CN108777554A - 一种振动式磁电俘能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源与发电技术领域，目的在于提供一种可将外部环境的振动能量转换为电能的振动式磁电俘能器。一种振动式磁电俘能器，包括：磁屏蔽盒1；固定在磁屏蔽盒1上底面的上永磁铁2；固定在磁屏蔽盒1下表面的下永磁铁7；大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6；所述大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6依次嵌套，大磁环4位于最外侧，小磁环6位于最内侧；磁性支撑件3，所述磁性支撑件3穿过小磁环6与上永磁铁2和下永磁铁7连接；以及，与所述环状磁电结构5连接的电极引线9；所述上永磁铁2、下永磁铁7、大磁环4、环状磁电结构5、小磁环6以及磁性支撑件3均置于磁屏蔽盒1内部，电极引线9引出磁屏蔽盒1外。
Description
技术领域
本发明涉及新能源与发电技术领域，特别涉及一种振动式磁电俘能器。
背景技术
目前，随着微机电系统技术和集成电路封装技术的不断发展进步，各类电子器件也逐步朝着小型化、易携带、低功耗的目标发展，越来越多的应用于兵器制造、信息通讯、智能装备、生物医学等领域，发展前景广阔。然而，现今微机电系统的主要供能方式仍是化学电池，传统的化学电池存在着诸多局限，例如电池体积大，无法在有限的空间内安置；供电时长有限，当电量耗尽后需要进行更换或充电；废弃的化学电池不易回收再利用，会造成极大的环境污染。这些因素极大的限制了微机电系统的发展和应用，因此需要设计一种新型的供电技术来为微机电系统的稳定运行供能。
振动作为物体机械能的典型表现形式之一，广泛的存在于各类物体的运动过程中，是一种绿色无污染的能源。利用外界振动获取能量并进行转换存储是解决一些低功耗器件供能问题的有效途径。因此，现阶段许多专家学者积极致力于微机电系统的自供能研究，而磁电俘能器由于其具有结构简单、不易受干扰、易于小型化和集成化等优点得到了极大地关注，并能广泛的应用于各类自供能器件中。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种可将外部环境的振动能量转换为电能，对一些微机电系统进行电能供给的振动式磁电俘能器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种振动式磁电俘能器，包括：磁屏蔽盒1；固定在磁屏蔽盒1上底面的上永磁铁2；固定在磁屏蔽盒1下表面的下永磁铁7；大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6；所述大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6依次嵌套，大磁环4位于最外侧，小磁环6位于最内侧；磁性支撑件3，所述磁性支撑件3穿过小磁环6与上永磁铁2和下永磁铁7连接；以及，与所述环状磁电结构5连接的电极引线9；所述上永磁铁2、下永磁铁7、大磁环4、环状磁电结构5、小磁环6以及磁性支撑件3均置于磁屏蔽盒1内部，电极引线9引出磁屏蔽盒1外。
进一步地，所述环状磁电结构5包括：上层、下层和中间层，层与层之间采用环氧树脂银胶粘贴固定；所述上层和下层均为磁致伸缩材料介质，中间层为压电材料介质。
进一步地，所述磁致伸缩材料介质为金属玻璃，所述压电材料介质为压电陶瓷。
进一步地，所述中间层上下表面镀有铜质金属膜8，铜质金属膜8与电极引线(9)连接。
进一步地，所述上永磁铁2和下永磁铁7均采用焊接方式固定在磁屏蔽盒1内。
进一步地，所述下永磁铁7的磁力大于上永磁铁2。
本发明中，下永磁铁7的磁力大于上永磁铁2，是为了克服大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6的重力作用，避免位于磁性支撑件3外的大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6过于靠近下永磁铁7造成整个装置能量的不稳定。
进一步地，所述大磁环4和小磁环6均为永磁铁。
进一步地，所述大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6依次嵌套，环与环之间采用环氧树脂粘贴固定。
进一步地，所述上永磁铁2南极朝下、北极朝上，所述下永磁铁7北极朝上、南极朝下；所述大磁环4南极朝上、北极朝下，小磁环6内壁和磁性支撑件3外侧均为南极。
进一步地，所述上永磁铁2北极朝下、南极朝上，所述下永磁铁7南极朝上、北极朝下；所述大磁环4北极朝上、南极朝下，小磁环6内壁和磁性支撑件3外侧均为北极。
本发明的实质性效果：本发明公开的一种振动式磁电俘能器可以接收外部环境的振动激励，将外部环境振动的机械能转换为电能输出，对外部电子设备进行供电，外部环境的振动强度越大、频率越高转换获得的电能越多，与传统化学电池相比，本发明具有以下优点：（1）提供的是一种绿色能源，不会产生化学污染；（2）适用范围广，振动条件下都可使用；（3）操作简单，无需定期更换，维护成本低；（4）可以将任何频率下的振动转换成电能，不存在频率限制，克服了传统压电俘能器对低频振动能量收集效率低的不足；（5）具有小型化的特点，方便集成在器件中，或通过连接相关集成电路，可以实现为微机电系统供电，解决了传统化学电池因体积过大无法与微机电系统兼容的问题。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明整体结构剖面图；
图3为本发明实施例中大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6结构示意图；
图4为本发明实施例中环状磁电结构5侧视图；
图5为本发明实施例正弦激励下的电势输出图；
其中，1-磁屏蔽盒、2-上永磁铁、3-磁性支撑件、4-大磁环、5-环状磁电结构、6-小磁环、7-下永磁铁、8-铜质金属膜、9-电极引线。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本实施例公开的一种振动式磁电俘能器，如图1、2所示，包括磁屏蔽盒1、上永磁铁2、磁性支撑件3、大磁环4、环状磁电结构5、小磁环6、下永磁铁7、铜质金属膜8以及电极引线9。上永磁铁2、下永磁铁7、大磁环4、环状磁电结构5、小磁环6以及磁性支撑件3均置于磁屏蔽盒1内部，电极引线9引出磁屏蔽盒1外。
上永磁铁2和下永磁铁7分别固定于磁屏蔽盒1内壁的顶部和底部，采用焊接方式固定；磁性支撑件3为磁棒，材料为永磁铁，一端连接上永磁铁2，一端连接下永磁铁7，磁棒的高度大于大磁环4、环状磁电结构5以及小磁环6的高度。大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6依次嵌套，大磁环4和小磁环6材料也均为永磁铁；大磁环4位于最外侧，小磁环6位于最内侧；磁棒穿过小磁环6与上永磁铁2和下永磁铁7连接。如图3、4所示，环状磁电结构5包括：上下两层和中间层，层与层之间采用环氧树脂银胶粘贴固定，所述中间层上下表面镀有铜质金属膜8，铜质金属膜8与电极引线9连接；所述上下两层为磁致伸缩材料介质，磁致伸缩材料介质选用金属玻璃，中间层为压电材料介质；压电材料介质选用压电陶瓷，压电陶瓷上下表面镀有铜质金属膜8，铜质金属膜8为圆环状，与电极引线9连接。
上永磁铁2南极朝下、北极朝上，大磁环4南极朝上、北极朝下，下永磁铁7北极朝上、南极朝下，小磁环6内壁和磁棒外侧均为南极。根据异性相吸，同性相斥的原理，当所处环境未产生振动时，大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6处于静止悬浮状态。此外还可将上永磁铁2北极朝下、南极朝上，大磁环4北极朝上、南极朝下，下永磁铁7南极朝上、北极朝下；小磁环6内壁和磁性支撑件3外侧均为北极，也能达到同样的效果。
本实施例公开的一种振动式磁电俘能器的工作过程为：当所处环境发生振动时，粘贴固定的大磁环4、环状磁电结构5和小磁环6在外界振动激励的作用下产生振动，其悬浮静止状态发生改变并向上永磁铁2或下永磁铁7方向运动，环状磁电结构5所处的磁通密度随之变化，压电陶瓷上下表面产生电荷，通过铜质金属膜8和电极引线9将电信号输出，由于磁体同性相斥的原理，振动结束后磁环又回到起始位置，呈现悬浮静止状态。
如图5所示，在理想状态下，当振动激励是频率1赫兹的正弦信号时，环状磁电结构5输出正弦的电信号，图中横轴为时间（单位秒），纵轴为环状磁电结构5的输出电势（单位伏特），该图表征了四个周期正弦振动激励作用下的输出电势。
以上所述实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。
Claims (10)
1.一种振动式磁电俘能器，其特征在于，包括：
磁屏蔽盒(1)；
固定在磁屏蔽盒(1)上底面的上永磁铁(2)；
固定在磁屏蔽盒(1)下表面的下永磁铁(7)；
大磁环(4)、环状磁电结构(5)和小磁环(6)；所述大磁环(4)、环状磁电结构(5)和小磁环(6)依次嵌套，大磁环(4)位于最外侧，小磁环(6)位于最内侧；
磁性支撑件(3)，所述磁性支撑件(3)穿过小磁环(6)与上永磁铁(2)和下永磁铁(7)连接；以及
与所述环状磁电结构(5)连接的电极引线(9)；
所述上永磁铁(2)、下永磁铁(7)、大磁环(4)、环状磁电结构(5)、小磁环(6)以及磁性支撑件(3)均置于磁屏蔽盒(1)内部，电极引线(9)引出磁屏蔽盒(1)外。
2.如权利要求1所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述环状磁电结构(5)包括：上层、下层和中间层，层与层之间采用环氧树脂银胶粘贴固定，所述上层和下层均为磁致伸缩材料介质，中间层为压电材料介质。
3.如权利要求2所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述磁致伸缩材料介质为金属玻璃，所述压电材料介质为压电陶瓷。
4.如权利要求2所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述中间层上下表面镀有铜质金属膜(8)，铜质金属膜(8)与电极引线(9)连接。
5.如权利要求1所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述上永磁铁(2)和下永磁铁(7)均采用焊接方式固定在磁屏蔽盒(1)内。
6.如权利要求5所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述下永磁铁(7)的磁力大于上永磁铁(2)。
7.如权利要求1所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述大磁环(4)和小磁环(6)均为永磁铁。
8.如权利要求1所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述大磁环(4)、环状磁电结构(5)和小磁环(6)依次嵌套，环与环之间采用环氧树脂粘贴固定。
9.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述上永磁铁(2)南极朝下、北极朝上，所述下永磁铁(7)北极朝上、南极朝下；所述大磁环(4)南极朝上、北极朝下，小磁环(6)内壁和磁性支撑件(3)外侧均为南极。
10.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种振动式磁电俘能器，其特征在于：所述上永磁铁(2)北极朝下、南极朝上，所述下永磁铁(7)南极朝上、北极朝下；所述大磁环(4)北极朝上、南极朝下，小磁环(6)内壁和磁性支撑件(3)外侧均为北极。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111756126A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-09 | 西安交通大学 | 一种磁场调制升频式的电磁俘能装置 |
| CN112564545A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-26 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种基于磁电复合材料的能量收集器及可穿戴设备 |
| CN113156230A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-07-23 | 西安理工大学 | 一种摩擦电能量采集器测试装置及测试方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105846641A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-10 | 中北大学 | 磁铁悬浮型振动驱动电磁式能量采集器 |
| CN105915117A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-31 | 中北大学 | 摩擦-压电-磁电复合式振动微能源采集器 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105846641A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-10 | 中北大学 | 磁铁悬浮型振动驱动电磁式能量采集器 |
| CN105915117A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-31 | 中北大学 | 摩擦-压电-磁电复合式振动微能源采集器 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111756126A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-09 | 西安交通大学 | 一种磁场调制升频式的电磁俘能装置 |
| CN111756126B (zh) * | 2020-06-23 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 一种磁场调制升频式的电磁俘能装置 |
| CN112564545A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-26 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种基于磁电复合材料的能量收集器及可穿戴设备 |
| CN113156230A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-07-23 | 西安理工大学 | 一种摩擦电能量采集器测试装置及测试方法 |
| CN113156230B (zh) * | 2021-01-13 | 2022-10-14 | 西安理工大学 | 一种摩擦电能量采集器测试装置及测试方法 |
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