CN206922666U - 一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池，包括：电池顶盖、上弹簧、上垫圈、空心轴、下垫圈、下弹簧、电池外壳、磁性电池底座和复合式压电悬臂梁，其中：所述电池顶盖、电池外壳、电池底座组成了密封腔；所述上弹簧、上垫圈、复合式压电悬臂梁、下垫圈、下弹簧和空心轴组成了压电发电装置。当该装置发生振动时，复合式压电悬臂梁发生上下振动导致压电片发电，同时复合式压电悬臂梁端部线圈绕组由于磁通量发生变化产生感应电流，将压电发电与电磁发电能量采集到纽扣电池中，用于微机电***、无线传感器等领域，具有能量采集效率好、免维护、寿命长、节能环保、易于集成和环境适应性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于压电发电领域，具体涉及一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池。
背景技术
随着科学技术的发展，自供电技术在微机电***、精密机械、智能机械、无线传感器、生物医疗、航空航天等领域中占据越来越重要的地位，同时人们对环保理念的重视也越来越强，因此迫切需要一种易于与微小机械集成的新能源电池代替传统干电池、纽扣电池和锂电池等。伴随着压电发电技术的发展，以压电陶瓷为核心功能材料的压电自发电装置脱颖而出。然而现有关于压电自发电电池或电磁式自发电电池实用新型专利较少，设计成与传统纽扣电池形状大小一样的压电式或电磁式电池几乎没有。专利号CN202713190U公布一种压电电磁复合式微能源装置专利，利用传统压电悬臂梁压电发电的同时，其压电悬臂梁末端用磁铁代替质量块，并在磁铁下方布置线圈绕组，利用悬臂梁末端上下振动带动磁铁上下振动，导致布置于磁铁正下方线圈磁通量发生变化，产生感应电流。该专利结构简单，相比于单一压电发电，能量采集效率显著提高。结合目前关于压电、电磁复合式能量采集装置的论文与专利，可以设计一种利用压电发电和电磁发电结合的、振动能量采集效率好、能量转化效率高、环境适应性强、易于集成的压电电磁复合式振动俘能纽扣电池。
发明内容
为了解决目前一般的压电自发电结构功率密度低、环境适应性差、不易于集成、不能满足用电器件需求的问题，提出了一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池，该压电电磁复合式振动俘能纽扣电池由电池顶盖、电池外壳与磁性电池底座构成了圆柱形纽扣电池外部结构，电池内部由垫圈、弹簧、空心轴和复合式压电悬臂梁组成振动能量转化结构，该装置不仅将传统压电悬臂梁结构形式改变变成阵列式扇形压电悬臂梁充分利用了电池圆柱体内部空间，而且将压电悬臂梁末端质量块改成了圆环线圈，压电悬臂梁振动的同时圆环线圈因磁通量变化产生感应电流。复合式压电悬臂梁上压电片产生的电能和线圈圆环产生的电能通过导线接到安装在空心轴里的整流电路和储能元件中，再通过导线接到布置于电池顶盖和电池底座正中的电极上，形成与普通电池类似的供电结构。当该压电电磁复合式振动俘能纽扣电池代替传统电池放置于某些网络传感器节点、微机电***等低耗能元件上时，可以满足自供电需求，且结构微小易于集成，不需要人工维护，使用寿命长且节能环保。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池，包括：电池顶盖、上弹簧、上垫圈、空心轴、下垫圈、下弹簧和电池外壳，其特征在于还包括磁性电池底座和复合式压电悬臂梁，其中：所述电池顶盖为圆片形构件，其底面正中布置有圆形沉槽，电池顶盖外端面正中安装有电极；所述磁性电池底座为圆片结构，其顶面正中布置的圆形沉槽与电池顶盖底面圆形沉槽正对，磁性电池底座外端面正中安装有电极；所述电池外壳为圆柱形壳体，其上端面与电池顶盖下端面连接、下端面与磁性电池底座上端面连接组成密封腔体；所述空心轴过渡配合安装在电池顶盖沉槽和磁性电池底座沉槽中，空心轴内部安装有整流电路和储能元件；所述复合式压电悬臂梁由弹性基板、扇形压电片和线圈圆环组成，弹性基板由圆环片及其外阵列布置的若干扇形悬臂梁构成，扇形压电片对称粘贴在弹性基板扇形悬臂梁上下表面，线圈圆环对称粘贴在弹性基板扇形压电悬臂梁外缘上下表面；所述上弹簧与下弹簧为相同螺旋弹簧；所述上垫圈与下垫圈为相同构件，垫圈内外径与弹性基板圆环片内外径相同；所述下弹簧、下垫圈、复合式压电悬臂梁、上垫圈和上弹簧依次套在空心轴上，下弹簧下端与磁性电池底座上表面接触，上端与下垫圈底面接触，下垫圈顶面与复合式压电悬臂梁底面连接，复合式压电悬臂梁顶面与上垫圈底面连接，上垫圈顶面与上弹簧下端接触，上弹簧上端与电池顶盖底面接触。
所述下弹簧、下垫圈、复合式压电悬臂梁、上垫圈和上弹簧组成的压电发电单元多个依次叠加形成叠堆式压电发电结构。
工作时，将该压电电磁复合式振动俘能纽扣电池装在微机电***、无线传感器网络节点等耗电元件上，当这些元器件收到环境振动时，压电电磁复合式振动俘能纽扣电池内部复合式压电悬臂梁由于惯性上下振动，将复合式压电悬臂梁机械能转化为弹簧弹性势能，弹簧弹性势能与复合式压电悬臂梁机械能相互转化，持续时间很长，压电片产生机械变形发电，同时线圈圆环上下振动，其内部磁通量发生变换，会产生感应电流，压电发电与电磁发电通过导线接到空心轴里的整流电路和储能元件，存储的的能量通过导线接到布置于电池顶盖和电池底座中间电极上，实现与普通电池类似的供电结构。
附图说明
图1 是本发明一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池安装关系示意图。
图2 是本发明一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池装配体剖视示意图。
图3 是本发明一种压电电磁复合式压电悬臂梁零件等轴测示意图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本发明一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池，由电池顶盖（1）、上弹簧（2）、上垫圈（3）、空心轴（4）、下垫圈（5）、下弹簧（6）、电池外壳（7）、磁性电池底座（8）和复合式压电悬臂梁（9）构成，其中：所述电池顶盖（1）为圆片形构件，其底面正中布置有圆形沉槽，电池顶盖外端面正中安装有电极；所述磁性电池底座（8）为圆片形构件，其顶面布置的圆形沉槽与电池顶盖（1）底面圆形沉槽正对，磁性电池底座外端面正中安装有电极；所述电池外壳（7）为圆柱形壳体，其上端面与电池顶盖（1）下端面粘接、下端面与磁性电池底座（8）上端面粘接组成密封腔体；所述空心轴（4）过渡配合安装在电池顶盖（1）沉槽和磁性电池底座（8）沉槽中，空心轴内部安装有整流电路和储能元件；所述复合式压电悬臂梁（9）由弹性基板（91）、扇形压电片（92）和线圈圆环（93）组成，弹性基板（91）由圆环片及其外阵列布置的若干扇形悬臂梁构成，扇形压电片（92）对称粘贴在弹性基板（91）扇形悬臂梁上下表面，线圈圆环（93）对称粘贴在弹性基板（91）扇形压电悬臂梁外缘上下表面；所述上弹簧（2）与下弹簧（6）为相同螺旋弹簧；所述上垫圈（3）与下垫圈（5）为相同构件，垫圈内外径与弹性基板（91）圆环片内外径相同；所述下弹簧（6）、下垫圈（5）、复合式压电悬臂梁（9）、上垫圈（3）和上弹簧（2）依次套在空心轴（4）上，下弹簧（6）下端与磁性电池底座（8）上表面接触，上端与下垫圈（5）底面接触，下垫圈（5）顶面与复合式压电悬臂梁（9）底面粘接，复合式压电悬臂梁（9）顶面与上垫圈（3）底面粘接，上垫圈（3）顶面与上弹簧（2）下端接触，上弹簧（2）上端与电池顶盖（1）底面接触。
所述下弹簧（6）、下垫圈（5）、复合式压电悬臂梁（9）、上垫圈（3）和上弹簧（2）组成的压电发电单元多个依次叠加形成叠堆式压电发电结构。
工作时，将该压电电磁复合式振动俘能纽扣电池装在微机电***、无线传感器网络节点等耗电元件上，当该耗电元器件受环境振动时，压电电磁复合式振动俘能纽扣电池内部复合式压电悬臂梁由于惯性上下振动，将复合式压电悬臂梁机械能转化为弹簧弹性势能，弹簧弹性势能与复合式压电悬臂梁机械能相互转化，持续时间很长，压电片产生机械变形发电，同时线圈圆环上下振动，其内部磁通量发生变换，会产生感应电流，压电发电与电磁发电通过导线接到空心轴里的整流电路和储能元件，存储的的能量通过导线接到布置于电池顶盖和电池底座中间电极上，实现与普通电池类似的供电结构。
Claims (2)
1.一种压电电磁复合式振动俘能纽扣电池，包括：电池顶盖（1）、上弹簧（2）、上垫圈（3）、空心轴（4）、下垫圈（5）、下弹簧（6）和电池外壳（7），其特征在于还包括磁性电池底座（8）和复合式压电悬臂梁（9），其中：所述电池顶盖（1）为圆片形构件，其底面正中布置有圆形沉槽；所述磁性电池底座（8）为圆片形构件，其顶面布置一圆形沉槽与电池顶盖（1）底面圆形沉槽正对；所述电池外壳（7）为圆柱形壳体，其上端面与电池顶盖（1）下端面连接、下端面与磁性电池底座（8）上端面连接组成密封腔体；所述空心轴（4）过渡配合安装在电池顶盖（1）沉槽和磁性电池底座（8）沉槽中；所述复合式压电悬臂梁（9）由弹性基板（91）、扇形压电片（92）和线圈圆环（93）组成，弹性基板（91）由圆环片及其外阵列布置的若干扇形悬臂梁构成，扇形压电片（92）对称粘贴在弹性基板（91）扇形悬臂梁上下表面，线圈圆环（93）对称粘贴在弹性基板（91）扇形压电悬臂梁外缘上下表面；所述上弹簧（2）与下弹簧（6）为相同螺旋弹簧；所述上垫圈（3）与下垫圈（5）为相同构件，垫圈内外径与弹性基板（91）圆环片内外径相同；所述下弹簧（6）、下垫圈（5）、复合式压电悬臂梁（9）、上垫圈（3）和上弹簧（2）依次套在空心轴（4）上，下弹簧（6）下端与磁性电池底座（8）上表面接触，上端与下垫圈（5）底面接触，下垫圈（5）顶面与复合式压电悬臂梁（9）底面连接，复合式压电悬臂梁（9）顶面与上垫圈（3）底面连接，上垫圈（3）顶面与上弹簧（2）下端接触，上弹簧（2）上端与电池顶盖（1）底面接触。
2.根据权利要求1所述压电电磁复合式振动俘能纽扣电池，其特征在于：所述下弹簧（6）、下垫圈（5）、复合式压电悬臂梁（9）、上垫圈（3）和上弹簧（2）组成的压电发电单元多个依次叠加形成叠堆式压电发电结构。
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| CN108195942A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-06-22 | 桂林电子科技大学 | 一种链轮与圆环链的啮合性能声发射检测装置及方法 |
| CN109282891A (zh) * | 2018-08-13 | 2019-01-29 | 西安陆海地球物理科技有限公司 | 一种压电晶片 |
| CN110429863A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-08 | 北京康拓红外技术股份有限公司 | 一种宽频高可靠性压电梁耦合能量收集装置 |
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