[发明专利]一种动力机械的复合式振动俘能装置

说明书

本发明涉及俘能装置技术领域，且公开了一种动力机械的复合式振动俘能装置，包括外壳、压电‑电磁式振动收集模块，该收集模块安装于外壳内；压电‑电磁式振动收集模块包括弹性梁、四个压电陶瓷、两个磁铁以及线圈；每个压电陶瓷贴附于弹性梁的上表面，每个磁铁贴附于压电陶瓷的中心位置，磁铁轴线与弹性梁表面轴线平行，两个磁铁的磁极相吸。本发明所使用的非对称式螺旋弹性梁，能够在有限的空间内增加弹性梁的长度，在相同条件下有效减小固定端应力，有效避免了应力集中问题，增加装置的使用寿命；螺旋弹性梁可以看作平面弹簧，在能够收集原有固有频率振动能量之外，拓宽装置回收能量的工作频带，提高了装置的应用范围和俘能效率。

技术领域

本发明涉及俘能装置技术领域，具体为一种动力机械的复合式振动俘能装置。

背景技术

各类动力机械在运行过程中会产生剧烈的低频振动。通常情况下，这些振动往往以机械能等形式耗散，而这是一笔储量丰富、分布广泛的可再生清洁能源。如果能通过俘能装置将振动能量转化为电能，为动力机械表面的传感设备供电，这样便能够实现传感网络的无线化、自供能化。这将有效解决传统传感器布线困难、需要额外能量输入、电池污染大、更换电池困难等众多难题，同时能够变废为宝，实现无用能量的回收和再利用。

目前，针对微小低频振动的能量收集方式主要有四种，分别是静电式、压电式、电磁式和摩擦式。静电式能量收集技术有很好的集成特性，但其在产生电能前需外加初始电压，限制了其应用范围，所以并未广泛应用。对于压电式能量收集技术，单压电悬臂梁是最典型的振动能量收集结构，已有较广泛研究。其虽然能量转换效率高，但压电陶瓷脆性较大，易疲劳，所以使用寿命较短。电磁式能量收集技术已被广泛应用在许多能量收集器中。其中悬臂梁式结构研究较多,但是存在磁体与线圈尺寸较大，输出电压较低等问题。摩擦式能量收集技术的核心部件为两种摩擦电序不同的材料，具有结构简单、成本低、重量轻、功率密度高和效率高等特点。

近些年，复合式能量采集技术已经被证明是实现振动能量高效获取的有效途径，通过合理设计装置结构，可以实现兼顾多种发电方式的优点，同时提高空间利用率。国内外学者在复合式振动能量收集领域贡献了众多阶段性成果，各种新型俘能装置不断涌现，但其仍然面临着众多问题：(1)现有的采用两端固支式弹性梁的能源收集装置虽然在特定频段能够实现较好的输出，但弹性梁的两端固支部分会产生应力过大的现象，从而容易造成装置疲劳与发电模块的损坏，缩短装置寿命；(2)大多数能源收集装置对于随机、不规则的环境振动没有很好的响应，从而大大降低了振动能量的收集范围；如何在保证能量收集装置在高功率输出的前提下提高装置寿命、提高装置的响应频带，成为了亟待解决的技术难题。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种动力机械的复合式振动俘能装置，目的是为了克服应用于动力机械的两端固支式弹性梁振动能量收集装置应力集中、寿命较短的问题以及振动能量收集装置对于随机不规则振动响应较弱的问题而提供一种使用摩擦-压电-电磁复合式发电技术的动力机械的复合式振动俘能装置，可以在保证高功率收集动力机械振动能量的同时有效解决弹性梁应力集中问题，并提高装置对随机振动的响应。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：