專利名稱：一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能把機(jī)械振動能轉(zhuǎn)換成電能并進(jìn)行采集的技術(shù)，尤其涉及一種采用壓磁/ 壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器。
技術(shù)背景電子產(chǎn)品不斷向微型化的方向發(fā)展，藍(lán)牙技術(shù)和低功耗通訊標(biāo)準(zhǔn)(如Zigbee和 IEEE802.15.4)的發(fā)展很大程度上推動了無線傳感網(wǎng)絡(luò)和通訊節(jié)點(diǎn)的研究，微機(jī)電系統(tǒng)由于具 有能耗低、體積小、功能大、可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)也正在迅速發(fā)展。但是，不管是無線傳感產(chǎn) 品還是微機(jī)電器件，供電問題正成為它們發(fā)展的一個(gè)很大障礙。原因是目前給這些系統(tǒng)供 電的手段主要依靠電池或電力線，電池、電力線供電有以下幾個(gè)缺點(diǎn)電池壽命短，存儲能 量有限，在某些應(yīng)用中更換電池成本高，而在有些環(huán)境中無法使用有線方式供電。由于能量采集器可以把環(huán)境中存在的能量轉(zhuǎn)換成電能，從而成為一種可代替電池和可自 我維持的新型電源，正受到越來越廣泛的重視。太陽能、熱能和振動能是環(huán)境中最普通的三 種能源。由于環(huán)境中的振動能量無處不在，振動能量采集器成為可自我維持電源研究中的一大熱點(diǎn)，它的工作方式主要有三種電磁式、靜電式和壓電式。電磁式能量采集裝置主要包 括永磁體、繞線組、運(yùn)動腔體，其中繞線組纏繞在運(yùn)動腔體外壁，永磁體在運(yùn)動腔體內(nèi)往 復(fù)運(yùn)動，與繞線組產(chǎn)生相對運(yùn)動，通過切割磁力線在繞線組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，如中國發(fā)明專利CN1877973A、 CN101075773A、 CN201068842Y、 CN1652440A、 CN1604436A、 CN2617073Y、 CN101185230A、 CN101110545A、 CN1603155A等，這類專利中，永磁體和腔體間通常安裝 了滑軌、軸承等運(yùn)動傳送裝置，體積大，主要適用于強(qiáng)振動能量轉(zhuǎn)換場合。靜電式能量采集 裝置主要包括由懸臂梁和質(zhì)量塊組成的動極板、定極板、駐極體、處理電路組成，動極板在 振動加速度作用下相對于定極板產(chǎn)生相對偏移，不同結(jié)構(gòu)的裝置可能產(chǎn)生可變電容極板遮蓋 面積變化，或引起電容極板間的距離發(fā)生變化，從而使極板上的極化電荷在兩個(gè)電容極板間 轉(zhuǎn)移形成電流，經(jīng)濾波和整流后輸出，如中國發(fā)明專利CN1547312A、美國專利US7112911B2， 這類靜電式振動能量采集器若不采用駐極體作電介質(zhì)，在開始工作時(shí)需要一個(gè)外界電壓驅(qū)動。 壓電式能量采集裝置主要包括粘貼有壓電片的懸臂梁，或者直接用壓電片構(gòu)成的懸臂梁， 一個(gè)產(chǎn)生慣性力的質(zhì)量塊；通過質(zhì)量塊振動產(chǎn)生慣性力，作用到懸臂梁上產(chǎn)生交變應(yīng)力，利 用壓電片的壓電效應(yīng)，產(chǎn)生電輸出，如中國發(fā)明專利CN2834010Y、 CN201054553Y、 CN101017989A、美國專利US7345407B2、 US7414351B2。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開了一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，它包括支撐機(jī)構(gòu)、 壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器、永磁體磁路、彈性機(jī)構(gòu)；其中，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器處于永磁體磁路的氣隙磁場空間內(nèi)；壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器和永磁體磁路中的一者通過彈性機(jī)構(gòu) 與支撐機(jī)構(gòu)彈性連接，并可隨彈性機(jī)構(gòu)作往復(fù)運(yùn)動，另一者固定在支撐機(jī)構(gòu)的底座上；艮P: 或者壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器固定在底座上，永磁體磁路通過彈性機(jī)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)連接；或 者永磁體磁路通過非導(dǎo)磁材料固定在底座上，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器通過彈性機(jī)構(gòu)與支撐 機(jī)構(gòu)連接。彈性機(jī)構(gòu)感受自供能裝置外部環(huán)境振動，使磁電換能器與永磁體磁路在外部振動 激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生相對運(yùn)動，當(dāng)永磁體磁路和磁電換能器產(chǎn)生相對運(yùn)動時(shí)，磁電換能器感受永磁鐵 提供的變化磁場，該變化磁場誘發(fā)磁電換能器中的壓磁相發(fā)生相應(yīng)形變，該形變傳遞到換能 器中的壓電相，由于壓電材料的壓電效應(yīng)產(chǎn)生電輸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)-磁-電轉(zhuǎn)換。所述的壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器，包括層合換能結(jié)構(gòu)、筋板；振動自供能裝置中的各 個(gè)層合換能結(jié)構(gòu)間相隔一定距離，并通過筋板連接；筋板的一端或者兩端，與彈性機(jī)構(gòu)或者 底座連接。所述的層合換能結(jié)構(gòu)為壓磁材料和壓電材料交替疊放的多層結(jié)構(gòu)；層合換能結(jié)構(gòu)或者成 塊狀，或者成環(huán)狀；所述筋板或者成板狀，或者成圓弧柱面，分別對應(yīng)塊狀和環(huán)狀的層合換 能結(jié)構(gòu)。所述的彈性機(jī)構(gòu)的兩種典型結(jié)構(gòu)，它們的結(jié)構(gòu)及其與其它器件的對應(yīng)關(guān)系如下1) 所述的彈性機(jī)構(gòu)為板狀的彈性懸臂梁，支撐機(jī)構(gòu)為"L"型，彈性懸臂梁一端固定在"L" 型支撐機(jī)構(gòu)的垂直支架上，彈性懸臂梁另一端與壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器或永磁體磁路固定 連接。2) 所述的彈性機(jī)構(gòu)由彈簧與水平連接板連接構(gòu)成；支撐機(jī)構(gòu)為"匚"型；"匚"型支撐機(jī)構(gòu) 上下兩側(cè)內(nèi)表面分別通過彈簧及連接板與壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器或永磁體磁路上下兩端 彈性連接。永磁體磁路也可以由多種結(jié)構(gòu)構(gòu)成，不同結(jié)構(gòu)永磁體磁路對應(yīng)的器件也不同所述永磁體磁路，或者由單邊叉指狀磁體構(gòu)成；或者由相對稱的兩個(gè)叉指狀磁體叉指相 對放置構(gòu)成；或者由柱狀磁體和環(huán)狀磁體相結(jié)合構(gòu)成。所述的柱狀磁體由若干個(gè)圓形磁體通過相同形狀的非導(dǎo)磁分隔層連接而成，所述的環(huán)狀 磁體由若干個(gè)環(huán)形磁體通過相同形狀的非導(dǎo)磁分隔層連接而成；單邊叉指狀磁體結(jié)構(gòu)的永磁 體磁路和兩個(gè)叉指狀磁體結(jié)構(gòu)的永磁體磁路對應(yīng)塊狀層合換能結(jié)構(gòu)，層合換能結(jié)構(gòu)在單邊或 兩個(gè)叉指狀永磁體磁路的氣隙磁場空間內(nèi)往復(fù)運(yùn)動；柱狀磁體和環(huán)狀磁體結(jié)構(gòu)的永磁體磁路 對應(yīng)環(huán)狀的層合換能結(jié)構(gòu)，環(huán)狀的層合換能結(jié)構(gòu)在柱狀磁體和環(huán)狀磁體之間的空隙內(nèi)沿軸向 往復(fù)運(yùn)動；兩兩相鄰層合換能結(jié)構(gòu)間間距與永磁體磁路上相鄰的兩個(gè)永磁體間間距相同。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是提供了一種適用于微弱振動的、磁電轉(zhuǎn)化效率較高的自供能 裝置。


圖1、采用"L"型支撐機(jī)構(gòu)和彈性懸臂梁相搭配，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器固定在支撐機(jī) 構(gòu)底座上時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)；圖2、采用"L"型支撐機(jī)構(gòu)和彈性懸臂梁相搭配，永磁體磁路固定在支撐機(jī)構(gòu)底座上時(shí)的 裝置結(jié)構(gòu)；圖3、采用"L"型支撐機(jī)構(gòu)和彈性懸臂梁相搭配，永磁體磁路采用單邊叉指狀磁體結(jié)構(gòu)時(shí) 的裝置結(jié)構(gòu)；圖4、采用"匚"型支撐機(jī)構(gòu)，永磁體磁路與彈簧連接時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)；圖5、采用"匚"型支撐機(jī)構(gòu)，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器與彈簧連接時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)；圖6、單個(gè)塊狀層合換能結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7、單個(gè)環(huán)狀層合換能結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8、柱狀磁體和環(huán)狀磁體結(jié)構(gòu)的永磁體磁路與環(huán)狀層合換能結(jié)構(gòu)構(gòu)成的壓磁/壓電復(fù)合 磁電換能器相搭配時(shí)的示意圖；附圖中支撐機(jī)構(gòu)l、支架l-l、底座l-2、彈性機(jī)構(gòu)2、彈性懸臂梁2-l、彈簧2-2、連 接板2-3、壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3、層合換能結(jié)構(gòu)3-l、筋板3-2、永磁體磁路4、柱狀磁 體4-l、環(huán)狀磁體4-2、非導(dǎo)磁分隔層4-3、非導(dǎo)磁材料5。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的裝置可分為兩部分支撐機(jī)構(gòu)1和振動自供能裝置。壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3、永磁體磁路4和彈性機(jī)構(gòu)2三者共同構(gòu)成了振動自供能裝 置；其中壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3又由層合換能結(jié)構(gòu)3-1和筋板3-2組成。振動自供能裝置受到外部振動激勵(lì)時(shí)，彈性機(jī)構(gòu)2在慣性力作用下產(chǎn)生振動，帶動壓磁/ 壓電復(fù)合磁電換能器3或永磁體磁路4運(yùn)動，使得永磁體磁路4的磁場和壓磁/壓電復(fù)合磁電 換能器3之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，造成施加到壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3的磁場也發(fā)生變化，在 壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3上產(chǎn)生電輸出。前述的壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3中的層合換能結(jié)構(gòu)3-1由壓磁/壓電塊體材料復(fù)合構(gòu) 成，層合換能結(jié)構(gòu)3-l橫切面的形狀可以是塊狀，也可以是環(huán)狀，塊狀的層合換能結(jié)構(gòu)3-l， 對應(yīng)板狀筋板3-2和叉指狀的永磁體磁路4;環(huán)狀的層合換能結(jié)構(gòu)3-1，對應(yīng)圓弧柱面筋板3-2 和柱狀磁體4-l、環(huán)狀磁體4-2結(jié)構(gòu)的永磁體磁路4。其中，層合換能結(jié)構(gòu)3-1為壓磁材料和 壓電材料交替疊放的多層結(jié)構(gòu)；附圖中給出的三層結(jié)構(gòu)的層合換能結(jié)構(gòu)3-1是本發(fā)明的一個(gè) 具體的實(shí)施例；壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3的壓磁相隨著所感受磁場的變化而發(fā)生形變，該 形變傳遞到層合換能結(jié)構(gòu)3-1中的壓電材料中，壓電相也發(fā)生相應(yīng)形變，并由于壓電效應(yīng)產(chǎn) 生電輸出。壓磁/壓電復(fù)合材料主要有兩種結(jié)構(gòu) 一是顆粒混合結(jié)構(gòu)， 一是塊體層合結(jié)構(gòu)，由 于塊體層合結(jié)構(gòu)的磁電效應(yīng)大于顆?；旌辖Y(jié)構(gòu)，且塊體層合結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和制備方法上都比較 簡單，故本發(fā)明選擇壓磁/壓電層疊復(fù)合結(jié)構(gòu)來制作層合換能結(jié)構(gòu)3-1。層合換能結(jié)構(gòu)3-1的形狀和結(jié)構(gòu)參見附圖6、 7。當(dāng)然，為了使壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3轉(zhuǎn)換效率較高，永磁體磁路4提供的磁場應(yīng)該 滿足壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3的磁場工作點(diǎn)和動態(tài)范圍要求。綜上所述，本發(fā)明通過彈性機(jī)構(gòu)感受振動自供能裝置外部振動，并通過彈性機(jī)構(gòu)使壓磁/ 壓電復(fù)合磁電換能器3與永磁體磁路4在受到外部振動激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生相對運(yùn)動，相對運(yùn)動過程 中，永磁體磁路4施加到壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3的磁場發(fā)生變化，變化磁場誘發(fā)壓磁/ 壓電復(fù)合磁電換能器3中的壓磁相發(fā)生形變，該形變傳遞到層合換能結(jié)構(gòu)3-1中的壓電相， 由于壓電材料的壓電效應(yīng)產(chǎn)生電輸出，從而實(shí)現(xiàn)"機(jī)械能-磁能-電能"的轉(zhuǎn)換。實(shí)施例1:參見附圖l，如圖所示，本例中采用的器件包括"L"型支撐機(jī)構(gòu)1、板狀的彈性懸臂梁2- 1、塊狀層合換能結(jié)構(gòu)3-l和板狀筋板3-2組成的壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3、相對稱的兩 個(gè)叉指狀永磁體磁路4，其叉指相對放置，兩個(gè)叉指狀永磁體磁路4的上端固定在彈性懸臂 梁2-l下側(cè)的一端，彈性懸臂梁2-l的另一端固定在"L"型支撐機(jī)構(gòu)1的支架1-1上，壓磁/壓 電復(fù)合磁電換能器3通過筋板3-2連接并通過筋板3-2固定在"L"型支撐機(jī)構(gòu)1底座1-2上， 并且壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3放置在兩個(gè)叉指狀永磁體磁路4之間的氣隙磁場空間中。永磁體磁路4的叉指間有一定空隙，空隙在z軸方向的大小與叉指尺寸，以及永磁體磁 路4在y軸方向的氣隙長度有關(guān)，層合換能結(jié)構(gòu)3-1與永磁體磁路4存在相對運(yùn)動時(shí)能獲得 到較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量。上述永磁體磁路4和彈性懸臂梁2-l連接在一起，成為一個(gè)整體。這樣，彈性懸臂梁2-l 在外部振動激勵(lì)下運(yùn)動時(shí)，會帶動永磁體磁路4 一起沿z軸往復(fù)運(yùn)動。層合換能結(jié)構(gòu)3-1的上下兩層均為壓磁材料，中間層為壓電材料，壓磁材料層的極化方 向?yàn)閥方向。設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)層合換能結(jié)構(gòu)3-l間的間距與叉指狀永磁體磁路4中各個(gè)叉指間 的間距一致，當(dāng)永磁體磁路4與層合換能結(jié)構(gòu)3-1沿z軸相對運(yùn)動時(shí)，使層合換能結(jié)構(gòu)3-l 中的壓磁層處于永磁體磁路4中各層磁鐵的磁極面所對應(yīng)氣隙空間時(shí)，壓磁層感受的磁感應(yīng) 強(qiáng)度強(qiáng)，壓磁層沿y軸方向的伸縮量大，但壓磁層偏移磁鐵磁極面所對應(yīng)的氣隙空間時(shí)，磁 感應(yīng)強(qiáng)度變?nèi)?，伸縮量減小，這樣，當(dāng)彈性懸臂梁2-l帶動永磁體磁路4與層合換能結(jié)構(gòu)3-l 產(chǎn)生往復(fù)相對運(yùn)動時(shí)，層合換能結(jié)構(gòu)3-l中的壓磁層由于感受y軸方向強(qiáng)弱交替變化的磁場， 將沿極化方向y軸產(chǎn)生伸縮變形，該形變通過粘接層傳遞到壓電層，壓電層由于壓電效應(yīng)而 產(chǎn)生電場，從而實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。上述層合換能結(jié)構(gòu)3-l由于極化方向和主要形變方向?yàn)閥軸，因此，固定層合換能結(jié)構(gòu)3- 1的筋板3-2沿x軸方向設(shè)置，即布置在層合結(jié)構(gòu)沿y方向振動的波節(jié)面上，這樣對層合結(jié) 構(gòu)沿y方向的形變影響較小，且筋板3-2是非導(dǎo)磁材料加工而成。實(shí)例2:參見附圖2，它與實(shí)施例1不同之處在于引入非導(dǎo)磁材料5用于兩個(gè)叉指狀永磁體磁 路4下端與底座1-2的連接；與彈性懸臂梁2-1固定連接的是壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3的筋板3-2上端固定在彈性懸臂梁2-1下側(cè)的一邊。當(dāng)彈性懸臂梁2-1帶動層合換能結(jié)構(gòu)3-1與永磁體磁路4產(chǎn)生往復(fù)相對運(yùn)動時(shí)，層合換 能結(jié)構(gòu)3-l中的壓磁層由于進(jìn)入不同磁感應(yīng)強(qiáng)度區(qū)域，沿極化方向y軸產(chǎn)生伸縮變形，此機(jī) 械運(yùn)動通過粘接層傳遞到壓電層，壓電層由于壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電場，從而實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。 實(shí)施例3:參見附圖3，本例結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1不同之處在于將兩個(gè)叉指狀永磁體磁路4換成了單邊叉指狀永磁體磁路4;當(dāng)受到外部振動激勵(lì)時(shí)，彈性懸臂梁2-l帶動單邊叉指狀永磁體磁路4作往復(fù)運(yùn)動，機(jī)磁電轉(zhuǎn)換原理與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4:參見附圖4，本例中采用的器件包括"匚"型支撐機(jī)構(gòu)l、彈簧2-2、連接板2-3、塊狀層 合換能結(jié)構(gòu)3-1和板狀筋板3-2組成的壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3，相對稱的兩個(gè)叉指狀永 磁體磁路4，其叉指相對放置；壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3通過筋板3-2固定在"匚"型支撐 機(jī)構(gòu)1底座1-2上，兩個(gè)叉指狀永磁體磁路4的上端分別連接在連接板2-3的兩邊，連接板2- 3的上端通過彈簧2-2與"匚"型支撐機(jī)構(gòu)1頂部彈性連接，兩個(gè)叉指狀永磁體磁路4的下端 通過彈簧2-2與"匚"型支撐機(jī)構(gòu)1的底座1-2彈性連接。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別就在于彈性機(jī)構(gòu)2與支撐機(jī)構(gòu)1的不同。其原理和工作過程 與實(shí)施例1相同。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，彈性機(jī)構(gòu)2可以選擇其它的彈性結(jié)構(gòu)，并不局限于彈簧和懸臂梁， 支撐機(jī)構(gòu)1也可以有其它形狀，并不局限于"匚"型和"L"型。 實(shí)施例5:參見附圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例4的不同在于兩個(gè)叉指狀永磁體磁路4通過非導(dǎo)磁材料5 固定在支撐機(jī)構(gòu)1的底座1-2上，而壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3的筋板3-2的上下兩端分別 通過連接板2-3及彈簧2-2與"匚"型支撐機(jī)構(gòu)1頂部及底座1-2彈性連接；由彈性機(jī)構(gòu)2帶動 壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器3沿z軸往復(fù)運(yùn)動。實(shí)施例6:本實(shí)施例采用了不同形狀的磁體構(gòu)成磁路，及不同形狀和極化方向的壓磁和 壓電層構(gòu)成層合換能結(jié)構(gòu)。附圖8是柱狀磁體4-l、環(huán)狀磁體4-2、.非導(dǎo)磁分隔層4-3、環(huán)狀層合換能結(jié)構(gòu)3-l、筋板3- 2沿中軸面剖開后的剖面圖。本實(shí)施例中的永磁體磁路4是由一系列的環(huán)狀磁體4-2和居于環(huán)狀磁體中心的柱狀磁體4- 1組成，其中，環(huán)狀磁體4-2的磁極面分別在內(nèi)圈和外圈表面。柱狀磁體4-l的磁極在中心部分和外圈，并且柱狀磁體4-l外圈磁極面和環(huán)狀磁體4-2相對，磁極相異，且通過非導(dǎo)磁分隔層4-3使環(huán)狀磁體4-2和柱狀磁體4-1保持相對靜止。環(huán)狀層合換能結(jié)構(gòu)3-1及筋板3-2 置于環(huán)狀磁體4-2和柱狀磁體4-1之間，層合換能結(jié)構(gòu)3-1中單個(gè)換能器間的間距與永磁體磁 路4中各單個(gè)環(huán)狀磁體4-2及柱狀磁體4-1的間距一致。本實(shí)施例中壓磁層的極化方向和主振方向均是沿徑向，因此，固定筋板3-2在層合換能 結(jié)構(gòu)3-1波節(jié)面上是一個(gè)圓弧柱面。本實(shí)施例中，可將環(huán)狀磁體4-2和柱狀磁體4-l與彈性結(jié)構(gòu)2連接在一起，而環(huán)狀層合 換能結(jié)構(gòu)3-1通過筋板3-2固定在支撐機(jī)構(gòu)1的底座1-2上，當(dāng)由環(huán)狀磁體4-2和柱狀磁體4-i 組成的永磁體磁路4在外部慣性力激勵(lì)下與層合換能結(jié)構(gòu)3-1產(chǎn)生相對運(yùn)動時(shí)，層合換能結(jié) 構(gòu)3-1中的壓磁層由于進(jìn)入不同磁感應(yīng)強(qiáng)度的區(qū)域，沿徑向產(chǎn)生伸縮變形，此形變通過粘接 層傳遞到壓電層，壓電層由于壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電場，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)-磁-電轉(zhuǎn)換。同樣，本實(shí)施 例也可將環(huán)狀層合換能結(jié)構(gòu)3-1通過筋板3-2與彈性機(jī)構(gòu)2連接在一起，而將環(huán)狀磁體4-2和 柱狀磁體4-1通過非導(dǎo)磁材料5固定在支撐機(jī)構(gòu)1的底座1-2上實(shí)現(xiàn)振動能到電能的轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1、一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，其特征在于它包括支撐機(jī)構(gòu)(1)、壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)、永磁體磁路(4)、彈性機(jī)構(gòu)(2)；其中，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)處于永磁體磁路(4)的氣隙磁場空間內(nèi)；壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)和永磁體磁路(4)中的一者通過彈性機(jī)構(gòu)(2)與支撐機(jī)構(gòu)(1)連接，并可隨彈性機(jī)構(gòu)(2)作往復(fù)運(yùn)動，另一者固定在支撐機(jī)構(gòu)(1)的底座(1-2)上，即或者壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)固定在底座(1-2)上，永磁體磁路(4)通過彈性機(jī)構(gòu)(2)與支撐機(jī)構(gòu)(1)連接；或者永磁體磁路(4)通過非導(dǎo)磁材料(5)固定在底座(1-2)上，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)通過彈性機(jī)構(gòu)(2)與支撐機(jī)構(gòu)(1)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，其特征 在于所述的壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)，包括層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)、筋板(3-2);各個(gè)層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)間相隔一定距離，并通過筋板(3-2)連接；筋板(3-2)的一端或 者兩端，與彈性機(jī)構(gòu)(2)或者底座(1-2)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，其特征 在于所述的層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)為壓磁材料和壓電材料交替疊放的多層結(jié)構(gòu)；層合換能結(jié) 構(gòu)(3-1)或者成塊狀，或者成環(huán)狀；所述筋板(3-2)或者成板狀，或者成圓弧柱面，分別 對應(yīng)塊狀和環(huán)狀的層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，其特征 在于所述的彈性機(jī)構(gòu)(2)為板狀的彈性懸臂梁(2-1)，所述的支撐機(jī)構(gòu)(1)為"L"型， 彈性懸臂梁(2-1) —端固定在"L"型支撐機(jī)構(gòu)(1)的垂直支架(1-1)上，彈性懸臂梁(2-1) 另一端與壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)或永磁體磁路(4)固定連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，其特征 在于所述的彈性機(jī)構(gòu)(2)由彈簧(2-2)與水平連接板(2-3)連接構(gòu)成；所述的支撐機(jī)構(gòu)(1)為"匚"型；"匚"型支撐機(jī)構(gòu)(1)上下兩側(cè)內(nèi)表面分別通過彈簧(2-2)及連接板(2-3) 與壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器(3)或永磁體磁路(4)上下兩端彈性連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，其 特征在于所述永磁體磁路(4)，或者由單邊叉指狀磁體構(gòu)成；或者由相對稱的兩個(gè)叉指狀 磁體叉指相對放置構(gòu)成；或者由柱狀磁體(4-1)和環(huán)狀磁體(4-2)相結(jié)合構(gòu)成，所述的柱 狀磁體(4-1)由若干個(gè)圓形磁體通過相同形狀的非導(dǎo)磁分隔層(4-3)連接而成，所述的環(huán) 狀磁體(4-2)由若干個(gè)環(huán)形磁體通過相同形狀的非導(dǎo)磁分隔層(4-3)連接而成；單邊叉指 狀磁體結(jié)構(gòu)的永磁體磁路(4)和兩個(gè)叉指狀磁體結(jié)構(gòu)的永磁體磁路(4)對應(yīng)塊狀層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)，層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)在單邊或兩個(gè)叉指狀永磁體磁路(4)的氣隙磁場空間內(nèi) 往復(fù)運(yùn)動；柱狀磁體(4-1)和環(huán)狀磁體(4-2)結(jié)構(gòu)的永磁體磁路(4)對應(yīng)環(huán)狀的層合換能 結(jié)構(gòu)(3-1)，環(huán)狀的層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)在柱狀磁體(4-1)和環(huán)狀磁體(4-2)之間的空隙 內(nèi)沿軸向往復(fù)運(yùn)動；兩兩相鄰層合換能結(jié)構(gòu)(3-1)間間距與永磁體磁路(4)上相鄰的兩個(gè) 永磁體間間距相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用壓磁/壓電復(fù)合換能結(jié)構(gòu)的振動能量采集器，它包括支撐機(jī)構(gòu)、壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器、永磁體磁路、彈性機(jī)構(gòu)；其中，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器處于永磁體磁路的氣隙磁場空間內(nèi)；壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器和永磁體磁路中的一者通過彈性機(jī)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)彈性連接，并可隨彈性機(jī)構(gòu)作往復(fù)運(yùn)動，另一者固定在支撐機(jī)構(gòu)的底座上；即或者壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器固定在底座上，永磁體磁路通過彈性機(jī)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)連接；或者永磁體磁路通過非導(dǎo)磁材料固定在底座上，壓磁/壓電復(fù)合磁電換能器通過彈性機(jī)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)連接；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是提供了一種適用于微弱振動的、磁電轉(zhuǎn)化效率較高的自供能裝置。
文檔編號H02N2/18GK101404468SQ20081023311
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者代顯智, 文玉梅, 平 李, 進(jìn) 楊 申請人:重慶大學(xué)