[发明专利]一种振动能量采集器

说明书

技术领域

本申请涉及微能源技术领域，尤其涉及一种振动能量采集器。

背景技术

随着化石能源的逐步枯竭以及其造成的污染问题日益严峻，人类正在探索新型的绿色能源以满足日常生活运转。振动能即自然环境中广泛存在的一种能量；如，车辆运动即可产生振动能，故而在交通要道路、地铁运行线、以及运行车辆等区域及场所，机械振动能量密度仅次于太阳能，通过一种能量采集器将这些振动能量采集转化为电能，可用于供给电子设备等低功耗设备；又如，人体日常运动产生的机械振动能量也可以通过能量采集器转化为电能，为植入人体的神经假肢等低功耗医疗器械供能。相对于太阳能，机械振动能量不受天气影响，且具有较好的功率输出稳定性，从而在世界范围内受到了广泛的关注和研究。

现有一种压电式振动能量采集器，其利用质量块带动压电梁变形，进而使压电材料产生形变，从而在压电体相对面产生相反的极化电荷；压电梁通常设置于采集器结构中形变最大的部位，而用于带动梁结构变形的质量块相关的芯片面积却难以被有效的利用起来进行能量转化。因此，相对于压电式振动能量采集器的占用面积、体积，其能量采集效率有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本申请目的在于提供一种振动能量采集器，以提高振动能量采集效率。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种振动能量采集器，包括：静电单元、压电单元和储能电路；

所述静电单元包括固定金属板、绝缘板和可动金属板；

所述绝缘板设置于所述固定金属板和可动金属板之间；所述固定金属板和绝缘板相互贴合，并弯曲呈一弧面体；所述可动金属板的一边作为固定端，与所述绝缘板固定连接；

所述压电单元包括压电片和质量块；

所述压电片贴设于所述可动金属板的外表面，所述压电片和所述可动金属板之间设有绝缘介质；所述质量块固定于所述固定端的对边，用于带动所述可动金属板产生形变；

所述压电片通过导线与所述可动金属板连接；所述储能电路分别与所述固定金属板和压电片连接；

所述储能电路用于储存所述静电单元和压电单元转化得到的电能。

优选的，所述振动能量采集器还包括绝缘盖板和绝缘基台；

所述绝缘盖板覆盖于所述可动金属板的固定端上方，所述绝缘基台的上表面为与所述弧面体相匹配的弧面，所述弧面体贴设于所述绝缘基台的上表面；

所述绝缘盖板和绝缘基台之间连接，以固定将所述可动金属板与所述弧面体。

优选的，所述绝缘盖板和绝缘基台采用相同的绝缘材料加工而成。

优选的，所述绝缘板采用的绝缘材料包括电容器纸和绝缘薄膜。

优选的，所述压电片通过绝缘粘胶贴设于所述可动金属板的外表面。

优选的，所述固定金属板和/或可动金属板采用高弹性金属薄板加工而成；

所述高弹性金属薄板包括铍青铜板。

优选的，所述压电片包括压电体、上表面电极和下表面电极；

所述上表面电极贴设于所述压电体的上表面；所述下表面电极贴设于所述压电体的下表面；

所述下表面电极通过导线与所述可动金属板电连接；所述上表面电极与所述储能电路连接。

优选的，所述储能电路包括第一二极管、第二二极管和储能电容；

所述第一二极管和第二二极管反向并联，所述储能电容串联接入所述第二二极管所在并联支路；

所述第一二极管的阴极接于所述固定金属板，所述第一二极管的阳极接于所述上表面电极。

优选的，所述压电体采用以下任一种压电材料加工而成：压电薄膜和压电陶瓷晶片。

从上述的技术方案可以看出，本申请将静电单元、压电单元和储能电路连接为串联回路，在外振动激励下，压电单元中的质量块带动静电单元中的可动金属片发生弯曲形变，从而同时引起压电单元中压电片的形变及静电单元的静电电容的变化，静电单元以压电片形变产生的交流电压为预充电电源，在预充电完成后，与压电片形变产生的交流电压一起将电能输出至储能电路。本申请实施例实现了压电式能量采集和静电式能量采集的耦合，不需单独设置预充电电源，实现了静电式能量采集的无源化，提高了能量采集效率，解决了现有技术的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。