CN112234863A - 一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种旋转激励作用的压电‑电磁复合式发电装置，包括基座、电磁线圈、压电致动器、激励永磁体、转盘、转轴、挡板、矩形安装槽、圆形安装槽；基座左右两侧连接挡板，电磁线圈与基座上侧连接，压电致动器与基座的矩形安装槽连接，激励永磁体与转盘连接，转盘与转轴连接；工作过程如下：转轴提供给转盘一个角速度，根据正压电效应，压电片弯曲变形，产生一定电量，从而实现了压电发电，此过程为压电发电。尖端永磁体上下振动，从而产生感应电流，此过程为电磁发电。针对传统线性压电俘能结构存在的俘能带宽窄和俘能效率低的问题，本发明提供一种非线性磁机耦合的复合式俘能器，该结构不仅具有较大的工作带宽，同时还具有高的俘能效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，属于新能源和发电技术领域。
背景技术
近些年，随着微电子和微加工技术的发展，大规模无线传感器网络、可移动电子设备、微机电系统(MEMS)等得到快速发展，被广泛应用于环境监测、军事国防、生物医疗、远程控制、抢险救灾以及工农业等诸多领域。现在，普遍的微电子产品使用传统的化学电池进行供电。然而由于化学电池体积大、重量重、使用寿命短、以及废旧电池带来的环境污染等问题极大的影响了微电子产品的广泛使用。
能量收集是将微电子器件工作环境中的自然能量，比如：声能、光能、热能、化学能、生物能、机械能等各种形式的能量收集起来，转化为电子器件可利用的电能，保证其正常工作。其中，振动能在日常生活和工程实际中广泛存在，不易受位置、天气等因素的影响，并且具有较高的能量密度。根据能量转换原理不同，振动俘能器可分为压电式、电磁式、静电式等类型。压电俘能器大多数是以单自由度线性系统为基础，其工作频带非常窄。电磁俘能器的输出电流大,但是输出电压小。
发明内容
针对传统线性压电俘能结构存在的俘能带宽窄和俘能效率低的问题，本发明提供一种非线性磁机耦合的复合式俘能器，该结构不仅具有较大的工作带宽，同时还具有高的俘能效率。
本发明公布了一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，包括基座(1)、电磁线圈(2)、压电致动器(3)、激励永磁体(4)、转盘(5)、转轴(6)、挡板(7)、矩形安装槽(8)、圆形安装槽(9)；基座(1)左右两侧连接挡板(7)，电磁线圈(2)与基座(1)上侧连接，压电致动器(3)与基座(1)的矩形安装槽(8)连接，激励永磁体(4)与转盘(5)连接，转盘(5)与转轴(6)连接；本发明的工作过程如下：转轴(6)提供给转盘(5)一个角速度，使得转盘(5)上面的激振永磁体(4)转动，根据正压电效应，压电片弯曲变形，产生一定电量，从而实现了压电发电，此过程为压电发电。尖端永磁体(3-3)上下振动，穿过它正上方的电磁线圈(2)，再根据电磁感应定律，从而产生感应电流，此过程为电磁发电。
本发明的有益效果是：
1、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，利用压电效应和电磁感应在振动条件下俘能，可产生较大电流和较高电压，有效弥补了压电或电磁单独俘能方式的不足。
2、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，利用永磁铁与两侧磁铁之间的磁力耦合作用使压电俘能结构的振动模态产生变化，使悬臂梁的振幅和振动频率发生变化，从而改变了复合俘能器的发电特性，提高了俘能器的环境适应能力。
3、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，由于永磁铁与感应线圈之间的电磁感应作用，会在线圈中产生感应电流。
4、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，采用压电双晶片和感应线圈共同俘能,做到了在有限空间内两种俘能方式的复合，输出功率比单一压电式俘能器输出功率更高。
附图说明
图1所示为本发明的内部结构示意图。
图2所示为本发明的主视图。
图3所示为本发明的外部结构示意图。
图4所示为本发明的基座示意图。
图5所示为本发明的压电致动器示意图。
具体实施方式
本发明的工作过程如下：转轴(6)提供给转盘(5)一个角速度，使得转盘(5)上面的激振永磁体(4)转动，从而作用于压电致动器(3)上的尖端永磁体(3-3)，尖端永磁体(3-3)上下振动，从而导致其表面的压电片(3-2)受力弯曲变形，根据正压电效应，压电片弯曲变形，产生一定电量，从而实现了压电发电，此过程为压电发电。尖端永磁体(3-3)上下振动，穿过它正上方的电磁线圈(2)，从而引起其内部磁通量发生变化，再根据电磁感应定律，从而产生感应电流，此过程为电磁发电。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.本发明公布了一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，包括基座(1)、电磁线圈(2)、压电致动器(3)、激励永磁体(4)、转盘(5)、转轴(6)、挡板(7)、矩形安装槽(8)、圆形安装槽(9)；基座(1)左右两侧连接挡板(7)，电磁线圈(2)与基座(1)上侧连接，压电致动器(3)与基座(1)的矩形安装槽(8)连接，激励永磁体(4)与转盘(5)连接，转盘(5)与转轴(6)连接；本发明的工作过程如下：转轴(6)提供给转盘(5)一个角速度，使得转盘(5)上面的激振永磁体(4)转动，根据正压电效应，压电片弯曲变形，产生一定电量，从而实现了压电发电，此过程为压电发电。尖端永磁体(3-3)上下振动，穿过它正上方的电磁线圈(2)，再根据电磁感应定律，从而产生感应电流，此过程为电磁发电。
2.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述基座(1)内有一个矩形安装槽(8)和一个圆形安装槽(9)。
3.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述电磁线圈(2)位于尖端永磁体(3-3)正上方，通过粘贴与基座(1)连接。
4.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述压电致动器(3)通过矩形安装槽(8)与基座(1)粘贴连接。
5.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述四个激励永磁体(4)与转盘(5)通过粘贴连接，围绕转盘(5)中心对称分布。
6.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述转轴(6)通过圆形安装槽(9)与基座(1)粘贴连接。
7.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述两个挡板(7)通过粘贴与基座(1)左右两侧连接。
8.根据权利要求1所述的一种旋转激励作用的压电-电磁复合式发电装置，其特征在于所述压电致动器(3)上的压电片选用压电陶瓷片PZT或柔性韧性强的压电材料PVDF。
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| CN113162475A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-23 | 北京工业大学 | 基于牛顿摆式颗粒链结构的压电俘能器及俘能方法 |
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| CN102185523A (zh) * | 2011-05-30 | 2011-09-14 | 华北电力大学 | 微型复合式振动发电机 |
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2020
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