一种能量转换装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115085582A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202110262697.X(22)申请日2021.03.10(71)申请人中国科学院上海硅酸盐研究所地址200050上海市长宁区定西路1295号(72)发明人焦杰陈瑞罗豪甦陈子云邓廷宇王宇航狄文宁鲁丽(74)专利代理机构上海瀚桥专利代理事务所(普通合伙)31261专利代理师曹芳玲邹蕴(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种能量转换装置(57)摘要一种能量转换装置，包括：基座；设置于基座的夹持结构；能在空间杂散磁场的作用下发生弯曲并输出电压的悬臂梁；以及汇集空间杂散磁场的聚磁结构；悬臂梁的一端能拆卸地夹持于夹持结构，另一端上设置有永磁体；聚磁结构以使汇聚后的磁场作用于悬臂梁和永磁体的形式设置于永磁体的下方。本发明结构简单，空间杂散磁场利用率高。CN115085582ACN115085582A权利要求书1/1页1.一种能量转换装置，其特征在于，包括：基座；设置于所述基座的夹持结构；能在磁场的作用下发生弯曲并输出电压的悬臂梁；以及汇集空间杂散磁场的聚磁结构；所述悬臂梁的一端能拆卸地夹持于所述夹持结构，另一端上设置有永磁体；所述聚磁结构以使汇聚后的磁场作用于所述悬臂梁和所述永磁体的形式设置于所述永磁体的下方。2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述悬臂梁包括机械基底层、堆积于所述机械基底层的上方的至少一个压磁层以及位于所述机械基底层和所述压磁层之间的压电层；位于所述悬臂梁的顶部的所述压磁层以拉伸状态进行设置；所述压电层和堆积于所述压电层的上方的所述压磁层通过应变耦合相互作用。3.根据权利要求1或2所述的能量转换装置，其特征在于，所述压磁层由磁致伸缩材料构成，其材料为FeSiB、FeCuNbSiB或CoFeSiB；所述压电层为压电材料，其材料为PMNT、PIMNT单晶或PZT陶瓷。4.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述永磁体为铁氧体磁铁或汝铁硼磁铁；所述基座和所述夹持结构由无磁性材料构成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的能量转换装置，其特征在于，所述永磁体以磁极沿上下方向的形式设置于所述悬臂梁的上表面或下表面。6.根据权利要求1至5中任一项所述的能量转换装置，其特征在于，所述聚磁结构由高磁导率的锰锌铁氧体、硅钢、非晶合金或纳米晶软磁复合材料构成。7.根据权利要求1至6中任一项所述的能量转换装置，其特征在于，所述聚磁结构形成为下大上小的台状。2CN115085582A说明书1/5页一种能量转换装置技术领域[0001]本发明涉及能量转换技术领域，尤其涉及一种采集空间磁场能量用于传感、供电或储能的能量转换装置。背景技术[0002]随着物联网(LOT)技术的飞速发展，涉及的传感器种类越来越多，且正向着集成化、微型化和网络化发展。但是想要真正实现城市的智能化，就绕不开能源供给的问题。把空间磁场能量转换为电能为智能基础设施提供可持续的能源正受到越来越多人的关注。空间杂散磁场由电气设备产生，在城市生活中无处不在，其固定频率为50Hz，但是强度比较小。而基于“磁‑机‑电”耦合原理的磁电换能器件可以有效地这些低频杂散磁场转换为电能，并且具有性能稳定、方便易用，维护简单，成本较低等优点，可以将这些电气设备产生的杂散磁场能量转换为电能加以储存，再为家居系统或者交通系统中的各类传感器供电，从而达到节约能源的目的。[0003]现有的磁电换能器件中，大多采用压磁压电材料复合的悬臂梁结构，其工作原理是磁场先驱动压磁材料产生应变，进一步带动压电晶体产生应变，从而输出电能。目前该结构的局限性包括以下几点：(1)杂散磁场利用率低，只有当杂散磁场强度达到500μT以上，才能有效地利用并产生电能；(2)输出电压小，由于磁电转换系数不高，导致能量不足以驱动一些低功耗设备，使得应用困难；(3)若想要输出能量高，则需要牺牲体积优势，通过多个单元形成阵列式结构来提升输出能量，才能达到使用需求。发明内容[0004]发明要解决的问题：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种输出能量大、空间杂散磁场利用率高且用途广泛的能量转换装置。[0005]解决问题的技术手段：为解决上述问题，本发明提供一种能量转换装置，包括：基座；设置于所述基座的夹持结构；能在空间杂散磁场的作用下发生弯曲并输出电压的悬臂梁；以及汇集空间杂散磁场的聚磁结构；所述悬臂梁的一端能拆卸地夹持于所述夹持结构，另一端上设置有永磁体；所述聚磁结构以使汇聚后的磁场作用于所述悬臂梁和所述永磁体的形式设置于所述永磁体的下方。[0006]根据本发明，悬臂梁能在磁场的作用下弯曲并输出电压，换言之能利用磁场进行