[实用新型]一种响应多方向振动的压电-电磁复合式振动能量采集器

说明书

本实用新型描述了一种响应多方向振动的压电‑电磁复合式振动能量采集器，采用永磁体球作为拾振结构，在外界振动源的作用下，永磁体球在由六个绝缘层所围成的腔体内运动，通过永磁体球的运动引起压电层的弯曲变形，进而形成压电电压，从而实现通过压电效应将机械振动能量转化为电能。此外，永磁体球的在腔体中运动，使磁极方向不停改变，通过空间位置上的六个感应线圈层可以充分利用磁极在空间各方位变化带来的磁通量的变化形成感应电动势。本采集器具有环境适应能力强，可适应多方向多种频率的振动环境，同时具有无污染，能量转化效率高、尺寸小等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种收集环境中振动能量的能量采集器，具体涉及一种响应多方向振动的压电-电磁复合式振动能量采集器。

背景技术

在能源技术的发展方面，对新能源的开发利用成为一个方兴未艾的新课题。在尝试研究新的能源来代替传统能源的过程中，一些科学家提出利用收集利用自然界中广泛存在着太阳能、振动能、风能、噪声和温度梯度等各种能量源来替代传统的能源。由此，能量采集技术成为一个重要的研究方向。振动机械能是一种广泛存在于自然界中的能量，也是一种最容易从环境中收集到的能量源，它的研究吸引着各国研究人员的关注。振动能量是一种高能量密度的能量源，因此能够满足一般的微型无线传感产品和嵌入式器件的供电要求。再加上其体积小，质量轻，加工方便，工作可靠，环境适应性好，寿命长，因此完全有可能取代传统电池、有线电源和微电池，成为新的微型能源供应解决方案。目前，基于振动式的能量收集器的工作方式主要有三种：电磁式、静电式和压电式。目前的专利和论文中较少涉及三者间相互混合方式的能量收集装置。此外，由于环境中的振动能量普遍非常微弱，振动频率低且频带宽，振动幅值、频率和方向的随机性大，当前振动能量收集器普遍存在的适用振动范围窄、输出功率密度低的问题。另外，大多振动的能量采集器只能对单一方向的振动做出响应，只能在特定的场合工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供了一种结构简单，无污染，可用于快速响应多种振动方向的一种响应多方向振动的压电-电磁复合式振动能量采集器。

本实用新型的技术方案是这样实现的。

一种响应多方向振动的压电-电磁复合式振动能量采集器，包括上固定外壳、下固定外壳、永磁体球以及六个相同的能量采集模块，所述能量采集模块包括第一绝缘隔离层、第一压电电极、压电层、第二压电电极、第二绝缘隔离层、感应线圈层、第三绝缘隔离层，所述第一绝缘隔离层具有球面凹侧和方形平面侧，由第一绝缘隔离层的方形平面侧向外依次制备第一压电电极、压电层、第二压电电极、第二绝缘隔离层、感应线圈层、第三绝缘隔离层。由六个相同的能量采集模块的第一绝缘隔离层的球面凹侧可为围成球形腔体，所述永磁体球放置在上述球形腔体内，所述上固定外壳和下固定外壳完全相同并能组成正方体结构，上固定外壳内侧开设有第一阶梯槽、第二阶梯槽、第三阶梯槽、第四阶梯槽、第五阶梯槽，类似地，在下固定外壳内侧开设有第六阶梯槽、第七阶梯槽、第八阶梯槽、第九阶梯槽、第十阶梯槽，能量采集模块的第三绝缘隔离层被固定在上固定外壳和下固定外壳内侧的阶梯槽的上槽内，在外界振动激励的作用下，作为拾振器的永磁体球将会在由第一绝缘隔离层所围成的腔体空间内运动。永磁体球的运动会对能量采集模块造成挤压和伸张，引起压电层的形变，进而形成压电电压。同时，由于永磁体球的振动，使得通过能量采集模块的感应线圈层内的磁通量改变，从而产生感应电动势。

所述永磁体球为球体，优选N42型钕铁硼永磁体。

所述由六个能量采集模块的第一绝缘隔离层的球面凹侧应能围成球形腔体，所述永磁体球可在所述腔体内运动。

所述第一压电电极、压电层、第二压电电极不会影响磁场，也不会受磁场影响。第一压电电极和第二压电电极优选铂作为材料，压电层优选压电陶瓷。

所述感应线圈层为矩形螺旋面结构或圆形螺旋面结构，所述第一绝缘隔离层、第一压电电极、压电层、第二压电电极、第二绝缘隔离层、感应线圈层、第三绝缘隔离层的几何中心线应重合。