[发明专利]分离激励式压电-磁电复合振动俘能装置

说明书

本发明公开了分离激励式压电‑磁电复合振动俘能装置，包括顶盖、导轨、上多匝线圈、罐体、基底梁、下磁性限位块、下多匝线圈、底座和可动磁块，顶盖底部的中间位置固定连接有上磁性限位块，罐体的顶部通过螺纹连接于顶盖的内部，底座通过螺纹连接于罐体的底部，下磁性限位块固定连接于底座中心位置的顶部，导轨的两端分别套设于上磁性限位块与下磁性限位块的内部，导轨的外部套设有可动磁块。本发明实现了在低频、高幅振动环境下的能量收集，能在多种振动环境下保持较高的输出电压值，并能避免环境振动特征突变对压电材料造成损坏，解决了现有梁式振动俘能装置适用性差、工作频域高、输出电压低、压电材料易损坏的问题。

技术领域

本发明涉及振动俘能技术领域，具体涉及分离激励式压电-磁电复合振动俘能装置。

背景技术

近年来，随着全球气候变暖的加剧以及煤炭、石油、天然气等不可再生资源愈发紧缺，可再生、可持续的绿色能源的利用成为了亟待解决的研究课题。自然环境中的振动几乎无处不在，机械振动能是环境中可被广泛利用的能源之一。振动能量收集方法有多种形式，其中压电式能量收集方式具有结构简单、能量密度高、无污染、不受外界环境电磁干扰等突出优点，受到了学术界广泛的重视。

国内外对振动俘能的研究已步入正轨，压电振动俘能已出现在研究生、本科生的教学以及一些企业的生产科研中。现有的俘能装置和俘能结构仍存在许多不足，目前应用最广的悬臂梁式结构多利用结构共振增大输出电压，只适用于较为单一的振动环境，俘能频带窄且所处频域范围较高，不能较好地匹配生产生活中多见的低频、多变的振动频率，并且由于末端质量块惯性的限制，梁式结构难以快速形变，很大程度上限制了俘能装置的输出电压，并且在振动环境偶有变化，如在承受冲击荷载时，环境振幅超出俘能结构设计值，压电材料的高脆性特点使其极易产生脆性断裂，不利于压电俘能装置的推广使用。现需要一种能够匹配低频、高振幅且适应振动频率复杂振动环境的振动俘能装置来解决以上问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供分离激励式压电-磁电复合振动俘能装置，可以适用于低频、高幅的振动环境，能在多种振动特征下保持较高的输出电压值，并能避免环境振动特征突变对压电材料造成损坏，解决了现有梁式振动俘能装置适用性差、工作频域高、输出电压低、压电材料易损坏的问题。

本发明的分离激励式压电-磁电复合振动俘能装置，包括顶盖、上磁性限位块、导轨、上多匝线圈、罐体、基底梁、压电片、下磁性限位块、下多匝线圈、底座和可动磁块，其特征在于：所述顶盖底部的中间位置固定连接有上磁性限位块，所述罐体的顶部通过螺纹连接于顶盖的内部，所述底座通过螺纹连接于罐体的底部，所述下磁性限位块固定连接于底座中心位置的顶部，所述导轨的两端分别套设于上磁性限位块与下磁性限位块的内部，所述导轨的外部套设有可动磁块，所述可动磁块的环形表面螺旋环绕有拨片凸起，所述基底梁固定连接于罐体的内壁，所述基底梁的顶部和底部均通过导电胶粘贴有压电片，所述压电片设置有六十组，所述基底梁设置有三十组，且两组压电片与一组基底梁组成一组压电俘能结构，每十组压电俘能结构以圆周对称阵列方式固定连接于罐体的内壁上构成一组压电俘能阵列结构，罐体的内壁上设置有三组压电俘能阵列结构，所述顶盖底部的中间位置开设有顶盖通孔，所述导轨内壁的顶部设置有上多匝线圈，所述导轨内壁的底部设置有下多匝线圈，所述顶盖的中心轴线、罐体的中心轴线、上磁性限位块的中心轴线、上多匝线圈的中心轴线、下多匝线圈的中心轴线、下磁性限位块的中心轴线和底座的中心轴线互相重合。

进一步的，所述顶盖为中空结构，所述顶盖通孔的直径与上磁性限位块内径相同，所述上多匝线圈的首、尾导线从顶盖通孔中引入顶盖的腔体内部，所述下多匝线圈的首、尾导线从顶盖通孔中引入顶盖的腔体内部，所述上多匝线圈与下多匝线圈的匝数相同，具体匝数由实际需求决定。

进一步的，所述上磁性限位块的底部和可动磁块的顶部以同极相对安装，所述下磁性限位块的顶部和可动磁块的底部以同极相对安装，所述上磁性限位块和下磁性限位块的结构、外形、大小和质量相一致。