CN209016944U - 一种电磁和压电混合振动发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁和压电混合振动发电机，包括有支架、永磁体、线圈和铁芯，支架自上到下依次固定设有上悬臂梁和下悬臂梁，上悬臂梁上设有上单晶压电片，下悬臂梁上设有下单晶压电片，线圈和铁芯固定设置在上悬臂梁和下悬臂梁的自由端之间，线圈套设在铁芯的外围，永磁体固定设置在支架上并套设在线圈的外围，永磁体、线圈和铁芯同心设置。本实用新型采用压电发电和电磁发电的方式将振动机械能转化为电能，即解决了振动能源回收的问题，又能够解决微电子产品的供电问题，采用本实用新型给变压器、电抗器等线圈类设备上的微电子产品供电，解决了布线复杂、麻烦、供电电量有限等技术难题。

Description

一种电磁和压电混合振动发电机

技术领域

本实用新型涉及一种电磁和压电混合振动发电机。

背景技术

利用环境中的能量及人力发电为便携式微功率电器及无线传感器等提供实时的电能供给已成为国内外的一个研究热点。获得电能的有效方法之一是利用压电、电磁及静电原理捕获环境中的机械能。与其它发电原理相比，压电发电的最大优势在于结构简单，易于制作成各种所需尺寸和形状，便于与微系统集成或置于微机电系统的内部，此外还具有体积小、无污染、成本低、能量密度大等优点。压电发电是利用压电陶瓷的正压电效应来实现机械能向电能的转换，压电发电装置通过特殊的压电材料将环境中振动的能量收集起来，并将其转换成可以替代电池为微电子产品（如传感网络节点）供电的电能，成为嵌入式MEMS、收集环境能、收集生物机械能等研究领域的一个热点，因此引起了人们的广泛关注。

变压器、电抗器等线圈类设备在运行过程产生了振动，振动主要是由于线圈和硅钢片振动导致，振动频率以100Hz为主，振动能量以噪声的形式耗散在空气中，造成了极大的能源浪费。而振动传感器、温度传感器、湿度传感器等用于检测设备或环境状态，这些传感器需要电能供应，通常的做法是通过电缆或电池连接传感器，为其供电，但存在布线复杂、麻烦、电池电量有限等不足，尤其在不易安装电缆的位置，造成了使用上的限制。

实用新型内容

本实用新型提供一种电磁和压电混合振动发电机，能够解决变压器、电抗器等线圈类设备的振动能源回收困难，以及微电子产品的供电问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种电磁和压电混合振动发电机，包括有支架、永磁体、线圈和铁芯，所述支架自上到下依次固定设有上悬臂梁和下悬臂梁，所述上悬臂梁上设有上单晶压电片，所述下悬臂梁上设有下单晶压电片，所述线圈和铁芯固定设置在所述上悬臂梁和下悬臂梁的自由端之间，所述线圈套设在铁芯的外围，所述永磁体固定设置在支架上并套设在线圈的外围，所述永磁体、线圈和铁芯同心设置。

进一步的，所述支架底部设有带开关的磁性底座，通过开关来实现磁化和退磁的操作，磁性底座能够进行带磁性和不带磁性的切换，方便将支架固定在磁性材料上或者从磁性材料上拆卸下来。

进一步的，所述上悬臂梁和下悬臂梁的材质为65Mn弹簧钢，在发挥弹簧作用的同时亦作为电磁回路的磁路。

进一步的，所述上单晶压电片和下单晶压电片的材质为锆钛酸铅压电陶瓷，锆钛酸铅压电陶瓷具有良好的压电、介电、铁电性能以及易掺杂改性、稳定性好等诸多优点。

进一步的，永磁体为钕铁硼永磁体，由四块磁极方向一致的方形永磁体围成，整体呈方形，钕铁硼永磁体具有加工容易、体积小、重量轻、磁性强、性价比高、能量密度高的特点。

进一步的，所述线圈和铁芯分别呈方形，能够配合方形永磁体完成电磁发电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用压电发电和电磁发电的方式将振动机械能转化为电能，即解决了振动能源回收的问题，又能够解决微电子产品的供电问题，采用本实用新型给变压器、电抗器等线圈类设备上的微电子产品供电，解决了布线复杂、麻烦、供电电量有限等技术难题。本实用新型结构简单，实现方式简便，效率高，特别适用于布线复杂、麻烦的变压器、电抗器等线圈类设备上的微电子产品。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型一种实施例的结构示意图。

图中，图中所示标记为：1：上悬臂梁，2：上单晶压电片，3：下悬臂梁，4：下单晶压电片，5：永磁体，6：线圈，7：铁芯，8：支架，9：磁性底座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，本实用新型优选的一个实施例提供一种电磁和压电混合振动发电机，主要包括上悬臂梁1、上单晶压电片2、下悬臂梁3、下单晶压电片4、永磁体5、线圈6、铁芯7、支架8和磁性底座9。上悬臂梁1和下悬臂梁3自上到下依次固定在支架8上，上悬臂梁1和下悬臂梁3的一端端部分别通过螺栓固定在支架8上，上单晶压电片2粘贴在上悬臂梁上1，下单晶压电片4粘贴在下悬臂梁上3，线圈6和铁芯7固定设置在上悬臂梁1和下悬臂梁3的自由端之间，线圈6套设在铁芯7的外围，永磁体5固定设置在支架8上并套设在线圈6的外围，永磁体5、线圈6和铁芯7同心设置。上悬臂梁1和下悬臂梁3的材质为65Mn弹簧钢，在发挥弹簧作用的同时亦作为电磁回路的磁路；上单晶压电片2和下单晶压电片4的材质为锆钛酸铅压电陶瓷，锆钛酸铅压电陶瓷具有良好的压电、介电、铁电性能以及易掺杂改性、稳定性好等诸多优点；永磁体5为铷铁硼永磁体，由四块磁极方向一致的方形永磁体围成方形，钕铁硼永磁体具有加工容易、体积小、重量轻、磁性强、性价比高、能量密度高的特点；对应的，线圈6和铁芯7的形状为方形，能够配合方形的永磁体5完成电磁发电。支架8的底部固定设有磁性底座9，磁性底座9带磁性开关，通过开关来实现磁化和退磁的操作，磁性底座9能够进行带磁性和不带磁性的切换，方便将支架8固定在磁性材料上或者从磁性材料上拆卸下来。

实施时，将磁性底座9的磁性开关指向“OFF”方向，磁性底座9为退磁状态，将磁性底座9贴近运行中的变压器或电抗器等振动源的铁质外壳表面，然后将磁性开关指向“ON”方向，磁性底座9为磁化状态，则磁性底座9紧紧吸附在变压器或电抗器等振动源的铁质外壳上，变压器或电抗器等振动源运转时，其铁质外壳的振动使线圈6、铁芯7、上悬臂梁1和下悬臂梁3组成谐振系统发生受迫振动，线圈6切割永磁体5产生的磁感线而产生电动势，同时上单晶压电片2和下单晶压电片4分别产生电压。

本实用新型采用压电发电和电磁发电的方式将振动机械能转化为电能，即解决了振动能源回收的问题，又能够使用该电能解决微电子产品的供电问题，采用本实用新型给变压器、电抗器等线圈类设备上的微电子产品供电，解决了布线复杂、麻烦、供电电量有限等技术难题。本实用新型结构简单，实现方式简便，效率高，特别适用于布线复杂、麻烦的变压器、电抗器等线圈类设备上的微电子产品。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种电磁和压电混合振动发电机，包括有支架（8）、永磁体（5）、线圈（6）和铁芯（7），其特征在于：所述支架（8）自上到下依次固定设有上悬臂梁（1）和下悬臂梁（3），所述上悬臂梁（1）上设有上单晶压电片（2），所述下悬臂梁（3）上设有下单晶压电片（4），所述线圈（6）和铁芯（7）固定设置在所述上悬臂梁（1）和下悬臂梁（3）的自由端之间，所述线圈（6）套设在铁芯（7）的外围，所述永磁体（5）固定设置在支架（8）上并套设在线圈（6）的外围，所述永磁体（5）、线圈（6）和铁芯（7）同心设置。

2.根据权利要求1所述的一种电磁和压电混合振动发电机，其特征在于：所述支架（8）底部设有带开关的磁性底座（9）。

3.根据权利要求1所述的一种电磁和压电混合振动发电机，其特征在于：所述上悬臂梁（1）和下悬臂梁（3）的材质为65Mn弹簧钢。

4.根据权利要求1所述的一种电磁和压电混合振动发电机，其特征在于：所述上单晶压电片（2）和下单晶压电片（4）的材质为锆钛酸铅压电陶瓷。

5.根据权利要求1所述的一种电磁和压电混合振动发电机，其特征在于：永磁体（5）为铷铁硼永磁体，由四块磁极方向一致的方形永磁体围成，整体呈方形。

6.根据权利要求5所述的一种电磁和压电混合振动发电机，其特征在于：所述线圈（6）和铁芯（7）分别呈方形。