一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111525837A(43)申请公布日2020.08.11(21)申请号202010391451.8(22)申请日2020.05.11(71)申请人中国科学院电工研究所地址100190北京市海淀区中关村北二条6号(72)发明人刘敏夏慧刘国强李晓南(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人关玲(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)H02K35/02(2006.01)H02J7/32(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置(57)摘要一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其悬臂梁载体(10)的固定端嵌入基座(6)侧壁；三块双晶压电元件串联，等距离平行粘贴于悬臂梁载体(10)上表面，与D1储能装置(8)连接。振子磁铁(5)固定于悬臂梁载体(10)自由端下方；固定磁铁(4)固定于支撑杆顶部，在振子磁铁(5)的正上方。磁铁(4)、振子磁铁(5)与线圈(7)同轴。悬臂梁载体(10)受外界激励振动时，振子磁铁(5)随悬臂梁载体的振动沿垂直方向运动，与线圈(7)发生相对运动，产生的感应电流；同时振子磁铁(5)在固定磁铁(4)的铁磁斥力作用下与线圈(7)发生相对运动，切割线圈(7)的磁感线产生感应电流。产生的感应电能输出至两个储能装置。CN111525837ACN111525837A权利要求书1/1页1.一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其特征在于：所述的能量采集装置包括压电模块、电磁模块和基座(6)；所述的基座(6)为上部开放的长方体，截面为凹形；所述的压电模块包括第一双晶压电元件A、第二双晶压电元件B、第三双晶压电元件C、D1储能装置(8)和悬臂梁载体(10)；悬臂梁载体(10)一端为固定端，另一端为自由端；悬臂梁载体(10)的固定端嵌入基座(6)的一个侧壁；第一双晶压电元件A、第二双晶压电元件B和第三双晶压电元件C等距离平行布置，粘贴于悬臂梁载体(10)的上表面，第一双晶压电元件A、第二双晶压电元件B和第三双晶压电元件C串联，与D1储能装置(8)连接；所述的电磁模块包括振子磁铁(5)、固定磁铁(4)和线圈(7)；振子磁铁(5)固定于悬臂梁载体(10)自由端的下方；固定磁铁(4)固定于支撑杆的顶部，位于支撑杆的下表面，在振子磁铁(5)的正上方；支撑杆为基座(6)的另一个侧壁；线圈(7)固定在基座(6)的底板上；磁铁(4)、振子磁铁(5)与线圈(7)同轴；线圈(7)与D2储能装置(9)连接。2.根据权利要求1所述的一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其特征在于：所述的支撑杆有一段螺纹调距结构(11)，通过螺丝调节固定磁铁和振子磁铁之间的距离。3.根据权利要求1所述的一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其特征在于：所述的第一双晶压电元件A、第二双晶压电元件B和第三双晶压电元件C均由三层构成，上下两层为压电片，中间一层为黄铜载体，上下两层压电片分别输出不同极性的电压，三块双晶压电元件的尺寸相同，均选用PZT-5H压电材料。4.根据权利要求1所述的一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其特征在于：所述电磁模块的振子磁铁(5)与固定磁铁(4)均采用钕铁硼永磁铁制作，尺寸相同。5.根据权利要求1所述的一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其特征在于：所述的线圈(7)的直径是振子磁铁(5)直径的两倍，线圈(7)采用铜线密绕形式；所述的振子磁铁(5)和固定磁铁(4)都采用钕铁硼永磁铁，均沿轴向磁化；振子磁铁(5)和固定磁铁(4)相互排斥。6.根据权利要求1所述的一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置，其特征在于：振子磁铁(5)位于线圈(7)内部；当悬臂梁载体(10)受到外界激励振动时，粘贴在悬臂梁载体自由端下方的振子磁铁(5)随悬臂梁载体的振动沿垂直方向运动，与线圈(7)发生相对运动，产生的感应电流输出供D1储能装置(8)使用；同时振子磁铁(5)在固定磁铁(4)的铁磁斥力作用下与线圈(7)发生相对运动，切割线圈(7)的磁感线产生感应电流，产生的感应电能输出供给D2储能装置(9)存储电能。2CN111525837A说明书1/4页一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置技术领域[0001]本发明涉及一种振动能量收集装置。背景技术[0002]随着微电子器件和无线传感网络技术的不断发展，在复杂环境中，传统的化学电池寿命短、不易更换且容易污染环境，需要能够长期稳定供电的可再生能源供电形式。而振动能量收集技术具有结构简单、输出能量密度高等优点，可以代替传统电池解决难以实现电池更换等问题，能够为电子设