CN112234867A - 一种压电电磁振动能量收集器 - Google Patents
一种压电电磁振动能量收集器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112234867A CN112234867A CN202011100021.2A CN202011100021A CN112234867A CN 112234867 A CN112234867 A CN 112234867A CN 202011100021 A CN202011100021 A CN 202011100021A CN 112234867 A CN112234867 A CN 112234867A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hollow coil
- permanent magnet
- energy collector
- piezoelectric
- shell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
- H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
- H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明涉及一种压电电磁振动能量收集器，属于新能源技术领域。本发明设计的压电电磁振动能量收集器采用典型的悬臂梁结构为支撑结构，悬臂梁结构的优点在于可以通过调节末端质量块质量来调节能量收集装置的共振频率，使之与环境振动频率一致，从而达到最大的功率输出，本发明利用永磁体代替质量块，制备压电电磁振动能量收集器，能有效地利用压电能量收集时压电装置末端的弹性振动，使磁铁与线圈产生相对位移，进而改变通过线圈的磁通量使线圈产生感应电动势，将压电和电磁二者有机结合起来可以更有效地利用振动能量，达到增加输出的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电电磁振动能量收集器，属于新能源技术领域。
背景技术
当前无线传感网络迅速发展，传感器常以巨大的数量分散在所需监测的环境中，如果每个传感器都用一个电池为其供电，传统电池的寿命难以维持供电时间，且在较恶劣的环境下难以更换电池，目前的能量收集技术主要针对光能、风能、振动能、磁能等。这些能源虽然绿色无污染，但往往受诸多因素的影响，能量转换效率极低。光能收集只能在阳光较充足的时间段进行，夜里或者阴雨天气几乎难以收集能量；风能在风力等级较低时无法有效收集能量；振动能需要在指定频率范围内收集；磁能则是漏磁带来的磁消耗造成能量转换效率不高。因此，要想使能量收集技术满足为无线传感器和小型电子产品供电，必须想办法提高能量转换效率，提高输出功率。相较于其他能源，振动能更具普遍性和稳定性。如发动机、机床、电脑光驱等在工作时能产生持续和稳定的振动能量，且很少受外界因素的影响。不仅如此，振动涉及多种不同的能量收集方式，这为基于振动的多种能量收集方式的叠加创造了条件，同时也意味着能够更有效地利用振动能提高能量转换和输出功率，因此振动能作为能量收集的对象具有广阔的发展潜力。
目前振动能量收集的技术主要包括：压电式、电磁式、静电式三种，三种方法的原理各不相同，压电式振动能量收集主要通过环境中实物所发出的各种振动对可以产生压电效应的材料施加压力使其发生形变，从而改变材料的内部结构，这将导致压电材料内部产生固定的分离的正负电荷，继而影响压电材料表面的电荷走向，最终产生电能，完成从机械能到电能的转化。 电磁式振动能量收集主要应用法拉第电磁感应定律，通过环境振动使得通过线圈的磁通量发生改变，进而使线圈产生感应电动势，实现从振动机械能到电能的转化。静电式振动能量收集的原理是利用振动使平行电容板的结构发生改变，这种改变会影响两电容板之间的相对面积或相互距离，进而使电容值发生改变。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统供电方式无法满足为无线传感器和小型电子产品供电的问题，提供了一种压电电磁振动能量收集器。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种压电电磁振动能量收集器，由能量收集器上外壳1、能量收集器下外壳2、上夹块3、下夹块4、压电片5、上圆环支柱6、下圆环支柱7、上空心线圈8、下空心线圈9、上永磁体10、下永磁体11组成。
所述的压电片5固定于上夹块3和下夹块4中间，上永磁体10和下永磁体11固定于压电片5末端，且位于上空心线圈8和下空心线圈9之间，上空心线圈8和下空心线圈9与上永磁体10和下永磁体11同轴，上空心线圈8和下空心线圈9分别安装于能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2内部的上圆环支柱6和下圆环支柱7上，上永磁体10和下永磁体11与上空心线圈8和下空心线圈9之间存在一定间隙，压电片5带动上永磁体10和下永磁体11上下振动时，上永磁体10和下永磁体11可以伸入上空心线圈8和下空心线圈9的中空部分。
所述的能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2为中间薄两边厚的凹形结构，上圆环支柱6和下圆环支柱7分别通过螺丝固定于能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2上，为上空心线圈8和下空心线圈9提供支撑，能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2上加工有一定数量的螺孔，用于校紧上夹块3、下夹块4和整体结构。
所述的能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2与上夹块3和下夹块4配合，上夹块3和下夹块4与压电片5配合，压电片5与上夹块3和下夹块4以及能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2通过螺孔用螺栓定位夹紧。
所述的上空心线圈8和下空心线圈9为多层线圈，匝数为 1250，每层线圈均为单相同心式绕组平面线圈，每层线圈之间有隔离作用的绝缘材料。
所述的上空心线圈8和下空心线圈9为圆形的空心结构，线圈围绕其轴心相邻排列，两个圆形线圈相互串联。上空心线圈8和下空心线圈9的外径为16.25mm、内径为9.5mm、高度为3mm、线径为0.1mm 。
所述的上永磁体10和下永磁体11的材质为钕铁硼合金、直径为15mm、高度为3mm。
所述的压电片5为铜电极、长度为55mm、宽度为15mm、高度为0.2mm。
本发明与其他技术相比，有益效果在于：
本发明设计的压电电磁振动能量收集器采用典型的悬臂梁结构为支撑结构，通过环境振动带动压电片振动，振动产生的形变使压电材料产生电压输出，同时压电片末端在固定频率下能
产生固定的位移偏差，这为磁电能量收集提供了很好的条件，磁电部分利用永磁体代替质量块，将压电振动能量收集浪费的机械振动能量收集起来，永磁体在压电装置末端以一定的频率和振幅稳定振动，在自身压电材料产生电能的同时，导致永磁体伸入/出线圈，进而改变了通过线圈的磁通量，从而使线圈也能产生电能，悬臂梁结构的优点在于可以通过调节末端质量块质量来调节能量收集装置的共振频率，使之与环境振动频率一致，从而达到最大的功率输出，本发明利用永磁体代替质量块，制备压电电磁振动能量收集器，能有效地利用压电能量收集时压电装置末端的弹性振动，使磁铁与线圈产生相对位移，进而改变通过线圈的磁通量使线圈产生感应电动势，将压电和电磁二者有机结合起来可以更有效地利用振动能量，达到增加输出的效果。
附图说明
图1为收集器整体结构图。
图2为收集器爆炸结构图。
图3为收集器俯视图。
图中：1、能量收集器上外壳，2、能量收集器下外壳，3、上夹块，4、下夹块，5、压电片，6、上圆环支柱，7、下圆环支柱，8、上空心线圈，9、下空心线圈，10、上永磁体，11、下永磁体。
具体实施方式
为了使本发明的所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1、图2和图3所示，一种压电电磁振动能量收集器，由能量收集器上外壳1、能量收集器下外壳2、上夹块3、下夹块4、压电片5、上圆环支柱6、下圆环支柱7、上空心线圈8、下空心线圈9、上永磁体10、下永磁体11组成。所述的压电片5固定于上夹块3和下夹块4中间，上永磁体10和下永磁体11固定于压电片5末端，且位于上空心线圈8和下空心线圈9之间，上空心线圈8和下空心线圈9与上永磁体10和下永磁体11同轴，上空心线圈8和下空心线圈9分别安装于能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2内部的上圆环支柱6和下圆环支柱7上，上永磁体10和下永磁体11与上空心线圈8和下空心线圈9之间存在一定间隙，压电片5带动上永磁体10和下永磁体11上下振动时，上永磁体10和下永磁体11可以伸入上空心线圈8和下空心线圈9的中空部分。 所述的能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2为中间薄两边厚的凹形结构，上圆环支柱6和下圆环支柱7分别通过螺丝固定于能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2上，为上空心线圈8和下空心线圈9提供支撑，能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2上加工有一定数量的螺孔，用于校紧上夹块3、下夹块4和整体结构。所述的能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2与上夹块3和下夹块4配合，上夹块3和下夹块4与压电片5配合，压电片5与上夹块3和下夹块4以及能量收集器上外壳1和能量收集器下外壳2通过螺孔用螺栓定位夹紧。所述的上空心线圈8和下空心线圈9为多层线圈，匝数为1250，每层线圈均为单相同心式绕组平面线圈，每层线圈之间有隔离作用的绝缘材料。所述的上空心线圈8和下空心线圈9为圆形的空心结构，线圈围绕其轴心相邻排列，两个圆形线圈相互串联。上空心线圈8和下空心线圈9的外径为16.25mm、内径为9.5mm、高度为3mm、线径为0.1mm 。所述的上永磁体10和下永磁体11的材质为钕铁硼合金、直径为15mm、高度为3mm。所述的压电片5为铜电极、长度为55mm、宽度为15mm、高度为0.2mm。
如图1所示，本文设计和实现的压电式振动能量收集器，由压电能量收集部分和磁电能量收集部分组成，压电部分采用悬臂梁结构，通过环境振动带动压电片5振动，振动产生的形变使压电材料产生电压输出，同时压电片5末端在固定频率下能产生固定的位移偏差，磁电部分利用上永磁体10和下永磁体11，将压电振动能量收集浪费的机械振动能量收集起来，上永磁体10和下永磁体11在压电装置末端以一定的频率和振幅稳定振动，在自身压电材料产生电能的同时，导致上永磁体10和下永磁体11伸入伸出上空心线圈8和下空心线圈9，进而改变了通过上空心线圈8和下空心线圈9的磁通量，使上空心线圈8和下空心线圈9产生电能，从而实现将振动能转换为电能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于，由能量收集器上外壳（1）、能量收集器下外壳（2）、上夹块（3）、下夹块（4）、压电片（5）、上圆环支柱（6）、下圆环支柱（7）、上空心线圈（8）、下空心线圈（9）、上永磁体（10）、下永磁体（11）组成。
2.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的压电片（5）固定于上夹块（3）和下夹块（4）中间，上永磁体（10）和下永磁体（11）固定于压电片（5）末端，且位于上空心线圈（8）和下空心线圈（9）之间，上空心线圈（8）和下空心线圈（9）与上永磁体（10）和下永磁体（11）同轴，上空心线圈（8）和下空心线圈（9）分别安装于能量收集器上外壳（1）和能量收集器下外壳（2）内部的上圆环支柱（6）和下圆环支柱（7）上，上永磁体（10）和下永磁体（11）与上空心线圈（8）和下空心线圈（9）之间存在一定间隙，压电片（5）带动上永磁体（10）和下永磁体（11）上下振动时，上永磁体（10）和下永磁体（11）可以伸入上空心线圈（8）和下空心线圈（9）的中空部分。
3.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的能量收集器上外壳（1）和能量收集器下外壳（2）为中间薄两边厚的凹形结构，上圆环支柱（6）和下圆环支柱（7）分别通过螺丝固定于能量收集器上外壳（1）和能量收集器下外壳（2）上，为上空心线圈（8）和下空心线圈（9）提供支撑，能量收集器上外壳（1）和能量收集器下外壳（2）上加工有一定数量的螺孔，用于校紧上夹块（3）、下夹块（4）和整体结构。
4.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的能量收集器上外壳（1）和能量收集器下外壳（2）与上夹块（3）和下夹块（4）配合，上夹块（3）和下夹块（4）与压电片（5）配合，压电片（5）与上夹块（3）和下夹块（4）以及能量收集器上外壳（1）和能量收集器下外壳（2）通过螺孔用螺栓定位夹紧。
5.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的上空心线圈（8）和下空心线圈（9）为多层线圈，匝数为 1250，每层线圈均为单相同心式绕组平面线圈，每层线圈之间有隔离作用的绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的上空心线圈（8）和下空心线圈（9）为圆形的空心结构，线圈围绕其轴心相邻排列，两个圆形线圈相互串联；上空心线圈（8）和下空心线圈（9）的外径为16.25mm、内径为9.5mm、高度为3mm、线径为0.1mm 。
7.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的上永磁体（10）和下永磁体（11）的材质为钕铁硼合金、直径为15mm、高度为3mm。
8.根据权利要求1所述的一种压电电磁振动能量收集器，其特征在于：所述的压电片（5）为铜电极、长度为55mm、宽度为15mm、高度为0.2mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011100021.2A CN112234867A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种压电电磁振动能量收集器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011100021.2A CN112234867A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种压电电磁振动能量收集器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112234867A true CN112234867A (zh) | 2021-01-15 |
Family
ID=74113692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011100021.2A Withdrawn CN112234867A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种压电电磁振动能量收集器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112234867A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113746297A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-12-03 | 西安工程大学 | 一种汲取振动能量的可变质量直线发电机 |
-
2020
- 2020-10-15 CN CN202011100021.2A patent/CN112234867A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113746297A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-12-03 | 西安工程大学 | 一种汲取振动能量的可变质量直线发电机 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104836478B (zh) | 一种压电‑电磁复合式低频宽带俘能器 | |
| CN105680720A (zh) | 多自由度压电-电磁复合式多方向宽频带动能采集器 | |
| CN109560721B (zh) | 一种复合式振动能量采集器 | |
| CN109639088B (zh) | 一种电磁-压电-磁致伸缩复合式微能源能量采集器 | |
| CN111669072B (zh) | 一种非线性宽频带压电—磁电复合式低幅振动俘能器 | |
| CN104184364B (zh) | 磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器及其方法 | |
| CN113315408B (zh) | 面向限域空间的高度集成复合式振动能量转化模块 | |
| CN111049426A (zh) | 一种压电式多方向、宽频带振动能量收集装置 | |
| CN111371277B (zh) | 一种锥形腔体梁复合式振动能量收集器 | |
| CN111130387A (zh) | 一种非对称复合式宽频带振动能量收集器 | |
| CN110034653A (zh) | 用于轨道交通的微型抗磁悬浮振动能量采集器及采集方法 | |
| CN112234867A (zh) | 一种压电电磁振动能量收集器 | |
| CN111525837A (zh) | 一种单梁阵列式压电-电磁复合式振动能量收集装置 | |
| CN102510239A (zh) | 复合式振动发电机 | |
| CN105634331A (zh) | 一种磁电压电组合发电机 | |
| CN111525769A (zh) | 一种磁钟摆式电磁-压电复合能量收集器 | |
| CN214799327U (zh) | 一种抗磁悬浮电磁压电复合式能量采集器 | |
| CN204068760U (zh) | 一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器 | |
| CN116169850A (zh) | 一种复合式能量收集器 | |
| CN214591210U (zh) | 一种环形宽频带压电电磁振动能量收集装置 | |
| CN215420044U (zh) | 震动能源采集装置 | |
| CN112104263A (zh) | 一种振动能量收集发电装置 | |
| CN113595354A (zh) | 震动能源采集装置 | |
| CN112491233B (zh) | 一种基于电磁感应原理的mems三轴能量收集器 | |
| CN219046467U (zh) | 一种基于旋转结构的压电-磁电耦合振动俘能器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210115 |