[实用新型]一种磁电运动能量收集器

说明书

本实用新型公开了一种磁电运动能量收集器，涉及能量收集领域，该收集器包括外部整流电路、外壳以及封装于外壳内的可动永磁体、偏置磁体和两个磁电复合层；可动永磁体与偏置磁体和磁电复合层隔离设置；偏置磁体固定于外壳底部，通过外界运动可动永磁体叠加偏置磁体用于提供周期变化磁场；两个磁电复合层置于偏置磁体上方的外壳内壁上，用于输出交变电荷；两个磁电复合层相连后再与外部整流电路的输入端连接，外部整流电路用于将交流电转换为直流电，外部整流电路的输出端与外部器件连接，给外部器件供电。该收集器便于集成在人体穿戴设备上，不依赖于电流诱导的磁场，将外部运动产生的生物机械能经过变化磁场转换为电能输出或收集。

技术领域

本实用新型涉及能量收集领域，尤其是一种磁电运动能量收集器。

背景技术

近年来，随着移动电子设备和物联网的高速发展，小型高集成器件的功耗不断上升。但传统电池寿命有限，须定期更换或充电，致使器件不能够连续不断地运作。而能量收集器能够持续地从周围环境中收集能量并直接或与传统电池协同，实现电子器件的持续运作。在诸多能量中，由于生物机械能广泛存在于人类运动中，因而最具应用前景。

为收集人体运动产生的生物机械能，研究人员尝试了各种方法技术从人体日常运动中收集生物机械能以供移动电子设备持续运作，新兴的多铁性材料由于能够实现电与磁的耦合，而吸引了研究人员开发多铁性磁电能量收集器，传统的磁电能量收集器对工作环境有较高要求：在能量收集的过程中，装置需停留在磁场附近，这极大地限制了能量收集器的活动范围，降低了能量收集器的便携性，难以应用于便携式小型集成器件中。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的磁电能量收集装置无法脱离强磁场源，被限制在固定区域而无法适用于可穿戴于人体的便携式能量收集器的问题，提出了一种磁电运动能量收集器。该收集器不依赖于电流诱导的磁场，通过收集由运动产生的生物机械能向可穿戴于人体的低功耗器件供电。

本实用新型的技术方案如下：

一种磁电运动能量收集器，包括外部整流电路、内置套筒的外壳以及封装于外壳内的可动永磁体、偏置磁体和两个磁电复合层；可动永磁体置于套筒中，与偏置磁体和磁电复合层隔离设置；偏置磁体固定于外壳底部，通过外界运动可动永磁体叠加偏置磁体用于提供周期变化磁场；两个磁电复合层置于偏置磁体上方的外壳内壁上，用于输出交变电荷；两个磁电复合层相连后再与外部整流电路的输入端连接，外部整流电路用于将交流电转换为直流电，外部整流电路的输出端与外部器件连接，给外部器件供电。

其进一步的技术方案为，可动永磁体包括一块永磁体和两个弹簧，两个弹簧的第一端分别固定于永磁体的上、下表面，两个弹簧的第二端悬空，永磁体同两个弹簧一起在套筒中上下运动，弹簧用于减少永磁体运动过程中的能量损失。

其进一步的技术方案为，两个磁电复合层在外壳内壁上相对设置，且均采用三明治结构，第一磁电复合层依次包括第一磁致伸缩层Ⅰ、第一压电层、第一磁致伸缩层Ⅱ，第二磁电复合层依次包括第二磁致伸缩层Ⅰ、第二压电层、第二磁致伸缩层Ⅱ；第一磁致伸缩层Ⅰ和第二磁致伸缩层Ⅱ分别粘贴在外壳内壁上，且分别引出导线连接外部整流电路的输入端。

其进一步的技术方案为，第一磁致伸缩层Ⅱ连接第二磁致伸缩层Ⅰ，实现两个磁电复合层的串联。

其进一步的技术方案为，第一磁致伸缩层Ⅰ连接第二磁致伸缩层Ⅰ、第一磁致伸缩层Ⅱ连接第二磁致伸缩层Ⅱ，实现两个磁电复合层的并联。

其进一步的技术方案为，第一磁致伸缩层Ⅰ、Ⅱ和第二磁致伸缩层Ⅰ、Ⅱ分别由三片磁致伸缩材料粘合而成。

其进一步的技术方案为，磁电复合层采用厚度方向极化、长度方向磁化的耦合模式。

其进一步的技术方案为，第一压电层和第二压电层的尺寸均为28×6×0.6mm³，第一磁致伸缩层Ⅰ、Ⅱ和第二磁致伸缩层Ⅰ、Ⅱ的尺寸均为40×6×0.02mm³。