CN102510239A - 复合式振动发电机 - Google Patents

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胡俊辉
陈松茂
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Abstract

一种复合式振动发电机，属于式发电装置技术领域。它由悬臂梁部件、永磁体部件、压电发电部件三部分组成。悬臂梁自由端的撞击块撞击基板上的撞击感应式式压电陶瓷而产生发电，撞击的同时在基板中产生振动而并被振动感应式式压电陶瓷感应而发电。同时，这一过程中，线圈切割磁力线而产生电动势。该发电机可用于无线传感器网、便携式电子设备等低功耗电子系统的自供电，是一种可替代电源，可以取代电池或给电池充电。

Description

复合式振动发电机
 
所属技术领域
本发明涉及一种集成电磁感应和压电效应两种能量转换机理的、能够将振动形式的机械能转换为可利用的电能的复合式发电装置。
背景技术
以振动形式存在的机械能在人类社会和自然环境中广泛存在，是一种可再生的清洁能源。随着低功耗电子技术的发展，振动能量回收具有较大的应用价值。到目前为止，利用振动进行发电的振动能量回收装置，即振动发电机主要基于三种机理：电磁感应、压电效应和静电效应。电磁感应式振动发电机产生的电流大而电压小，压电效应式电压大而电流小，静电式电压和电流均较小。由于静电式发电量较小而较少使用，目前主要是前两种。但是，单独采用电磁感应或压电效应所产生的电量仍然不能满足诸如无线传感器、便携式电子设备等低功耗电子系统的功耗要求。
发明内容
为了克服现有的采用单一能量转换机理的振动发电机发电能力不足的问题，本发明提出了一种复合式振动发电机，能够集成电磁感应和压电效应两种机理，从而提高发电量。
一种复合式振动发电机，其特征在于：由悬臂梁部件、永磁体部件、压电发电部件组成；上述悬臂梁部件由悬臂梁、安装于悬臂梁自由端的线圈容器、沿前后方向安装于线圈容器内的线圈绕柱、绕于线圈绕柱上的绕制线圈、分别安装于线圈容器上端外侧和下端外侧的撞击块组成；上述压电发电部件包括分别对称位于悬臂梁部件上下两侧的两个基板，其中基板的一端为固定端与悬臂梁的固定端固定在一起，另一端为自由端；每个基板自由端的内侧面均贴有振动感应式式压电陶瓷和撞击感应式式压电陶瓷；上述永磁体部件包括U形板，U形板开口端的两个板面分别位于线圈容器的前后两侧；上述U形板开口端的两个板面内侧面按共布置两对共四个永磁铁，其中上面一对永磁铁极性与下面一对永磁铁极性相反。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：从结构上看，该复合式振动发电机由三部分组成：悬臂梁部件、永磁体部件、压电发电部件。将这三部分组装起来以后，就形成了复合式振动发电机。将该发电机固定在振源上，当振源产生外部激励时，一方面，中部的悬臂梁部件相对压电发电部件运动，撞击基板端部的撞击感应式式压电陶瓷而在该压电陶瓷的正负极表面产生极性相反的电荷，同时由于撞击在基板中产生振动而并被振动感应式式压电陶瓷感应从而在该压电陶瓷的正负极表面也产生极性相反的电荷。将正负极用导线与负载电路连接，可测量负载的电压、电流和功率。另一方面，悬臂梁部件运动过程中其自由端的线圈会切割磁力线，由于电磁感应原理产生电动势，将线圈的引出线与负载电路连接，可测量负载的电压、电流和功率。这样，该发电装置就整合了压电效应和电磁感应两种机制，从而达到提高发电能力的目的。
本发明的有益效果是，可以综合利用电磁感应和压电效应来进行发电，提高了空间利用率，增强了发电能力，结构简单，容易采用传统的制造工艺实现。
上述的复合式振动发电机，其压电发电部件的基板可以为乙形结构。该结构简单便于基板的固定端夹紧悬臂梁固定端并固定在一起。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是永磁体部件的构造图；
图2是压电发电部件的构造图；
图3是悬臂梁部件的构造图；
图4是第一个实施例的纵剖面构造图；
图5是第二个实施例的横剖面构造图；
图中标号名称，1.U形板，2.永磁体，3.基板，4.撞击感应式式压电陶瓷，5.振动感应式式压电陶瓷，6.悬臂梁，7.线圈容器，8.撞击块，9.绕制线圈，10.线圈绕柱，11.内六角圆柱螺钉M2，12.六角螺母，13.线圈引出线，14.压电陶瓷焊接线，15.负极接线，16.内六角圆柱螺钉M3。
具体实施方式
在图1中，将4块永磁体2对称粘接到U形板1开口端的两侧内面上下部。
在图2中，将撞击感应式式压电陶瓷4、.振动感应式式压电陶瓷5分别粘接到基板3的下表面上。负极与梁的表面相贴，正极朝外，压电陶瓷间隔一定距离。压电陶瓷正极上焊接有电线14。
在图3中，将手工绕制好的线圈9放入外表面粘贴有锥形撞击块8的线圈容器7内，用内六角圆柱螺钉11和六角螺母12紧固，并通过中间的间隙拉出线圈引出线13。
在图4所示的实施例中，上、下基板各有一个撞击感应式式和振动感应式式压电陶瓷片。将该发电机通过内六角圆柱螺钉16安装到电动式激振器上，产生振动时，中部悬臂梁6相对于上下部的乙形梁3做往复式上下运动，锥形撞击块8撞击撞击感应式式压电陶瓷5，该压电陶瓷受撞击后在表面产生极性相反的电荷。执行如下步骤：将一个整流器的交流端两触头分别接到压电陶瓷焊接线14和负极接线15，直流端与一个电容相连。该激振器产生的激振振幅为9.32mm、频率为13Hz。试验测两片撞击感应式式压电陶瓷片的直流发电功率为1.91μW。同时，基板受撞击产生振动传递到振动感应式式压电陶瓷4，又在该陶瓷的正负极表面产生极性相反的电荷。采用前述相同步骤，测得两片振动感应式式压电陶瓷的直流发电功率为14.3μW。
在图5所示的另一实施例中， 中部悬臂梁6在相对基板3做往复式运动并撞到撞击感应式压电陶瓷5的同时，绕制线圈9切割永磁体2磁场产生的磁力线，由于电磁感应而产生电动势。采用与图4所示实施例中相同的步骤，其直流发电功率约为218.2μW。

Claims (2)

1.一种复合式振动发电机，其特征在于：由悬臂梁部件、永磁体部件、压电发电部件组成；
上述悬臂梁部件由悬臂梁（6）、安装于悬臂梁自由端的线圈容器（7）、沿前后方向安装于线圈容器内的线圈绕柱（10）、绕于线圈绕柱上的绕制线圈（9）、分别安装于线圈容器上端外侧和下端外侧的撞击块（8） 组成； 
上述压电发电部件包括分别对称位于悬臂梁部件上下两侧的共两个基板（3），其中基板（3）的一端为固定端与悬臂梁的固定端固定在一起，另一端为自由端；每个基板（3）自由端的内侧面均贴有振动感应式式压电陶瓷（4）和撞击感应式式压电陶瓷（5）； 
上述永磁体部件包括U形板（1），U形板（1）开口端的两个板面分别位于线圈容器（7）的前后两侧；上述U形板（1）开口端的两个板面内侧面按共布置两对共四个永磁铁（2），其中上面一对永磁铁极性与下面一对永磁铁极性相反。
2.根据权利要求1所述的复合式振动发电机，其特征在于：上述基板（3）为乙形结构。
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