專利名稱：壓電-磁電混合能量收集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓電-磁電混合能量收集裝置，屬于微電源節(jié)能技術領域。
背景技術：
能量收集裝置主要應用于清潔能源、微電源技術領域，是將環(huán)境中分散的能量轉換為可利用電能的微型發(fā)電裝置，通常配合超級電容或充電電池和能量管理電路使用，將收集到的環(huán)境能量存儲起來，同時實現對負載的供電。微電子、無線網絡和MEMS等低功耗產品得到了大力發(fā)展，低功率的嵌入式電子裝置將會成為我們日常生活中的一部份，如果不使用高成本的傳統(tǒng)有線供電，怎樣給密集的網絡中成千上萬的傳感器供電將成為問題的關鍵。而傳統(tǒng)電池成本高、需要定期更換且易造成環(huán)境污染，并且由于有些微器件的工作位置難以觸及，電池更換變得很不便甚至不可能。除此之外，在許多不能提供能源或者易燃易爆等危險場所時，電池更換問題更是難以解決。因此，如何為傳感器節(jié)點提供穩(wěn)定、持久、可靠、清潔、廉價的能源成為目前國內外研究的熱點。環(huán)境中可利用的能源種類很多，如 太陽能、風能、熱能、振動機械能等等，其中振動能量無處不在，如汽車振動，運動振動，工廠機械振動等等，振動能量收集可分為壓電式，靜電式，磁電式等等，其中壓電式和磁電式能量收集方式可以很好地結合，提高能量收集效率。
實用新型內容本實用新型提供了一種結構簡單，運行可靠，能大幅提高能量收集效率且具有較寬工作頻帶的壓電-磁電混合能量收集裝置。本實用新型為解決其技術問題采用如下技術方案一種壓電-磁電混合能量收集裝置，由能量收集模塊、整流電路、儲能調壓電路和負載順序連接而成，能量收集模塊包括多個能量收集單元，其中能量收集單元包括固定底座、固定支座、懸臂梁、壓電片、永磁鐵、線圈和引線，固定底座上設置有固定支座，固定支座上裝有經固定連接的懸臂梁，懸臂梁的上下表面附有壓電片，懸臂梁的懸空端部裝附橫向的永磁鐵，永磁鐵兩端偏下固定底座上放置有兩個串聯(lián)線圈，線圈和壓電片連接引線。所述的能量收集單元結構相同，能量收集單元的懸臂梁相互平行，但每個能量收集單元中的懸臂梁長度不同。所述的能量收集單元中永磁鐵的極化方向為長度方向，相鄰能量收集單元的永磁鐵N、S極相向放置。所述的能量收集單元能量收集方式為壓電磁電混合方式。所述的能量收集單元中線圈設置在固定底座上，線圈平面垂直于固定底座，與永磁鐵兩極表面平行，線圈間距稍大于永磁鐵的長度。所述的能量收集單元中壓電片通過導電膠粘貼到基板上，基板為導電材料，壓電片上下各有一片，上下壓電片的上下表面連接一根引線作為輸出電壓端的一極，另一極引線由中間基板引出。本實用新型的有益效果如下I、結構簡單，安裝方便，能量收集效率高，工作頻帶寬。[0016]2、可替代化學電池或者結合充電電池使用，不需要更換電池和頻繁維護；無環(huán)境污染，屬于高效清潔電源。3、實現整流、儲能和調壓功能，滿足了當前無線傳感器網絡發(fā)展的需要。
圖I為壓電-磁電混合能量收集裝置結構示意圖。圖2為能量收集單元的結構示意圖，其中1、固定底座；2、固定支座；3懸臂梁；4、壓電片；5、永磁鐵；6、線圈；7、引線。圖3為能量收集模塊中多個能量收集單元的放置示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。如圖I所示的壓電-磁電混合能量收集裝置，由能量收集模塊、整流電路、儲能調壓電路和負載順序連接而成。能量收集模塊包括多個懸臂梁3長度不等，懸臂梁3相互平行的能量收集單元。能量收集單元的具體結構如圖2所示，包括固定底座I和設置在固定底座I上的固定支座2，固定支座2上裝有經固定連接的懸臂梁3，懸臂梁3的上下表面附有壓電片4，懸臂梁的懸空端部裝附橫向放置的長方體永磁鐵5，永磁鐵5兩端偏下固定底座I上放置有兩個串聯(lián)線圈6，線圈6和壓電片4連接引線7。各個能量收集單元的結構相同，懸臂梁3的長度不同。能量收集單元的懸臂梁相互平行，相鄰單元的永磁鐵N、S極相向放置。由外部環(huán)境振動引起本裝置的振動，懸臂梁帶動永磁鐵上下振動，振動過程中線圈與磁鐵的相對運動導致通過線圈的磁通發(fā)生有規(guī)律的改變，從而在線圈中產生感應電動勢，相鄰能量收集單元的永磁鐵N，S極相向放置可有效增強磁場，增大輸出電壓，同時振動使懸臂梁3彎曲變形，壓電片4受壓，壓電片4上下表面積聚大量電荷，產生相應的電壓。當振動源振動形式為正弦波時，感應電動勢和壓電片電壓也是正弦規(guī)律，產生感應電動勢和壓電片電壓的大小與裝置自身結構特征有關，每個能量收集單元在固有頻率時達到最大輸出值，效率最高。該頻率即是單個能量收集單元的最優(yōu)工作頻率，本裝置采用多個能量收集單元，具有多個懸臂梁，懸臂梁長度各不相同如圖3所示。裝置各個能量收集單元的中心工作頻率不同，但是頻帶相互交疊，總頻帶得到拓寬，適應的工作頻率范圍更廣。整流電路和儲能調壓電路對能量收集模塊的輸出進行必要的電能轉換后對負載供電。可見，本實用新型具備結構簡單，安裝方便，能量收集效率高，頻帶寬的優(yōu)點，同時實現整流、儲能和調壓功能，可替代化學電池或者結合超級電容和充電電池使用，使裝置滿足無線傳感器網絡節(jié)點自供能的需求。
權利要求1.一種壓電-磁電混合能量收集裝置，其特征在于由能量收集模塊、整流電路、儲能調壓電路和負載順序連接而成，能量收集模塊包括多個能量收集單元，其中能量收集單元包括固定底座(I)、固定支座(2)、懸臂梁(3)、壓電片(4)、永磁鐵(5)、線圈(6)和引線(7)，固定底座(I)上設置有固定支座(2)，固定支座(2)上裝有經固定連接的懸臂梁(3)，懸臂梁(3)的上下表面附有壓電片(4)，懸臂梁的懸空端部裝附橫向的永磁鐵(5)，永磁鐵(5)兩端偏下固定底座(I)上放置有兩個串聯(lián)線圈(6)，線圈(6)和壓電片(4)連接引線(7)。
2.根據權利要求I所述的壓電-磁電混合能量收集裝置，其特征在于所述的能量收集單< 元結構相同，能量收集單元的懸臂梁(3)相互平行，但每個能量收集單元中的懸臂梁(3)長度不同。
3.根據權利要求I所述的壓電-磁電混合能量收集裝置，其特征在于所述的能量收集單元中永磁鐵(5)的極化方向為長度方向，相鄰能量收集單元的永磁鐵(5) N、S極相向放置?！?br>
4.根據權利要求I所述的壓電-磁電混合能量收集裝置，其特征在于所述的能量收集單元能量收集方式為壓電磁電混合方式。
5.根據權利要求I所述的壓電-磁電混合能量收集裝置，其特征在于所述的能量收集單元中線圈(6)設置在固定底座(I)上，線圈(6)平面垂直于固定底座(I )，與永磁鐵(5)兩極表面平行，線圈(6)間距稍大于永磁鐵(5)的長度。
6.根據權利要求I所述的壓電-磁電混合能量收集裝置，其特征在于所述的能量收集單元中壓電片(4)通過導電膠粘貼到基板上，基板為導電材料，壓電片(4)上下各有一片，上下壓電片(4)的上下表面連接一根引線(7)作為輸出電壓端的一極，另一極引線(7)由中間基板引出。
專利摘要本實用新型公開了一種壓電-磁電混合能量收集裝置，屬于微電源節(jié)能技術領域。該裝置包括能量收集模塊、整流電路、儲能調壓電路和負載。能量收集模塊包括多個能量收集單元。能量收集單元包括固定底座(1)、固定支座(2)、懸臂梁(3)、壓電片(4)、永磁鐵(5)、線圈(6)和引線(7)。各個能量收集單元的結構相同，懸臂梁的長度不同。相鄰單元的永磁鐵N、S極相向放置。本實用新型具有結構簡單，安裝方便，能量收集效率高，工作頻帶寬的特點，可應用于無線傳感器網絡的電源供應裝置。
文檔編號H02K35/02GK202503456SQ20122011177
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2012年3月23日
發(fā)明者桑英軍, 黃學良 申請人:東南大學