，所述第一磁铁上贴有第一线圈；所述悬臂梁竖向设置，所述悬臂梁固定于所述基座上，所述压电片粘贴在所述悬臂梁的根部，所述悬臂梁的端部安装有第二磁铁和第三磁铁，所述第二磁铁和第三磁铁上分别粘贴有第二线圈和第三线圈；所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和压电片分别连接有电流引出端口；所述第一磁铁和第二磁铁与第三磁铁之间为吸引力或排斥力。2.根据权利要求1所述的梁
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摆耦合式压电
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电磁复合能量采集装置，其特征在于：所述悬臂梁通过夹板安装在基座上，以使所述悬臂梁的有效振动长度可调。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘双燕，李勇，周博，耿直，刘海斌，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：