一种梁-摆耦合式压电-电磁复合能量采集装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114759757A(43)申请公布日2022.07.15(21)申请号202210453390.2(22)申请日2022.04.27(71)申请人郑州航空工业管理学院地址450015河南省郑州市二七区大学中路2号(72)发明人刘双燕李勇周博耿直刘海斌(74)专利代理机构郑州德勤知识产权代理有限公司41128专利代理师苏志洋(51)Int.Cl.H02K35/00(2006.01)H02N2/18(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种梁-摆耦合式压电-电磁复合能量采集装置(57)摘要本发明提供了一种梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置，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，可使整个装置表现为单稳态和双双稳态特性。该装置可适应不同的外界振动环境，具有宽频带的优点。CN114759757ACN114759757A权利要求书1/1页1.一种梁‑摆耦合式压电‑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‑摆耦合式压电‑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.根据权利要求1或2所述的梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置，其特征在于：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。4.根据权利要求3所述的梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置，其特征在于：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。5.根据权利要求4所述的梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置，其特征在于：所述单摆竖直段的顶端通过轴承安装在所述基座上。6.根据权利要求5所述的梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置，其特征在于：激励方式为对基座的基础激励，方向与悬臂梁垂直。2CN114759757A说明书1/3页一种梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置技术领域[0001]本发明涉及振动能量俘获技术领域，具体的说，涉及了一种梁‑摆耦合式压电‑电磁复合能量采集装置。背景技术[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