CN110572074A - 一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦‑压电‑电磁俘能装置，以解决当前现有能量俘获装置存在的俘能方式单一、俘能频带窄等问题。本发明由圆柱壳体、端盖、摩擦发电单元、圆柱磁铁Ⅰ、电磁线圈和压电发电组件组成。俘能装置随汽车振动或车轮转动时，圆柱磁铁Ⅰ将会在圆柱壳体内腔内产生往复运动，与外侧的电磁线圈相互作用，实现电磁发电；与圆柱磁铁Ⅱ产生磁铁排斥力，使盘型压电片变形，实现压电发电；摩擦材料与电极Ⅰ和电极Ⅱ相互滑动，实现隔空式摩擦发电。本发明设计的能量俘获装置实现了多种发电模式的有效结合提高了能量转换效率，拓宽了俘能频率带宽，具有结构简单，新颖等特点。在汽车和能源利用技术领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，属于汽车和能源收集技术领域。
背景技术
随着汽车智能化的发展和汽车的拥有量的迅速增加，车载传感器在汽车上被广泛的用于监测汽车的行驶状态。如何为车载传感器提供可靠的能源供给是保证汽车正常行驶的前提。此外随着车载传感器呈现出微型化的发展趋势，而且其所需的功率一般都很小。当前，传感器主要是由电池供电，但电池供电存在着使用寿命有限、需定期更换、环境污染等缺点。如果对汽车运动产生的机械能量进行收集并直接将其给汽车传感器供电或锂电池充电，将会很好的解决对微电子产品供能的需求，同时使汽车产生的机械能量得到了有效的利用。
目前，对于汽车机械能量的收集所用到的新型能源供给技术主要集中在压电式和电磁式。压电式发电是利用压电材料的正压电效应将机械能转换为电能。电磁式发电是利用电磁感应现象将机械能转换为电能。另外，基于耦合接触起电和静电感应的摩擦发电作为一种新型的能量转换方式被王中林教授团队所提出。其存在着输出电压高，制作简单，成本低和材料应用范围广，从而吸引了广泛的研究。
然而，当前收集汽车机械能量转化为电能来为车载传感器供能的俘能装置普遍存在着俘能方式单一、俘能频带窄等问题，不能有效的收集汽车机械能，限制了俘能装置在汽车与能源技术领域的发展与应用。因此，需要研究一种用于车载传感器供能的新型能源供给技术来解决目前存在的问题。
发明内容
为解决现有的汽车机械能量俘获装置存在的俘能方式单一、俘能频带窄等问题，本发明公开一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，为车载传感器供能提供一种新型环保、简单高效、可靠的供能装置。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置由圆柱壳体、端盖、摩擦发电单元、圆柱磁铁Ⅰ、电磁线圈、压电发电组件、螺栓和螺母组成；所述圆柱壳体和端盖利用螺栓和螺母通过螺纹连接的方式进行固定，所述摩擦发电单元通过粘贴的方式固定在圆柱壳体的圆柱壳体内腔壁上和圆柱磁铁Ⅰ的圆柱磁铁Ⅰ外圆柱面上，所述圆柱磁铁Ⅰ放置在圆柱壳体的圆柱壳体内腔里，所述电磁线圈缠绕在圆柱壳体的圆柱壳体外表面的中间位置，所述压电发电组件通过胶粘的方式固定在端盖内的圆形凹槽Ⅰ上。
所述圆柱壳体包括螺栓安装孔Ⅰ、圆柱壳体内腔和圆柱壳体外表面；所述螺栓安装孔Ⅰ周向均布在圆柱壳体两端的圆周面上，所述圆柱壳体内腔设置在圆柱壳体的中部。
所述端盖设有螺栓安装孔Ⅱ、圆形凹槽Ⅰ和圆形凹槽Ⅱ；所述螺栓安装孔Ⅱ周向均布在端盖上端的圆周面上，所述圆形凹槽Ⅰ设置在上端面的中间，压电发电组件通过胶粘的方式固定在圆形凹槽Ⅰ上，所述圆形凹槽Ⅱ设置在圆形凹槽Ⅰ的内部。
所述摩擦发电单元包括电极Ⅰ、电极Ⅱ和摩擦材料；所述电极Ⅰ和电极Ⅱ对称粘贴在圆柱壳体内腔的两侧，所述摩擦材料通过粘贴的方式固定在圆柱磁铁Ⅰ的圆柱磁铁Ⅰ外圆柱面上。
所述压电发电组件包括圆柱磁铁Ⅱ和盘型压电片，所述圆柱磁铁Ⅱ通过胶粘的方式固定在盘型压电陶瓷片的中部；所述盘型压电片包括盘型压电陶瓷片和盘型铜基板，所述盘型压电陶瓷片通过胶粘的方式固定在盘型铜基板的中部。
本发明的有益效果是：本发明通过多功能磁铁的诱导作用，利用摩擦起电原理、压电材料的正压电效应和电磁感应原理有效的将汽车产生的机械能转变为电能，极大的提高了该俘能装置的俘能效率及能量的利用率，实现了汽车机械能量的高效俘能，由于不同发电装置的工作频率的不同，从而拓宽了俘能带宽。本发明解决了当前利用汽车机械能进行发电的俘能装置存在的俘能方式单一、能量俘能频带窄等问题，同时本发明结构简单、新颖、可靠性高，发电过程中环保无污染，在汽车和能源收集技术领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置圆柱壳体结构示意图；
图 3所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置端盖结构示意图；
图4所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置摩擦发电单元结构示意图；
图5所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置圆柱磁铁Ⅰ结构示意图；
图6所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置压电发电单元结构示意图；
图7所示为本发明提出的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置盘型压电片结构示意图。
具体实施方式
结合图1~图7说明本实施方式：
本实施方式提供的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置的具体实施方案。所述一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置由圆柱壳体1、端盖2、摩擦发电单元3、圆柱磁铁Ⅰ4、电磁线圈5、压电发电组件6、螺栓7和螺母8组成；所述圆柱壳体1和端盖2利用螺栓7和螺母8通过螺纹连接的方式进行固定，所述摩擦发电单元3通过粘贴的方式固定在圆柱壳体1的圆柱壳体内腔1-2壁上和圆柱磁铁Ⅰ4的圆柱磁铁Ⅰ外圆柱面4-1上，所述圆柱磁铁Ⅰ4放置在圆柱壳体1的圆柱壳体内腔1-2里，所述电磁线圈5缠绕在圆柱壳体1的圆柱壳体外表面（1-3）的中间位置，所述压电发电组件6通过胶粘的方式固定在端盖2内的圆形凹槽Ⅰ2-3上。
所述圆柱壳体1包括螺栓安装孔Ⅰ1-1、圆柱壳体内腔1-2和圆柱壳体外表面1-3；所述螺栓安装孔Ⅰ1-1周向均布在圆柱壳体1两端的圆周面上，其与螺栓安装孔Ⅱ2-1配合，螺栓7穿过螺栓安装孔Ⅰ1-1和螺栓安装孔Ⅱ2-1与螺母8通过螺纹连接，实现圆柱壳体1和端盖2的固定，所述圆柱壳体内腔1-2设置在圆柱壳体1的中部，圆柱磁铁Ⅰ4放置在圆柱壳体内腔1-2里，所述圆柱壳体外表面1-3用于缠绕电磁线圈5。
所述端盖2设有螺栓安装孔Ⅱ2-1、圆形凹槽Ⅰ2-2和圆形凹槽Ⅱ2-3；所述螺栓安装孔Ⅱ2-1周向均布在端盖2上端的圆周面上，其与螺栓安装孔Ⅰ1-1配合，所述圆形凹槽Ⅰ2-2设置在上端面的中间，压电发电组件6通过胶粘的方式固定在圆形凹槽Ⅰ2-2上，实现压电发电组件6，所述圆形凹槽Ⅱ2-3设置在圆形凹槽Ⅰ2-2的内部，用于实现压电发电组件6产生形变。
所述摩擦发电单元3包括电极Ⅰ3-1、电极Ⅱ3-2和摩擦材料3-3；所述电极Ⅰ3-1和电极Ⅱ3-2对称粘贴在圆柱壳体内腔1-2的两侧，所述摩擦材料3-3通过粘贴的方式固定在圆柱磁铁Ⅰ4的圆柱磁铁Ⅰ外圆柱面4-1上，所述电极Ⅰ3-1、电极Ⅱ3-2和摩擦材料3-3配合，实现隔空式摩擦发电。
所述压电发电组件6包括圆柱磁铁Ⅱ6-1和盘型压电片6-2，所述圆柱磁铁Ⅱ6-1通过胶粘的方式固定在盘型压电陶瓷片6-2-1的中部，其与圆柱磁铁Ⅰ4相互作用产生磁铁排斥力，使盘型压电片6-2产生形变；所述盘型压电片6-2包括盘型压电陶瓷片6-2-1和盘型铜基板6-2-2，所述盘型压电陶瓷片6-2-1通过胶粘的方式固定在盘型铜基板6-2-2的中部，在盘型压电片6-2受到磁铁排斥力变形而产生电能。
工作原理：利用车轮旋转或汽车振动产生的机械能作用于发电装置上，当车轮转动或汽车振动时，放置在圆柱壳体内腔1-2内的圆柱磁铁Ⅰ4会随着车轮的转动或汽车振动在圆柱壳体内腔1-2内上下的滑动，使圆柱磁铁Ⅰ4与缠绕在圆柱壳体外表面1-3的电磁线圈5发生电磁感应现象，圆柱磁铁Ⅰ4切割磁感线，使电磁线圈5产生感应电流，实现电磁发电；在圆柱磁铁Ⅰ4运动到圆柱壳体内腔1-2的一端时，圆柱磁铁Ⅰ4与盘型压电片6-2上的圆柱磁铁Ⅱ6-1相互作用产生磁铁排斥力，从而使盘型压电片6-2产生形变，实现压电发电；当圆柱磁铁Ⅰ4位于圆柱壳体内腔1-2的一端时，圆柱磁铁Ⅰ4上摩擦材料3-3与电极Ⅰ3-1接触，由于摩擦电极性的差别，摩擦材料3-3表面带负电，电极Ⅰ3-1表面带等量的正电荷，当摩擦材料3-3随着圆柱磁铁Ⅰ4滑动到电极Ⅱ3-2时，由于静电感应电极Ⅰ3-1上的正电荷将转移到电极Ⅱ3-2，电极Ⅰ3-1和电极Ⅱ3-2用负载连接起来，将会在外接电路中产生电流，从而实现隔空式摩擦发电。
综合以上所述内容，本发明设计的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，基于摩擦-压电-电磁复合俘能方式能够克服单一的俘能方式，提高俘能效率以及俘能频率带宽，将产生的电能通过模块处理后可直接为车载传感器供电或汽车蓄电池充电，实现了汽车运动产生的机械能量的高效收集，在汽车和能源收集技术领域具有广泛的应用前景。
Claims (5)
1.一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，其特征在于所述一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置由圆柱壳体（1）、端盖（2）、摩擦发电单元（3）、圆柱磁铁Ⅰ（4）、电磁线圈（5）、压电发电组件（6）、螺栓（7）和螺母（8）组成；所述圆柱壳体（1）和端盖（2）利用螺栓（7）和螺母（8）通过螺纹连接的方式进行固定，所述摩擦发电单元（3）通过粘贴的方式固定在圆柱壳体（1）的圆柱壳体内腔（1-2）壁上和圆柱磁铁Ⅰ（4）的圆柱磁铁Ⅰ外圆柱面（4-1）上，所述圆柱磁铁Ⅰ（4）放置在圆柱壳体（1）的圆柱壳体内腔（1-2）里，所述电磁线圈（5）缠绕在圆柱壳体（1）的圆柱壳体外表面（1-3）的中间位置，所述压电发电组件（6）通过胶粘的方式固定在端盖（2）内的圆形凹槽Ⅰ（2-3）上。
2.根据权利要求1所述的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，其特征在于所述圆柱壳体（1）包括螺栓安装孔Ⅰ（1-1）、圆柱壳体内腔（1-2）和圆柱壳体外表面（1-3）；所述螺栓安装孔Ⅰ（1-1）周向均布在圆柱壳体（1）两端的圆周面上，所述圆柱壳体内腔（1-2）设置在圆柱壳体（1）的中部。
3.根据权利要求1所述的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，其特征在于所述端盖（2）设有螺栓安装孔Ⅱ（2-1）、圆形凹槽Ⅰ（2-2）和圆形凹槽Ⅱ（2-3）；所述螺栓安装孔Ⅱ（2-1）周向均布在端盖（2）上端的圆周面上，所述圆形凹槽Ⅰ（2-2）设置在上端面的中间，压电发电组件（6）通过胶粘的方式固定在圆形凹槽Ⅰ（2-2）上，所述圆形凹槽Ⅱ（2-3）设置在圆形凹槽Ⅰ（2-2）的内部。
4.根据权利要求1所述的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，其特征在于所述摩擦发电单元（3）包括电极Ⅰ（3-1）、电极Ⅱ（3-2）和摩擦材料（3-3）；所述电极Ⅰ（3-1）和电极Ⅱ（3-2）对称粘贴在圆柱壳体内腔（1-2）的两侧，所述摩擦材料（3-3）通过粘贴的方式固定在圆柱磁铁Ⅰ（4）的圆柱磁铁Ⅰ外圆柱面（4-1）上。
5.根据权利要求1所述的一种多功能磁铁诱导的复合式摩擦-压电-电磁俘能装置，其特征在于所述压电发电组件（6）包括圆柱磁铁Ⅱ（6-1）和盘型压电片（6-2），所述圆柱磁铁Ⅱ（6-1）通过胶粘的方式固定在盘型压电陶瓷片（6-2-1）的中部；所述盘型压电片（6-2）包括盘型压电陶瓷片（6-2-1）和盘型铜基板（6-2-2），所述盘型压电陶瓷片（6-2-1）通过胶粘的方式固定在盘型铜基板（6-2-2）的中部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191213 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |