一種能量采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能量采集領(lǐng)域，特別是涉及一種能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002]振動能是環(huán)境中廣泛存在的一種能量。收集環(huán)境振動能，以給無線傳感節(jié)點(diǎn)和電子器件等供電是一種簡單環(huán)保的供電方式，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]自然環(huán)境中的機(jī)械振動大多處于低頻振動狀態(tài)，其頻率一般低于50Hz，甚至更小。為了提高能量采集效率，要求振動型能量采集器的固有頻率需要與環(huán)境中的振動源的頻率相匹配，同時(shí)還要求該能量采集器有較寬的工作頻帶以適應(yīng)振動源頻率的隨機(jī)變化。目前已有的振動型能量采集器，大多設(shè)計(jì)成高固有頻率以獲得高密度的能量輸出，少數(shù)工作在低頻環(huán)境下的能量采集器，其輸出功率也不高。并且單一固定的工作頻率也限制了能量采集器的使用范圍?，F(xiàn)有的復(fù)合式能量采集器主要靠人施加壓力的方式進(jìn)行工作，如人的肢體按壓等方式，不適用于外界頻率多變的環(huán)境振動條件，且電量輸出較低。
[0004]因而，如何實(shí)現(xiàn)在低頻振動環(huán)境中進(jìn)行高效的能量采集和輸出，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能量采集器，可以實(shí)現(xiàn)在低頻振動環(huán)境中進(jìn)行高效的能量采集和輸出。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0007]一種能量采集器，包括:
[0008]能量采集器殼體，所述能量采集器殼體的外側(cè)壁上繞有預(yù)設(shè)圈數(shù)的線圈，所述能量采集器殼體的上端設(shè)有開口；
[0009]振動片，所述振動片設(shè)有響應(yīng)外界振動的振動部，所述振動片覆蓋所述能量采集器殼體上端的開口，且所述振動片與所述能量采集器殼體固定連接；
[0010]磁鐵塊，所述磁鐵塊位于所述能量采集器殼體內(nèi)部，所述磁鐵塊與所述振動片連接;
[0011]第一摩擦層，所述第一摩擦層位于所述磁鐵塊的下端，且所述第一摩擦層與所述磁鐵塊固定連接；
[0012]第二摩擦層，所述第二摩擦層設(shè)置在所述能量采集器殼體的內(nèi)底面上，所述第二摩擦層與所述第一摩擦層按照預(yù)設(shè)碰撞間距相對設(shè)置。
[0013]可選的，還包括:質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊與所述振動片固定連接，所述質(zhì)量塊與所述磁鐵塊連接。
[0014]可選的，所述振動片的振動部為彈簧結(jié)構(gòu)梁。
[0015]可選的，所述彈簧結(jié)構(gòu)梁為雙臂梁的方型環(huán)繞結(jié)構(gòu)金屬梁、三臂梁的六邊形環(huán)繞結(jié)構(gòu)金屬梁或四臂梁的方型環(huán)繞結(jié)構(gòu)金屬梁。
[0016]可選的，所述能量采集器殼體包括:位于底部的絕緣底座；空心絕緣筒，所述空心絕緣筒的下端與所述絕緣底座連接，所述空心絕緣筒的上端開口，所述空心絕緣筒的外壁上繞有預(yù)設(shè)圈數(shù)的線圈。
[0017]可選的，還包括:墊片，所述墊片位于所述第二摩擦層和所述絕緣底座之間。
[0018]可選的，所述第一摩擦層為第一電極層，所述第二摩擦層包括自上至下層疊設(shè)置的第一高分子聚合物絕緣層和第二電極層，所述第一高分子聚合物絕緣層的表面設(shè)有微納米結(jié)構(gòu)。
[0019]可選的，所述第一摩擦層為第一電極層，所述第二摩擦層包括自上至下層疊設(shè)置的第二高分子聚合物絕緣層、第三高分子聚合物絕緣層和第二電極層，所述第二高分子聚合物絕緣層的表面設(shè)有微納米結(jié)構(gòu)。
[0020]可選的，所述第一摩擦層包括自上至下層疊設(shè)置的第一電極層和第四高分子聚合物絕緣層，所述第二摩擦層包括自上至下層疊設(shè)置的第五高分子聚合物絕緣層和第二電極層，且所述第四高分子聚合物絕緣層的表面或/和第五高分子聚合物絕緣層的表面設(shè)有微納米結(jié)構(gòu)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種能量采集器，在外界振動的環(huán)境下，振動片帶動磁鐵塊和第一摩擦層一起做受迫振動，其中，磁鐵塊與線圈發(fā)生相對運(yùn)動，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，當(dāng)磁鐵塊運(yùn)動時(shí)線圈內(nèi)部的磁通量會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；此外，第一摩擦層在做受迫振動時(shí)會和第二摩擦層發(fā)生摩擦，根據(jù)摩擦起電和靜電感應(yīng)原理，兩個(gè)摩擦層的相互接觸分離同樣會產(chǎn)生電能輸出。摩擦和電磁這兩種能量采集方式同時(shí)工作，相對于傳統(tǒng)的單一的能量采集方式，提高了裝置的能量輸出密度，實(shí)現(xiàn)了在低頻振動環(huán)境中進(jìn)行高效的能量采集和輸出。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的能量采集器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的一種振動片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的另一種振動片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的又一種振動片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的再一種振動片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的能量采集器初始間距為5_，加速度Ig條件下的時(shí)域輸出圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]正如【背景技術(shù)】部分所述，目前的振動型能量采集器，大多設(shè)計(jì)成高工作頻率以獲得高密度的能量輸出，少數(shù)工作在低頻環(huán)境下的能量采集器，其輸出功率也不高。
[0031]基于上述研宄的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量采集器，包括:能量采集器殼體，所述能量采集器殼體的外側(cè)壁上繞有預(yù)設(shè)圈數(shù)的線圈，所述能量采集器殼體的上端設(shè)有開口 ；振動片，所述振動片設(shè)有響應(yīng)外界振動的振動部，所述振動片覆蓋所述能量采集器殼體上端的開口，且所述振動片與所述能量采集器殼體固定連接；磁鐵塊，所述磁鐵塊位于所述能量采集器殼體內(nèi)部，所述磁鐵塊與所述振動片連接；第一摩擦層，所述第一摩擦層位于所述磁鐵塊的下端，且所述第一摩擦層與所述磁鐵塊固定連接；第二摩擦層，所述第二摩擦層設(shè)置在所述能量采集器殼體的內(nèi)底面上，所述第二摩擦層與所述第一摩擦層按照預(yù)設(shè)碰撞間距相對設(shè)置。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提供的能量采集器，采用摩擦和電磁這兩種能量采集方式同時(shí)工作，相對于傳統(tǒng)的單一的能量采集方式，提高了裝置的能量輸出密度，實(shí)現(xiàn)了在低頻振動環(huán)境中進(jìn)行高效的能量采集和輸出。
[0033]為了使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0034]在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的【具體實(shí)施方式】的限制。
[0035]請參考圖1，圖1為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】所提供的能量采集器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】提供了一種能量采集器，包括:能量采集器殼體1，所述能量采集器殼體I的外側(cè)壁上繞有預(yù)設(shè)圈數(shù)的線圈2，所述能量采集器殼體I的上端設(shè)有開口 ；振動片3，所述振動片3設(shè)有響應(yīng)外界振動的振動部，所述振動片3覆蓋所述能量采集器殼體I上端的開口，且所述振動片3與所述能量采集器殼體I固定連接；磁鐵塊4，所述磁鐵塊4位于所述能量采集器殼體I內(nèi)部，所述磁鐵塊4與所述振動片3連接；第一摩擦層5，所述第一摩擦層5位于所述磁鐵塊4的下端，且所述第一摩擦層5與所述磁鐵塊4固定連接；第二摩擦層6，所述第二摩擦層6設(shè)置在所述能量采集器殼體I的內(nèi)底面上，所述第二摩擦層6與所述第一摩擦層5按照預(yù)設(shè)碰撞間距相對設(shè)置。
[0037]在外界振動的環(huán)境下，振動片能夠帶動磁鐵塊和第一摩擦層一起做受迫振動，其中，磁鐵塊與線圈發(fā)生相對運(yùn)動，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，當(dāng)磁鐵塊運(yùn)動時(shí)線圈內(nèi)部的磁通量會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；此外，第一摩擦層在做受迫振動時(shí)會和第二摩擦層發(fā)生摩擦，根據(jù)摩擦起電和靜電感應(yīng)原理，兩個(gè)摩擦層的相互接觸分離同樣會產(chǎn)生電能輸出。摩擦和電磁這兩種能量采集方式同時(shí)工作，相對于傳統(tǒng)的單一的能量采集方式，提高了裝置的能量輸出密度，實(shí)現(xiàn)了在低頻振動環(huán)境中進(jìn)行高效的能量采集和輸出。
[0038]需要說明的是，需要保證第二摩擦層與第一摩擦層相對位置的準(zhǔn)確性，優(yōu)選第二摩擦層與第一摩擦層的接觸面平行相對，其中，所謂的預(yù)設(shè)碰撞間距可保證第一摩擦層在受迫振動時(shí)能夠和第二摩擦層發(fā)生接觸和分離，同時(shí)也可以通過預(yù)設(shè)碰撞間距改變該能量采集器的工作頻率和帶寬。
[0039]在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，本發(fā)明一種實(shí)施方式所提供的能量采集器，能量采集器殼體I包括:位于底部的絕緣底座11 ;空心絕緣筒12，所述空心絕緣筒12的下端與所述絕緣底座11連接，所述空心絕緣筒12的上端開口，所述空心絕緣筒12的外壁上繞有預(yù)設(shè)圈數(shù)的線圈2。
[0040]在本實(shí)施方式中，能量采集器殼體分為了絕緣底座和空心絕緣筒兩部分，其中，優(yōu)選空心絕緣筒為圓柱體型?？招慕^緣筒設(shè)置在絕緣底座上方，兩者固定連接，且根據(jù)需要，空心絕緣筒和絕緣底座可以設(shè)計(jì)成可拆卸連接，如采用螺釘連接或卡扣連接，本實(shí)施方式對此并不做限定。
[0041]需要說明的是，圖1中為了方便示出能量采集器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而空心絕緣筒和線圈只示出了截面部分。
[0042]在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式所提供的能量采集器，優(yōu)選還包括:墊片7，所述墊片7位于所述第二摩擦層6和所述絕緣底座11之間。
[0043]在本實(shí)施方式中，通過改變墊片的厚度，可以調(diào)節(jié)第一摩擦層與第二摩擦層的碰撞間距，振動片的振動部的有效剛度會發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)振動片的寬頻帶頻率響應(yīng)以及工作頻率的調(diào)節(jié)。如需要調(diào)節(jié)墊片的厚度，可以將空心絕緣筒和絕緣底座設(shè)計(jì)成可拆卸連接，將空心絕緣筒從絕緣底座