CN112019094B - 一种热电-压电俘能装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热电‑压电俘能装置及其使用方法，该热电‑压电俘能装置包括热电俘能机构和压电俘能机构，热电俘能机构包括箱体、温差发电片、导热凝胶层、不锈钢板和多个散热片；压电俘能机构包括连接板、门形框架、压电部件和中部磁铁部件，门形框架顶部设置有上磁铁部件，连接板上设置有下磁铁部件，压电部件包括第一压电部件和第二压电部件；该使用方法包括步骤：一、压电部件的组装；二、热电俘能机构的安装；三、压电部件和热电俘能机构的装配；四、上磁铁部件和下磁铁部件的调节；五、电能的采集。本发明通过热电俘能机构和压电俘能机构实现热量和振动能量的采集，能量采集效果好，实用性强，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于发电装置技术领域，具体涉及一种热电-压电俘能装置及其使用方法。
背景技术
随着煤炭开采“机械化换人，自动化减人”的生产理念和国家战略的推动，对煤矿采掘设备的自动化、智能化提出了更高的要求，采掘装备的工况检测、位姿感知和健康监测对传感器的数量需求急剧增加，采用传统的有线监测方式意味着复杂的布线，甚至许多部位会因不宜布线而无法实现监测。无线传感网络技术能够有效克服布线带来的限制，但井下电气与防爆要求严格，传感器供电问题严重制约着煤矿井下无线传感网络的应用。由于煤矿井下环境的特殊性，太阳能发电、风能发电等已经较为成熟的能量转化方法无法适用于煤矿井下，目前，在煤矿井下主要采用热电能量收集装置或压电能量收集装置对无线传感网络节点进行供电，现有的热电能量收集装置或压电能量收集装置主要存在以下问题：第一，只能进行热电能量收集或者只能进行压电能量收集，无法同时对热电和压电能量进行收集；第二，现有的压电能量收集装置仅能实现单一方向的振动能量收集，而实际的振动方向是多方向振动的，能量采集效率较低；第三，现有的压电能量收集装置只能工作在较窄的频率范围之内，而压电能量收集装置所在的环境中的振源频率可能在某一范围内随时波动，或者有多个振动频率，如果压电能量收集装置的振动频率与环境振源的频率不能较好地匹配，则压电能量收集装置采集的能量会大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种热电-压电俘能装置，其设计新颖合理，通过热电俘能机构和压电俘能机构实现热量和振动能量的采集，能量采集效果好，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种热电-压电俘能装置，其特征在于：包括热电俘能机构和设置在所述热电俘能机构上的压电俘能机构，以及用于采集所述热电俘能机构和所述压电俘能机构的电能的采集模块；所述热电俘能机构包括箱体、由下至上布设在箱体内的温差发电片、导热凝胶层、不锈钢板和散热片，所述散热片的数量为多个，多个所述散热片的结构均相同，且多个所述散热片均与不锈钢板呈垂直布设；所述压电俘能机构包括设置在箱体上的连接板、设置在连接板上的门形框架、设置在所述门形框架上的压电部件和设置在所述压电部件上的中部磁铁部件；所述门形框架顶部设置有上磁铁部件，所述上磁铁部件靠近或者远离所述中部磁铁部件移动，所述连接板上设置有下磁铁部件，所述下磁铁部件靠近或者远离所述中部磁铁部件移动；所述压电部件包括设置在所述门形框架内的第一压电部件和第二压电部件，所述第一压电部件和第二压电部件对称布设在所述中部磁铁部件两侧，所述第一压电部件和第二压电部件均包括拱形安装体和多层设置在所述拱形安装体上的压电层；所述中部磁铁部件包括质量块、设置在质量块顶部的中部上磁铁和设置在质量块底部的中部下磁铁；所述温差发电片的输出端和所述压电层的输出端均与采集模块连接。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述第一压电部件包括第一拱形安装体和多层设置在所述第一拱形安装体上的第一压电层，所述第一拱形安装体包括依次连接的第一矩形板、第一拱形段和第一L形板，多层所述第一压电层由下至上布设在第一拱形段上；所述第二压电部件包括第二拱形安装体和多层设置在所述第二拱形安装体上的第二压电层，所述第二拱形安装体包括依次连接的第二矩形板、第二拱形段和第二L形板，多层所述第二压电层由下至上布设在第二拱形段上。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述上磁铁部件包括上安装块、设置在上安装块上的上调节螺杆和与上调节螺杆的伸出端连接的上磁铁，所述上调节螺杆与上安装块螺纹连接，所述上磁铁与中部上磁铁的极性相反；所述下磁铁部件包括下安装块、设置在下安装块上的下调节螺杆和与下调节螺杆的伸出端连接的下磁铁，所述下调节螺杆与下安装块螺纹连接，所述下磁铁与中部下磁铁的极性相反；所述上安装块、质量块和下安装块的中心线位于同一竖线上。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述采集模块包括与温差发电片的输出端连接的DC-DC变换电路、与多层第一压电层的输出端连接的第一AC-DC变换电路、与多层第二压电层的输出端连接的第二AC-DC变换电路，所述DC-DC变换电路、第一AC-DC变换电路和第二AC-DC变换电路的输出端均与能量存储电路连接。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述箱体四周的侧板上均开设有散热孔，所述不锈钢板上还设置有导线管。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述箱体内还设置有用于固定温差发电片的回字形固定垫圈，所述温差发电片的上表面和回字形固定垫圈的上表面均与导热凝胶层相贴合。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述门形框架包括对称设置在连接板上的左侧板和右侧板，以及连接于左侧板和右侧板顶部的水平板；所述左侧板的中部设置有供所述第一压电部件安装的左安装板，所述右侧板的中部设置有供所述第二压电部件安装的右安装板，所述左安装板和右安装板对称布设。
上述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述箱体的底部沿箱体的高度方向对称设置有左安装耳板和右安装耳板；所述箱体的顶部沿箱体的高度方向对称设置有左下连接耳板和右下连接耳板；所述连接板沿宽度方向的一端设置有与左下连接耳板配合的左上连接耳板，所述连接板沿宽度方向的另一端设置有与右下连接耳板配合的右上连接耳板。
同时，本发明还提供了一种方法步骤简单、设计合理的热电-压电俘能装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、压电部件的组装：
步骤101、选择聚偏氟乙烯为压电层；其中，压电层的厚度为0.11mm～0.15mm；
步骤102、将n层压电层依次叠层在第一拱形安装体上，形成第一压电部件；其中，n为正整数，n的取值为2～4；每层压电层的上表面焊接导线引出压电层的正极输出端，,每层压电层的下表面焊接导线引出压电层的负极输出端，通过聚酰亚胺绝缘材料封装每层压电层，n层压电层的相邻两层之间通过有机硅密封胶黏结；
步骤103、重复步骤101至步骤102，将n层压电层依次叠层在第二拱形安装体上得到第二压电部件；
步骤二、热电俘能机构的安装：
步骤201、在箱体内安装回字形固定垫圈，并在回字形固定垫圈内安装温差发电片；
步骤202、在回字形固定垫圈和温差发电片的上表面涂覆导热凝胶，形成导热凝胶层；其中，导热凝胶层的厚度为1.5mm～2.5mm，温差发电片上的导线穿过导热凝胶层；
步骤203、在导热凝胶层上安装不锈钢板，并在不锈钢板上安装多个散热片，得到热电俘能机构；其中，不锈钢板上安装导线管，温差发电片上的导线穿出导线管；
步骤三、压电部件和热电俘能机构的装配：
步骤301、在箱体顶部安装连接板，在连接板上安装门形框架；其中，散热片的顶部和箱体的顶部相齐平；
步骤302、在第一压电部件和第二压电部件之间安装中部磁铁部件，并将第一压电部件和第二压电部件安装在门形框架内；其中，门形框架的顶部设置有上磁铁部件，连接板上设置有下磁铁部件，上磁铁部件和下磁铁部件位于中部磁铁部件的上下两侧；
步骤四、上磁铁部件和下磁铁部件的调节：
步骤401、以左侧板在连接板上投影的中心点为原点O，过原点O且沿连接板的长度方向为X轴，过原点O且沿左侧板的高度方向为Y轴；
步骤402、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为38Hz～40Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为8Hz～10Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为36Hz～38Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为10Hz～12Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为34Hz～36Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为12Hz～14Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为32Hz～34Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为14Hz～16Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为30Hz～32Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为16Hz～18Hz；
步骤403、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为44Hz～46Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为12Hz～14Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为42Hz～44Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为14Hz～16Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为40Hz～42Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为16Hz～18Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为38Hz～40Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为18Hz～20Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为36Hz～38Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为20Hz～22Hz；
步骤404、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为52Hz～54Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为18Hz～20Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为50Hz～52Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为20Hz～22Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为48Hz～50Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为22Hz～24Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为46Hz～48Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为24Hz～26Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为44Hz～46Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁和中部上磁铁之间的距离以及下磁铁和中部下磁铁之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为26Hz～28Hz；
步骤五、电能的采集：
步骤501、温差发电片吸收采掘设备散发的热量并转化为0.8V～1.1V的直流电，0.8V～1.1V的直流电通过DC-DC变换电路转换为3.0V～3.5V的直流电；
步骤502、第一压电部件和第二压电部件随采掘设备振动，第一压电层输出8V～20V的交流电，8V～20V的交流电通过第一AC-DC变换电路输出3.0V～3.5V的直流电；同时，第二压电层输出8V～20V的交流电，8V～20V的交流电通过第二AC-DC变换电路输出3.0V～3.5V的直流电；
步骤503、DC-DC变换电路输出的3.0V～3.5V的直流电、第一AC-DC变换电路输出的3.0V～3.5V的直流电和第二AC-DC变换电路输出的3.0V～3.5V的直流电均通过能量存储电路进行存储。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明结构简单、设计合理，通过设置热电俘能机构将煤矿采掘设备工作时散发的热能转化为电能，通过设置压电俘能机构将煤矿采掘设备工作时振动产生的机械能转化为电能，实用性强，便于推广使用。
2、本发明通过设置温差发电片吸收煤矿采掘设备散发的热量，且在温差发电片的上方设置散热片，散热片散发温差发电片的上表面的温度形成冷端，温差发电片的下表面持续吸收煤矿采掘设备散发的热量形成热端并在温差发电片内产生电势差，温差发电片将吸收的热能转化为电能，能量采集效率高。
3、本发明设置有第一压电部件和第二压电部件，当压电俘能机构仅沿X轴方向振动时，第一压电部件的第一拱形段和第二压电部件的第二拱形段受到压缩和拉伸发生变形；当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动时，第一压电部件的第一拱形段和第二压电部件的第二拱形段发生弯曲变形，第一拱形段和第二拱形段变形使第一压电元件和第二压电元件发生相应的变形，第一压电元件和第二压电元件由于正电效应产生电能，使压电俘能机构实现X轴方向和Y轴方向振动能量的采集，能量采集效率高。
4、本发明设置有上磁铁部件、中部磁铁部件和下磁铁部件，通过调节上磁铁与中部上磁铁之间的距离以及下磁铁与中部下磁铁之间的距离，改变压电俘能机构的固有频率，使压电俘能机构与煤矿采掘设备共振，提高压电俘能机构的适用范围，进而提高多层第一压电层和多层第二压电层的能量采集效率。
综上所述，本发明设计新颖合理，通过热电俘能机构和压电俘能机构实现热量和振动能量的采集，能量采集效果好，实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明回字形固定垫圈、导热凝胶层、不锈钢板和散热片的连接结构示意图。
图3为本发明压电部件和中部磁铁部件的连接结构示意图。
图4为本发明箱体、左安装耳板、右安装耳板、左下连接耳板和右下连接耳板的连接结构示意图。
图5为本发明回字形固定垫圈和温差发电片的连接结构示意图。
图6为本发明采集模块的电路原理框图。
图7为本发明热电-压电俘能装置使用方法的流程框图
附图标记说明:
1—箱体； 2—不锈钢板； 3—第一压电元件；
4—第二压电元件； 5—回字形固定垫圈； 6—温差发电片；
7—导热凝胶层； 8—散热片； 9—连接板；
10—质量块； 11—上磁铁； 12—下磁铁；
13—第一矩形板； 14—第一拱形段； 15—第一L形板；
16—第二矩形板； 17—第二拱形段； 18—第二L形板；
19—左侧板； 20—右侧板； 21—水平板；
22—左安装板； 23—右安装板； 24—上安装块；
25—下安装块； 26—散热孔； 27—上调节螺杆；
28—下调节螺杆； 29—左安装耳板； 30—右安装耳板；
31—左下连接耳板； 32—右下连接耳板； 33—左上连接耳板；
34—右下连接耳板； 35—DC-DC变换电路；
36—第一AC-DC变换电路；37—第二AC-DC变换电路；
38—能量存储电路； 39—后盖板； 40—导线管；
41—中部上磁铁； 42—中部下磁铁； 43—盖板锁紧螺丝。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明所述的一种热电-压电俘能装置，包括包括热电俘能机构和设置在所述热电俘能机构上的压电俘能机构，以及用于采集所述热电俘能机构和所述压电俘能机构的电能的采集模块；
所述热电俘能机构包括箱体1、由下至上布设在箱体1内的温差发电片6、导热凝胶层7、不锈钢板2和散热片8，所述散热片8的数量为多个，多个所述散热片8的结构均相同，且多个所述散热片8均与不锈钢板2呈垂直布设；
所述压电俘能机构包括设置在箱体1上的连接板9、设置在连接板9上的门形框架、设置在所述门形框架上的压电部件和设置在所述压电部件上的中部磁铁部件；
所述门形框架顶部设置有上磁铁部件，所述上磁铁部件靠近或者远离所述中部磁铁部件移动，所述连接板9上设置有下磁铁部件，所述下磁铁部件靠近或者远离所述中部磁铁部件移动；
所述压电部件包括设置在所述门形框架内的第一压电部件和第二压电部件，所述第一压电部件和第二压电部件对称布设在所述中部磁铁部件两侧，所述第一压电部件和第二压电部件均包括拱形安装体和多层设置在所述拱形安装体上的压电层；
所述中部磁铁部件包括质量块10、设置在质量块10顶部的中部上磁铁41和设置在质量块10底部的中部下磁铁42；
所述温差发电片6的输出端和所述压电层的输出端均与采集模块连接。
本实施例中，设置热电俘能机构的目的是：当煤矿采掘设备工作时，煤矿采掘设备表面的温度可达到80℃左右，将箱体1安装在采掘设备表面，煤矿采掘设备表面散发的热量通过箱体1的底板传递至温差发电片6，温差发电片6上方的散热片8散发温差发电片6的上表面吸收的热量形成冷端，温差发电片6的下表面持续吸收热量形成热端，温差发电片6内产生电势差，温差发电片6将吸收的热能转化为电能。
本实施例中，导热凝胶层7具有可塑性，不流动，导热系数高、热阻低的优点，且导热凝胶层7能够贴合在固定垫圈5和温差发电片6的表面，贴合性好。
本实施例中，需要说明的是，导热凝胶层7敷设在固定垫圈5和温差发电片6的上表面；敷设导热凝胶层7的目的是：第一，增强温差发电片6的上表面的热传导性能；第二，在煤矿采掘设备振动时，通过导热凝胶层7对不锈钢板2和散热片8的振动起缓冲作用。
本实施例中，多个散热片8的结构均相同，多个散热片8均为铜散热片，设置多个散热片8的目的是：降低温差发电片6上表面的温度，增大温差发电片6的下表面与上表面之间的温度差，进而提高温差发电片6的热电转化效率。
本实施例中，设置上磁铁部件、中部磁铁部件和下磁铁部件的目的是：通过调节上磁铁11与中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12与中部下磁铁42之间的距离，改变压电俘能机构的振动频率，使压电俘能机构与煤矿采掘设备共振，提高压电俘能机构的适用范围，进而提高多层第一压电层3和多层第二压电层4的能量采集效率。
本实施例中，设置第一压电部件和第二压电部件的目的是：当压电俘能机构仅沿X轴方向振动时，在质量块10的惯性作用下，第一拱形段14和第二拱形段17受到压缩和拉伸发生变形，堆叠在第一拱形段14上的多层第一压电层3和堆叠在第二拱形段17上的多层第二压电层4发生相应的变形，多层第一压电层3和多层第二压电层4由于正电效应产生电能；当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动时，在质量块10的惯性作用下，第一压电部件的第一拱形段14和第二压电部件的第二拱形段17发生弯曲变形，第一拱形段14和第二拱形段17的曲率半径发生变化，堆叠在第一拱形段14上的多层第一压电层3和堆叠在第二拱形段17上的多层第二压电层4发生相应的变形，多层第一压电层3和多层第二压电层4由于正电效应产生电能，使压电俘能机构能够实现X轴方向和Y轴方向振动能量的采集，且能量采集效率高。
本实施例中，设置多层第一压电层3和多层第二压电层4的目的是：使多层第一压电层3和多层第二压电层4共同作用，将煤矿采掘设备振动所产生的机械能转化为电能，提高压电俘能机构的压电转换效率。
如图3所示，本实施例中，所述第一压电部件包括第一拱形安装体和多层设置在所述第一拱形安装体上的第一压电层3，所述第一拱形安装体包括依次连接的第一矩形板13、第一拱形段14和第一L形板15，多层所述第一压电层3由下至上布设在第一拱形段14上；
所述第二压电部件包括第二拱形安装体和多层设置在所述第二拱形安装体上的第二压电层4，所述第二拱形安装体包括依次连接的第二矩形板16、第二拱形段17和第二L形板18，多层所述第二压电层4由下至上布设在第二拱形段17上。
本实施例中，多层第一压电层3和多层第二压电层4均为聚偏氟乙烯压电层。
如图1所示，本实施例中，所述上磁铁部件包括上安装块24、设置在上安装块24上的上调节螺杆27和与上调节螺杆27的伸出端连接的上磁铁11，所述上调节螺杆27与上安装块24螺纹连接，所述上磁铁11与中部上磁铁41的极性相反；
所述下磁铁部件包括下安装块25、设置在下安装块25上的下调节螺杆28和与下调节螺杆28的伸出端连接的下磁铁12，所述下调节螺杆28与下安装块25螺纹连接，所述下磁铁12与中部下磁铁42的极性相反；
所述上安装块24、质量块10和下安装块25的中心线位于同一竖线上。
本实施例中，实际使用时，上安装块24上开设有供上调节螺杆27安装的上螺纹孔，所述上螺纹孔与上调节螺杆27螺纹连接，下安装块25上开设有供下调节螺杆28安装的下螺纹孔，所述下螺纹孔与下调节螺杆28螺纹连接。
如图6所示，本实施例中，所述采集模块包括与温差发电片6的输出端连接的DC-DC变换电路35、与多层第一压电层3的输出端连接的第一AC-DC变换电路36、与多层第二压电层4的输出端连接的第二AC-DC变换电路37，所述DC-DC变换电路35、第一AC-DC变换电路36和第二AC-DC变换电路37的输出端均与能量存储电路38连接。
本实施例中，能量存储电路38包括两个LTC4071并联电池充电器和2个锂电池，通过LTC4071并联电池充电器对锂电池进行断续或连续充电充电。
本实施例中，DC-DC变换电路35包括BQ25504RGTT升压转换器，设置DC-DC变换电路35的目的是：对温差发电片6输出的直流电压进行采集和升压转换，输出的直流电再通过能量存储电路38存储至锂电池内。
本实施例中，第一AC-DC变换电路36和第二AC-DC变换电路37均包括LTC3588-1压电能量收集模块。
本实施例中，实际连接时，将多层第一压电层3的正极输出端并接之后与第一AC-DC变换电路36中LTC3588-1压电能量收集模块的PZ1引脚连接，将多层第一压电层3的负极输出端并接之后与第一AC-DC变换电路36中LTC3588-1压电能量收集模块的PZ2引脚连接；将多层第二压电层4的正极输出端并接之后与第二AC-DC变换电路37中LTC3588-1压电能量收集模块的PZ1引脚连接，将多层第二压电层4的负极输出端并接之后与第二AC-DC变换电路37中LTC3588-1压电能量收集模块的PZ2引脚连接。
本实施例中，设置第一AC-DC变换电路36和第二AC-DC变换电路37的目的是：通过第一AC-DC变换电路36将多层第一压电层3输出的交流电能转换成便于调节的直流电能，通过第二AC-DC变换电路37将多层第二压电层4输出的交流电能转换成便于调节的直流电能，第一AC-DC变换电路36和第二AC-DC变换电路37输出的直流电再通过能量存储电路38存储至锂电池内。
如图2和图4所示，本实施例中，所述箱体1四周的侧板上均开设有散热孔26，所述不锈钢板2上还设置有导线管40。
本实施例中，在箱体1四周的侧板上开设散热孔26的目的是：使煤矿井下的自然风透过散热孔26形成对流,散发散热片8上的热量，提高散热片8的散热效果。
本实施例中，连接板9上开设有与导线管40配合的穿线孔，便于将温差发电片6上的导线穿出热电俘能机构。
如图5所示，所述箱体1内还设置有用于固定温差发电片6的回字形固定垫圈5，所述温差发电片6的上表面和回字形固定垫圈5的上表面均与导热凝胶层7相贴合。
本实施例中，实际安装时，温差发电片6卡接在固定垫圈5内，温差发电片6的下表面与箱体1的底板贴合，便于煤矿采掘设备散发的热量传递至温差发电片6；设置回字形固定垫圈5的目的是：通过回字形固定垫圈5将温差发电片6的边缘固定，避免煤矿采掘设备的振动导致温差发电片6的损坏。
本实施例中，所述门形框架包括对称设置在连接板9上的左侧板19和右侧板20，以及连接于左侧板19和右侧板20顶部的水平板21；
所述左侧板19的中部设置有供所述第一压电部件安装的左安装板22，所述右侧板20的中部设置有供所述第二压电部件安装的右安装板23，所述左安装板22和右安装板23对称布设。
本实施例中，所述门形框架上设置有前盖板和后盖板39，后盖板39与左侧板19、右侧板20和水平板21一体成型，前盖板通过盖板锁紧螺丝43安装在左侧板19和右侧板20上，左侧板19、右侧板20、水平板21、前盖板39和后盖板39之间形成密闭腔体。
本实施例中，左安装板22与第一矩形板13通过螺丝连接使第一压电部件的一端固定，第一压电部件另一端的第一L形板15与质量块10通过螺丝连接；右安装板23与第二矩形板16通过螺丝连接使第二压电部件的一端固定，第二压电部件另一端的第二L形板18与质量块10通过螺丝连接。
如图1所示，本实施例中，所述箱体1的底部沿箱体1的高度方向对称设置有左安装耳板29和右安装耳板30；
所述箱体1的顶部沿箱体1的高度方向对称设置有左下连接耳板31和右下连接耳板32；
所述连接板9沿宽度方向的一端设置有与左下连接耳板31配合的左上连接耳板33，所述连接板9沿宽度方向的另一端设置有与右下连接耳板32配合的右上连接耳板34。
本实施例中，左安装耳板29和右安装耳板30内均开设有螺纹孔，设置左安装耳板29和右安装耳板30的目的是：便于工作人员将该热电-压电俘能装置安装在煤矿采掘设备或其他设备上。
本实施例中，实际使用时，左锁紧螺栓依次穿过左下连接耳板31和与左下连接耳板31对应的左上连接耳板33与左锁紧螺母配合，右锁紧螺栓依次穿过右下连接耳板32和与右下连接耳板32对应的右上连接耳板34与右锁紧螺母配合，使热电俘能机构和压电俘能机构连接为一体。
如图7所示的一种热电-压电俘能装置的使用方法，结合图1、图2、图5和图6，该截割方法包括以下步骤：
步骤一、压电部件的组装：
步骤101、选择聚偏氟乙烯为压电层；其中，压电层的厚度为0.11mm～0.15mm；
步骤102、将n层压电层依次叠层在第一拱形安装体上，形成第一压电部件；其中，n为正整数，n的取值为2～4；每层压电层的上表面焊接导线引出压电层的正极输出端，,每层压电层的下表面焊接导线引出压电层的负极输出端，通过聚酰亚胺绝缘材料封装每层压电层，n层压电层的相邻两层之间通过有机硅密封胶黏结；
步骤103、重复步骤101至步骤102，将n层压电层依次叠层在第二拱形安装体上得到第二压电部件；
步骤二、热电俘能机构的安装：
步骤201、在箱体1内安装回字形固定垫圈5，并在回字形固定垫圈5内安装温差发电片6；
步骤202、在回字形固定垫圈5和温差发电片6的上表面涂覆导热凝胶，形成导热凝胶层7；其中，导热凝胶层7的厚度为1.5mm～2.5mm，温差发电片6上的导线穿过导热凝胶层7；
步骤203、在导热凝胶层7上安装不锈钢板2，并在不锈钢板2上安装多个散热片8，得到热电俘能机构；其中，不锈钢板2上安装导线管40，温差发电片6上的导线穿出导线管40；
步骤三、压电部件和热电俘能机构的装配：
步骤301、在箱体1顶部安装连接板9，在连接板9上安装门形框架；其中，散热片8的顶部和箱体1的顶部相齐平；
步骤302、在第一压电部件和第二压电部件之间安装中部磁铁部件，并将第一压电部件和第二压电部件安装在门形框架内；其中，门形框架的顶部设置有上磁铁部件，连接板9上设置有下磁铁部件，上磁铁部件和下磁铁部件位于中部磁铁部件的上下两侧；
步骤四、上磁铁部件和下磁铁部件的调节：
步骤401、以左侧板19在连接板9上投影的中心点为原点O，过原点O且沿连接板9的长度方向为X轴，过原点O且沿左侧板19的高度方向为Y轴；
步骤402、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为38Hz～40Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为8Hz～10Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为36Hz～38Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为10Hz～12Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为34Hz～36Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为12Hz～14Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为32Hz～34Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为14Hz～16Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为30Hz～32Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为16Hz～18Hz；
步骤403、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为44Hz～46Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为12Hz～14Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为42Hz～44Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为14Hz～16Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为40Hz～42Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为16Hz～18Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为38Hz～40Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为18Hz～20Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为36Hz～38Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为20Hz～22Hz；
步骤404、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为52Hz～54Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为18Hz～20Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为50Hz～52Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为20Hz～22Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为48Hz～50Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为22Hz～24Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为46Hz～48Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为24Hz～26Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为44Hz～46Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为26Hz～28Hz；
步骤五、电能的采集：
步骤501、温差发电片6吸收采掘设备散发的热量并转化为0.8V～1.1V的直流电，0.8V～1.1V的直流电通过DC-DC变换电路35转换为3.0V～3.5V的直流电；
步骤502、第一压电部件和第二压电部件随采掘设备振动，第一压电层3输出8V～20V的交流电，8V～20V的交流电通过第一AC-DC变换电路36输出3.0V～3.5V的直流电；同时，第二压电层4输出8V～20V的交流电，8V～20V的交流电通过第二AC-DC变换电路37输出3.0V～3.5V的直流电；
步骤503、DC-DC变换电路35输出的3.0V～3.5V的直流电、第一AC-DC变换电路36输出的3.0V～3.5V的直流电和第二AC-DC变换电路37输出的3.0V～3.5V的直流电均通过能量存储电路38进行存储。
本实施例中，需要说明的是，在上磁铁部件和下磁铁部件的调节过程中，上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离等于下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离。
本实施例中，当上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均小于10mm时，中部上磁铁41和中部下磁铁42会影响压电部件的振动；当上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离均大于20mm时，上磁铁11和中部上磁铁41之间以及下磁铁12和中部下磁铁42之间不存在磁力，因此，上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离的调节范围均为10mm-20mm。
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2，压电俘能机构的固有频率为30Hz；当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2，压电俘能机构的固有频率为18Hz；当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3，压电俘能机构的固有频率为36Hz；当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3，压电俘能机构的固有频率为22Hz；当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4，压电俘能机构的固有频率为44Hz；当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4，压电俘能机构的固有频率为28Hz，根据煤矿采掘设备的振动频率通过调节上磁铁11和中部上磁铁41之间的距离以及下磁铁12和中部下磁铁42之间的距离，使压电俘能机构与煤矿采掘设备共振，提高多层第一压电层3和多层第二压电层4能量采集效率。
本实施例中，在压电俘能机构的振动频率范围内多层第一压电层3和多层第二压电层4的能量采集效率最高。
本实施例中，需要说明的是，该热电-压电俘能装置适用于煤矿井下，也适用于其他存在热量源和振动源的领域。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种热电-压电俘能装置，其特征在于：包括热电俘能机构和设置在所述热电俘能机构上的压电俘能机构，以及用于采集所述热电俘能机构和所述压电俘能机构的电能的采集模块；
所述热电俘能机构包括箱体(1)、由下至上布设在箱体(1)内的温差发电片(6)、导热凝胶层(7)、不锈钢板(2)和散热片(8)，所述散热片(8)的数量为多个，多个所述散热片(8)的结构均相同，且多个所述散热片(8)均与不锈钢板(2)呈垂直布设；
所述压电俘能机构包括设置在箱体(1)上的连接板(9)、设置在连接板(9)上的门形框架、设置在所述门形框架上的压电部件和设置在所述压电部件上的中部磁铁部件；
所述门形框架顶部设置有上磁铁部件，所述上磁铁部件靠近或者远离所述中部磁铁部件移动，所述连接板(9)上设置有下磁铁部件，所述下磁铁部件靠近或者远离所述中部磁铁部件移动；
所述压电部件包括设置在所述门形框架内的第一压电部件和第二压电部件，所述第一压电部件和第二压电部件对称布设在所述中部磁铁部件两侧，所述第一压电部件和第二压电部件均包括拱形安装体和多层设置在所述拱形安装体上的压电层；
所述中部磁铁部件包括质量块(10)、设置在质量块(10)顶部的中部上磁铁(41)和设置在质量块(10)底部的中部下磁铁(42)；
所述温差发电片(6)的输出端和所述压电层的输出端均与采集模块连接；
所述第一压电部件包括第一拱形安装体和多层设置在所述第一拱形安装体上的第一压电层(3)，所述第一拱形安装体包括依次连接的第一矩形板(13)、第一拱形段(14)和第一L形板(15)，多层所述第一压电层(3)由下至上布设在第一拱形段(14)上；
所述第二压电部件包括第二拱形安装体和多层设置在所述第二拱形安装体上的第二压电层(4)，所述第二拱形安装体包括依次连接的第二矩形板(16)、第二拱形段(17)和第二L形板(18)，多层所述第二压电层(4)由下至上布设在第二拱形段(17)上；
所述门形框架包括对称设置在连接板(9)上的左侧板(19)和右侧板(20)，以及连接于左侧板(19)和右侧板(20)顶部的水平板(21)；所述左侧板(19)的中部设置有供所述第一压电部件安装的左安装板(22)，所述右侧板(20)的中部设置有供所述第二压电部件安装的右安装板(23)，所述左安装板(22)和右安装板(23)对称布设；
所述门形框架上设置有前盖板和后盖板(39)，后盖板(39)与左侧板(19)、右侧板(20)和水平板(21)一体成型，前盖板通过盖板锁紧螺丝(43)安装在左侧板(19)和右侧板(20)上，左侧板(19)、右侧板(20)、水平板(21)、前盖板(39)和后盖板(39)之间形成密闭腔体；
左安装板(22)与第一矩形板(13)通过螺丝连接使第一压电部件的一端固定，第一压电部件另一端的第一L形板(15)与质量块(10)通过螺丝连接；右安装板(23)与第二矩形板(16)通过螺丝连接使第二压电部件的一端固定，第二压电部件另一端的第二L形板(18)与质量块(10)通过螺丝连接。
2.根据权利要求1所述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述上磁铁部件包括上安装块(24)、设置在上安装块(24)上的上调节螺杆(27)和与上调节螺杆(27)的伸出端连接的上磁铁(11)，所述上调节螺杆(27)与上安装块(24)螺纹连接，所述上磁铁(11)与中部上磁铁(41)的极性相反；
所述下磁铁部件包括下安装块(25)、设置在下安装块(25)上的下调节螺杆(28)和与下调节螺杆(28)的伸出端连接的下磁铁(12)，所述下调节螺杆(28)与下安装块(25)螺纹连接，所述下磁铁(12)与中部下磁铁(42)的极性相反；
所述上安装块(24)、质量块(10)和下安装块(25)的中心线位于同一竖线上。
3.根据权利要求1所述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述采集模块包括与温差发电片(6)的输出端连接的DC-DC变换电路(35)、与多层第一压电层(3)的输出端连接的第一AC-DC变换电路(36)、与多层第二压电层(4)的输出端连接的第二AC-DC变换电路(37)，所述DC-DC变换电路(35)、第一AC-DC变换电路(36)和第二AC-DC变换电路(37)的输出端均与能量存储电路(38)连接。
4.根据权利要求1所述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述箱体(1)四周的侧板上均开设有散热孔(26)，所述不锈钢板(2)上还设置有导线管(40)。
5.根据权利要求1所述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述箱体(1)内还设置有用于固定温差发电片(6)的回字形固定垫圈(5)，所述温差发电片(6)的上表面和回字形固定垫圈(5)的上表面均与导热凝胶层(7)相贴合。
6.根据权利要求1所述的一种热电-压电俘能装置，其特征在于：所述箱体(1)的底部沿箱体(1)的高度方向对称设置有左安装耳板(29)和右安装耳板(30)；
所述箱体(1)的顶部沿箱体(1)的高度方向对称设置有左下连接耳板(31)和右下连接耳板(32)；
所述连接板(9)沿宽度方向的一端设置有与左下连接耳板(31)配合的左上连接耳板(33)，所述连接板(9)沿宽度方向的另一端设置有与右下连接耳板(32)配合的右上连接耳板(34)。
7.一种热电-压电俘能装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、压电部件的组装：
步骤101、选择聚偏氟乙烯为压电层；其中，压电层的厚度为0.11mm～0.15mm；
步骤102、将n层压电层依次叠层在第一拱形安装体上，形成第一压电部件；其中，n为正整数，n的取值为2～4；每层压电层的上表面焊接导线引出压电层的正极输出端，每层压电层的下表面焊接导线引出压电层的负极输出端，通过聚酰亚胺绝缘材料封装每层压电层，n层压电层的相邻两层之间通过有机硅密封胶黏结；
步骤103、重复步骤101至步骤102，将n层压电层依次叠层在第二拱形安装体上得到第二压电部件；
步骤二、热电俘能机构的安装：
步骤201、在箱体(1)内安装回字形固定垫圈(5)，并在回字形固定垫圈(5)内安装温差发电片(6)；
步骤202、在回字形固定垫圈(5)和温差发电片(6)的上表面涂覆导热凝胶，形成导热凝胶层(7)；其中，导热凝胶层(7)的厚度为1.5mm～2.5mm，温差发电片(6)上的导线穿过导热凝胶层(7)；
步骤203、在导热凝胶层(7)上安装不锈钢板(2)，并在不锈钢板(2)上安装多个散热片(8)，得到热电俘能机构；其中，不锈钢板(2)上安装导线管(40)，温差发电片(6)上的导线穿出导线管(40)；
步骤三、压电部件和热电俘能机构的装配：
步骤301、在箱体(1)顶部安装连接板(9)，在连接板(9)上安装门形框架；其中，散热片(8)的顶部和箱体(1)的顶部相齐平；
步骤302、在第一压电部件和第二压电部件之间安装中部磁铁部件，并将第一压电部件和第二压电部件安装在门形框架内；其中，门形框架的顶部设置有上磁铁部件，连接板(9)上设置有下磁铁部件，上磁铁部件和下磁铁部件位于中部磁铁部件的上下两侧；
步骤四、上磁铁部件和下磁铁部件的调节：
步骤401、以左侧板(19)在连接板(9)上投影的中心点为原点O，过原点O且沿连接板(9)的长度方向为X轴，过原点O且沿左侧板(19)的高度方向为Y轴；
步骤402、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为38Hz～40Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为8Hz～10Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为36Hz～38Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为10Hz～12Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为34Hz～36Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为12Hz～14Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为32Hz～34Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为14Hz～16Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为30Hz～32Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为2时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为16Hz～18Hz；
步骤403、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为44Hz～46Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为12Hz～14Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为42Hz～44Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为14Hz～16Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为40Hz～42Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为16Hz～18Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为38Hz～40Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为18Hz～20Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为36Hz～38Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为3时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为20Hz～22Hz；
步骤404、当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为52Hz～54Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为10mm，则压电俘能机构的振动频率范围为18Hz～20Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为50Hz～52Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为12mm，则压电俘能机构的振动频率范围为20Hz～22Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为48Hz～50Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为14mm，则压电俘能机构的振动频率范围为22Hz～24Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为46Hz～48Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为16mm，则压电俘能机构的振动频率范围为24Hz～26Hz；
当压电俘能机构仅沿X轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为44Hz～46Hz；
当压电俘能机构仅沿Y轴方向振动且压电俘能机构的压电层的层数n为4时，调节上磁铁(11)和中部上磁铁(41)之间的距离以及下磁铁(12)和中部下磁铁(42)之间的距离均为20mm，则压电俘能机构的振动频率范围为26Hz～28Hz；
步骤五、电能的采集：
步骤501、温差发电片(6)吸收采掘设备散发的热量并转化为0.8V～1.1V的直流电，0.8V～1.1V的直流电通过DC-DC变换电路(35)转换为3.0V～3.5V的直流电；
步骤502、第一压电部件和第二压电部件随采掘设备振动，第一压电层(3)输出8V～20V的交流电，8V～20V的交流电通过第一AC-DC变换电路(36)输出3.0V～3.5V的直流电；同时，第二压电层(4)输出8V～20V的交流电，8V～20V的交流电通过第二AC-DC变换电路(37)输出3.0V～3.5V的直流电；
步骤503、DC-DC变换电路(35)输出的3.0V～3.5V的直流电、第一AC-DC变换电路(36)输出的3.0V～3.5V的直流电和第二AC-DC变换电路(37)输出的3.0V～3.5V的直流电均通过能量存储电路(38)进行存储。
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