一种压电电磁式振动发电装置 |
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| 申请号 | CN201710749760.6 | 申请日 | 2017-08-28 | 公开(公告)号 | CN107508495A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 北京工业大学; | 发明人 | 姚明辉; 马立; 张伟; 刘鹏飞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种压电电磁式发电装置，该装置包括双稳态压电 悬臂梁 、磁生电结构及附属结构；所述双稳态压电悬臂梁一端固定，压电层粘贴在 基层 的根部，引线从压电层上表面以及基层表面分别引出。在环境振动激励作用下压电悬臂梁发生振动产生 电压 。磁 铁 Ⅱ在线圈内上下往复运动使线圈周围产生变化 磁场 ，从而在线圈中产生感应电压。 磁铁 Ⅱ的上下往复运动带动磁铁Ⅰ运动，在环境振动激励和磁 力 的共同作用下使压电悬臂梁发生复杂的运动，产生较大的 电能 ；磁铁Ⅰ的运动又促进磁铁Ⅱ的运动，大大提高电磁发电的效率。本发明将双稳态压电发电与电磁发电有效的结合相互补充，大大提高了系统整体的机电转换效率，极大提高了系统的发电能力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种压电电磁式振动发电装置，其特征在于：该装置包括双稳态压电悬臂梁、磁生电结构及附属结构；双稳态压电悬臂梁包引线(1)、压电层(2)、基层(3)、永久磁铁Ⅰ(4)和永久磁铁Ⅱ(6)；磁生电结构及附属结构包括永久磁铁Ⅱ(6)、导轨(7)、支架(9)、线圈(10)、永久磁铁Ⅲ(5)和永久磁铁Ⅳ(8)；所述双稳态压电悬臂梁的一端固定，压电层(2)粘贴在基层(3)的根部，引线(1)从压电层(2)上表面以及基层表面(3)分别引出；所述双稳态压电悬臂梁的自由端粘贴一个永久磁铁Ⅰ(4)；所述磁生电结构带有线圈(10)的支架(9)一端固定，支架(9)中间设一导轨(7)，永久磁铁Ⅱ(6)套在导轨(7)上；永久磁铁Ⅲ(5)和永久磁铁Ⅳ(8)分别固定在永久磁铁Ⅱ(6)的上下两侧，永久磁铁Ⅲ(5)和永久磁铁Ⅳ(8)与永久磁铁Ⅱ(6)相互排斥使永久磁铁Ⅱ(6)悬浮于线圈中间；永久磁铁Ⅱ(6)与永久磁铁Ⅰ(4)在同一水平线上，相互排斥相对放置。 |
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| 说明书全文 | 一种压电电磁式振动发电装置技术领域背景技术[0002] 随着微电子和无线网络的快速发展，从环境中捕获能量为低功耗设备供电或为蓄电池供电已成为迫切的需求；传统电池供电具有一系列的弊端，比如寿命短、需要定期更换、污染环境等；将自然界中振动形式的机械能转化成电能，既能避免传统电池的弊端，又可以为低功耗用电器供电；电磁发电是通过导线切割磁感线产生电能，将电磁发电与压电发电有机的结合可有效的增加系统的机电转换效率。因此，利用压电发电和电磁发电有机的结合是很有必要的，可以有效增大其发电量。 [0003] 压电电磁式振动发电装置能够充分的利用自然界中的振动能量，其应用性非常强，国内外有关压电发电的专利相对较少，将压电发电与电磁发电相结合的的专利更是很少。中国专利(公开号104821743A)公开了一种多模式振动发电装置，该装置在传统双稳态压电发电的基础上在两个相对磁铁的周边加上线圈。在压电悬臂梁振动过程中使磁铁在线圈内振动，导线切割磁感线产生电能。压电发电与电磁发电相结合，大大提高系统的发电量。中国专利(公开号CN101764531A)公开了一种多工作模态压电发电机，将工作在拉伸和压缩模态和工作在冲击模态的压电元件集成在压电发电机的不同部位。当发电机上下振动时，压电片或因敲击或因拉伸和压缩而产生电能。美国专利(公开号WO2010151738A3)公开了一种双稳态压电悬臂梁发电装置，有效拓宽了悬臂梁的共振频带，但带宽拓展的程度并不是很大。 发明内容[0004] 为了有效地增加振动形式的机械能转换成电能的效率，本专利提供了一种压电电磁式发电装置，将压电发电与电磁发电很好地结合，二者相互促进，大大提高系统的能量转换效率。在外激励作用下压电梁发生形变产生电能，磁铁在线圈内上下往复运动使线圈周围产生变化磁场，从而在线圈中产生感应电压。悬臂梁端部的磁铁与线圈内的磁铁运动频率不同，二者又存在非线性磁力，使两磁铁运动相互促进大大提高压电发电与电磁发电的效率，进而极大提高系统的发电效率。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种压电电磁式振动发电装置，该装置包括双稳态压电悬臂梁、磁生电结构及附属结构；双稳态压电悬臂梁包括引线1、压电层2、基层3、永久磁铁Ⅰ4和永久磁铁Ⅱ6；磁生电结构及附属结构包括永久磁铁Ⅱ6、导轨7、支架9、线圈10、永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅳ8。所述双稳态压电悬臂梁的一端固定，压电层2粘贴在基层3的根部，引线1从压电层2上表面以及基层表面3分别引出。双稳态压电悬臂梁自由端粘贴一个永久磁铁Ⅰ4，磁生电结构带有线圈10的支架9一端固定，支架9中间设一导轨7，永久磁铁Ⅱ6套在导轨7上。永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅳ8分别固定在永久磁铁Ⅱ6的上下两侧，永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅳ8与永久磁铁Ⅱ6相互排斥使永久磁铁Ⅱ6悬浮于线圈中间。永久磁铁Ⅱ6与永久磁铁Ⅰ4在同一水平线上，相互排斥相对放置。 [0006] 所述永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅱ6存在一定间距，永久磁铁Ⅳ8与永久磁铁Ⅱ6存在一定间距，永久磁铁Ⅱ6悬浮于线圈中间。 [0007] 所述永久磁铁Ⅱ6通过一小孔套在导轨7上，永久磁铁Ⅱ6的小孔表面与导轨7表面光滑。 [0008] 所述永久磁铁Ⅰ4与永久磁铁Ⅱ6存在一定间距，能够使双稳态压电悬臂梁在小激励振动下保持双稳态运动。 [0009] 所述支架9与永久磁铁Ⅱ6存在一定间距。 [0010] 所述线圈10缠绕在支架9的表面，采用多层缠绕的方式。从支架9的一端绕支架9的表面缠绕到达支架9的另一端后再朝着原来的一端缠绕，如此往复。 [0011] 所述压电层2的材料是PZT或者是极化后的PVDF。 [0013] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是： [0014] 1.本发明中利用磁铁间的排斥使磁铁悬浮，利用磁力和外界激励使悬浮磁铁运动，悬浮磁铁时时调节双稳态压电悬臂梁的运动程度，产生较大电能。 [0015] 2.悬浮磁铁的上下运动一方面能时时调节双稳态压电悬臂梁的运动程度大大提高双稳态压电悬臂梁的发电能力，一方面悬浮磁铁在线圈内上下往复运动使线圈周围产生变化磁场，从而在线圈中产生感应电压。悬臂梁端部的磁铁与线圈内的磁铁运动频率不同，二者又存在非线性磁力，使两磁铁运动相互促进大大提高压电发电与电磁发电的效率。本发明将双稳态压电发电与电磁发电有效的结合相互补充，大大提高了系统整体的机电转换效率，极大提高了系统的发电能力。附图说明 [0016] 图1是本发明的结构示意图； [0017] 图中：1、引线，2、压电层，3、基层，4、永久磁铁Ⅰ，5、永久磁铁Ⅲ，6、永久磁铁Ⅱ，7、导轨，8、永久磁铁Ⅳ，9、支架，10、线圈。 具体实施方式[0018] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。 [0019] 如图1所示，一种压电电磁式振动发电装置，该装置包括压电悬臂梁、磁生电结构及附属结构；压电悬臂梁包引线1、压电层2、基层3、永久磁铁Ⅰ4、永久磁铁Ⅱ6；磁生电结构及附属结构包括永久磁铁Ⅱ6、导轨7、支架9、线圈10、永久磁铁Ⅲ5、永久磁铁Ⅳ8。所述双稳态压电悬臂梁一端固定，压电层2粘贴在基层3的根部，引线1从压电层2上表面以及基层表面3分别引出。所述双稳态压电悬臂梁自由端粘贴一个永久磁铁Ⅰ4。所述磁生电结构带有线圈10的支架9一端固定，支架9中间设一导轨7，永久磁铁Ⅱ6套在导轨7上。永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅳ8分别固定在永久磁铁Ⅱ6的上下两侧，永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅳ8与永久磁铁Ⅱ6相互排斥使永久磁铁Ⅱ6悬浮于线圈中间。永久磁铁Ⅱ6与永久磁铁Ⅰ4在同一水平线上，相互排斥相对放置。 [0020] 所述永久磁铁Ⅲ5和永久磁铁Ⅳ8与永久磁铁Ⅱ6存在一定的间距使永久磁铁Ⅱ6悬浮于线圈中间。 [0021] 所述永久磁铁Ⅱ6有一小孔套在导轨7上，永久磁铁Ⅱ6的小孔表面与导轨7表面光滑。 [0022] 所述永久磁铁Ⅰ4与永久磁铁Ⅱ6存在一定的间距，能够使双稳态压电悬臂梁在小激励振动下保持双稳态运动。 [0023] 所述支架9与永久磁铁Ⅱ6存在一定的间距。 [0024] 所述线圈10缠绕在支架9的表面，采用多层缠绕的方式。从支架9的一端绕支架9的表面缠绕到达支架9的另一端后再朝着原来的一端缠绕，如此往复。 [0025] 所述压电层2的材料是PZT或者是极化后的PVDF。 [0027] 在环境振动激励作用下压电悬臂梁发生振动，磁铁Ⅱ6上下往复运动使线圈周围产生变化磁场在线圈中产生感应电压。磁铁Ⅱ6的上下往复运动带动磁铁Ⅰ4运动，在环境振动激励和磁力的共同作用下使压电悬臂梁发生复杂的运动，悬浮磁铁时时调节双稳态压电悬臂梁的运动程度，产生较大电能。磁铁Ⅰ4的运动又促进磁铁Ⅱ6的上下往复运动，两磁铁运动相互促进大大提高压电发电与电磁发电的效率。 [0028] 综上所述，本发明将双稳态压电发电与电磁发电有效的结合相互补充，大大提高了系统整体的机电转换效率，极大提高了系统的发电能力。 [0029] 上述具体实施方式仅仅是示意性，而不是限制性的，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形。均属于本发明的保护范畴。 |
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