[发明专利]一种振动能量采集器

说明书

技术领域

本发明涉及能量采集器的技术领域，具体涉及一种振动能量采集器，可以对各个方向的振动激励加以响应，实现能量的采集，将环境中的振动能转换成电能，可以提高能量采集的效率。

背景技术

随着石化能源的逐步消耗，能源问题逐渐受到全世界的关注。而自然界赋予我们各种形式的能量，目前大部分能量没有被利用起来。比如，通过光电转换形式将太阳光能转换成电能，通过热电效应将余热转换为电能，通过生物化学反应的能量采集，通过部件运动将环境中的振动能转换成电能。振动能量采集可以应用到各个领域，许多有振动的物体，比如汽车、火车、桥梁以及楼宇都有一定频率的振动来源，而人的日常行走也有一定的振动来源。这些振动来源都蕴含有丰富的能量，如果能将这些能量合理的收集起来，可以供电子器件使用。目前研究中用于振动能量采集的主要方式有压电式、电磁式和静电式，压电式能量采集器主要特点是输出电压高、压电梁通常需要工作与频率较高的范围；而电磁式能量采集器的特点是其输出电流较大、电压较小。通常研究的能量采集器是对某一方向的振动激励进行响应而进行能量采集，而且其需要的工作频率比较高，在较低的频率范围，比如人体运动的频率只有10Hz以下，则不能有效的进行振动能量的采集。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种振动能量采集器，可以响应多个方向的振动，对平面内各方向的振动激励进行响应，尤其是对多方向的低频振动进行响应，可以有效的将振动能量转换成电能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种振动能量采集器，包括支架，支架上方设有盖板，支架下方设有底板，所述支架内设有至少3个折叠压电梁，折叠压电梁的两侧面设有电极，折叠压电梁的折弯部之间设有间距，折叠压电梁的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁的固定端固定在支架上，折叠压电梁的悬臂端延伸至支架的中部，折叠压电梁的悬臂端围成的空间内设有球体，折叠压电梁的悬臂端之间设有间距，球体与折叠压电梁的悬臂端设有间距。

所述折叠压电梁的悬臂端均固定设有挡块，挡块围成的中心设有球体，球体与挡块之间设有间距，挡块之间设有间距。

所述挡块为圆弧形的挡块，挡块的内凹侧与球体相对。

所述盖板和底板的内表面上设有螺旋线圈，螺旋线圈两端设有引出线，球体为磁化的球体；所述球体呈半径方向磁化，球体的中心为一个磁极，球体外侧的磁极与球体中心的磁性相同。

所述挡块为磁铁块，挡块靠近球体外侧的磁极与球体外侧的磁极相反。

所述支架是呈圆柱筒形的支架，折叠压电梁的数量设有4个，折叠压电梁沿支架圆周均匀分布，4个折叠压电梁在同一个平面上、且该平面与螺旋线圈平行。

所述折叠压电梁的横截面从悬臂端到固定端逐渐减小。

所述的折叠压电梁通过可调节连接方式与支架相连接。

所述球体位于支架的中心，所述螺旋线圈设置在盖板和底板的中心。

所述盖板和底板上设有若干个螺旋线圈，每个折叠压电梁悬臂端的上方和下方均设有螺旋线圈；所述盖板和底板上的螺旋线圈上设有覆盖层，覆盖层厚度比螺旋线圈的厚度大，覆盖层由绝缘材料构成。

所述球体和挡块采用钕铁硼制成，折叠压电梁采用压电系数大的PZT或PVDF制成。

本发明的有益效果：在质量球体周围分布压电折叠梁，当球体在外界振动激励作用下运动（以滚动为主，滚动的摩擦力更小）给周围的压电折叠梁施加作用力使其变形产生应力，这样由于压电效应在折叠压电梁两侧产生压电电荷，通过压电折叠梁两侧的电极由电源管理电路收集；进一步，考虑采用磁性球体，同时在底板和盖板上设置感应线圈，这样当磁性的球体运动时，一方面可以对压电折叠梁施加作用力，另一方面由于磁性球的运动其磁场也发生变化，这样在上下感应线圈内由于磁通量变化而产生感应电动势，可以同时利用压电效应和电磁效应进行振动能量采集，采集效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例3的爆炸图1的结构示意图。

图2为本发明实施例3的爆炸图2的结构示意图。

图3为本发明实施例3去掉盖板的结构示意图。

图4为本发明实施例3的外部结构示意图。