CN209057124U - 一种复合式振动能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种复合式振动能量采集器，包括盖板、框架和磁电换能器，所述框架内包含有第一摩擦层、运动部件、弹簧和第四摩擦层，运动部件由第二摩擦层、第一导电层、永磁体、第二导电层和第三摩擦层构成，所述第一摩擦层设置在盖板下端面，第四摩擦层设置在框架底部上端面，所述弹簧一端和永磁体连接，另一端固定在框架圆周内部，所述磁电换能器由正线磁致伸缩层、压电层和负线磁致伸缩层依次相连，所述弹簧和磁电换能器分别均布在框架内、外圆周上。在外界振动激励下,永磁体会往复运动,带动摩擦层之间相对移动和磁致伸缩层的尺寸变化及压电层发生形变,从而产生感应电压。本实用新型结构简单，利用多种能量转化方式，能量采集利用率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源技术领域，具体涉及一种复合式振动能量采集器，可以同时利用摩擦生电原理、磁致伸缩效应及压电效应采集环境中的振动能量，提高能量转化效率。
背景技术
随着无线传感器在微机电***中的广泛应用，具有使用寿命短、维护费用高、不易于更换、污染环境等缺点的传统电池，已难以满足其供电需求。如何高效的从环境中采集能量，实现无线传感器的自供能技术，是近年来国内外学者研究的热点问题。振动能量以其存在的普遍性、能量密度高等特点被研究者青睐。振动能量无处不在，例如汽车、火车的运动，人体的行走等，振动式的能量收集器主要的采用的工作方式有电磁式、静电式、压电式和磁致伸缩式等。目前大多数基于振动的能量收集器仅采用单一的振动能量收集方式，能量收集效率低。
实用新型内容
本实用新型针对现有的能量采集器所存在的不足，提出了一种同时利用摩擦生电原理、磁致伸缩效应及压电效应采集环境中的振动能量，提高能量采集器的效率和实用性。
本实用新型的技术方案是这样实现的。
一种复合式振动能量采集器，包括盖板、框架和磁电换能器，所述框架内包含有第一摩擦层、运动部件、弹簧和第四摩擦层，运动部件自上而下由第二摩擦层、第一导电层、永磁体、第二导电层和第三摩擦层依次构成，所述第一摩擦层设置在盖板下端面，所述第四摩擦层设置在框架底部上端面，所述弹簧一端和永磁体连接在一起，另一端固定在框架圆周内部，所述磁电换能器由正线磁致伸缩层、压电层和负线磁致伸缩层依次相连，所述的弹簧和磁电换能器分别均匀分布在框架内外圆周上。当复合式振动能量采集器受到外界振动激励时，永磁体会产生水平方向的运动，带动第一摩擦层和第二摩擦层，第三摩擦层和第四摩擦层之间发生相对移动，从而在第一导电层和第二导电层上产生感应电荷；当永磁体在外界激励和弹簧的作用下来回往复运动时，会导致框架周围磁场的变化，从而引起磁致伸缩层的尺寸变化和压电层发生形变产生感应电压，利用合适的能量管理电路将采集到的电压收集起来加以使用。
所述第二摩擦层、第一导电层、永磁体、第二导电层和第三摩擦层中心轴线位于同一轴线上。
所述第一摩擦层和第四摩擦层形状相同，选用柔性材料，第二摩擦层和第三摩擦层形状相同，选用刚性材料或者柔性材料；第二摩擦层和第三摩擦层的***直径小于第一摩擦层和第四摩擦层的整体尺寸。
所述第一导电层和第二导电层可有导电材料铜、铝、银制成，优选铜材料。
所述永磁体采用钕铁硼圆柱形永磁体，优选牌号为N52型钕铁硼永磁体。
所述弹簧在框架内沿着永磁体圆周均匀分布，其数量可以为2个、3个或者4个，优选3个，弹簧和永磁***于同一水平面上。
所述磁电换能器在框架外沿着永磁体圆周均匀分布，其数量可以为2个、3个或者4个，优选3个，磁电换能器和永磁***于同一水平面上。
所述永磁体、弹簧、磁电换能器位于同一水平面上，并且弹簧和磁电换能器位置一一对应，数量相同。
所述压电层的极化方向为其厚度方向，正线磁致伸缩层和负线磁致伸缩层的厚度是1~10um。
所述框架和盖板采用非导磁材料制成，优选材料为塑料。
本实用新型解决了技术背景中所存在的问题，具有以下增益效果。
一种复合式振动能量采集器，结构简单，可以同时利用摩擦生电原理、磁致伸缩效应及压电效应采集环境中的振动能量，能量转化效率高；相比传统的化学电池更具有环保无污染的优点，并在一定程度上可满足结构小型化、集成化的要求。
附图说明
图1为本实用新型***结构示意图。
图2为本实用新型去掉盖板结构示意图。
图3为本实用新型装配图。
图4为本实用新型运动部件结构示意图。
图5为本实用新型磁电换能器结构示意图。
附图标记说明。
1.盖板，2.框架，3.磁电换能器，31.正线磁致伸缩层，32.压电层，33.负线磁致伸缩层，4.第一摩擦层，5.运动部件，51.第二摩擦层，52.第一导电层，53.永磁体，54.第二导电层，55.第三摩擦层，6.弹簧，7.第四摩擦层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案详细描述。
如图1~5所示，一种复合式振动能量采集器，包括盖板（1）、框架（2）和磁电换能器（3），所述框架（2）内包含有第一摩擦层（4）、运动部件（5）、弹簧（6）和第四摩擦层（7），运动部件自上而下由第二摩擦层（51）、第一导电层（52）、永磁体（53）、第二导电层（54）和第三摩擦层（55）依次构成，所述第一摩擦层（4）设置在盖板（1）下端面，所述第四摩擦层（7）设置在框架（2）底部上端面，所述弹簧（6）一端和永磁体（53）连接在一起，另一端固定在框架（2）圆周内部，所述磁电换能器（3）由正线磁致伸缩层（31）、压电层（32）和负线磁致伸缩层（33）依次相连，所述的弹簧（6）和磁电换能器（3）分别均匀分布在框架（2）内外圆周上。当复合式振动能量采集器受到外界振动激励时，永磁体（53）会产生水平方向的运动，带动第一摩擦层（4）和第二摩擦层（51），第三摩擦层（55）和第四摩擦层（7）之间发生相对移动，从而在第一导电层（52）和第二导电层（54）上产生感应电荷；当永磁体（53）在外界激励和弹簧（6）的作用下来回往复运动时，会导致框架（2）周围磁场的变化，从而引起磁致伸缩层的尺寸变化和压电层发生形变产生感应电压，利用合适的能量管理电路将采集到的电压收集起来加以使用。
在本实施例中，所选第二摩擦层（51）、第一导电层（52）、永磁体（53）、第二导电层（54）和第三摩擦层（55）之间通过强力胶固定在一起，其直径大小都相同，所选的框架（2）为空心圆柱形结构，所选的第一摩擦层（4）中心与盖板（1）中心重合，并位于盖板（1）下端面上，所选的第四摩擦层（7）中心与框架（2）底部上端面中心重合，并位于其上方，所选弹簧（6）选用钢丝绕制成的螺旋状弹簧。
Claims (7)
1.一种复合式振动能量采集器，其特征在于：包括盖板（1）、框架（2）和磁电换能器（3），所述框架（2）内包含有第一摩擦层（4）、运动部件（5）、弹簧（6）和第四摩擦层（7），运动部件自上而下由第二摩擦层（51）、第一导电层（52）、永磁体（53）、第二导电层（54）和第三摩擦层（55）依次构成，所述第一摩擦层（4）设置在盖板（1）下端面，所述第四摩擦层（7）设置在框架（2）底部上端面，所述弹簧（6）一端和永磁体（53）连接在一起，另一端固定在框架（2）圆周内部，所述磁电换能器（3）由正线磁致伸缩层（31）、压电层（32）和负线磁致伸缩层（33）依次相连，所述的弹簧（6）和磁电换能器（3）分别均布在框架（2）内外圆周上，当复合式振动能量采集器受到外界振动激励时，永磁体（53）会产生水平方向的运动，带动第一摩擦层（4）和第二摩擦层（51），第三摩擦层（55）和第四摩擦层（7）之间发生相对移动，从而在第一导电层（52）和第二导电层（54）上产生感应电荷；当永磁体（53）在外界激励和弹簧（6）的作用下来回往复运动时，会导致框架（2）周围磁场的变化，从而引起磁致伸缩层的尺寸变化和压电层发生形变产生感应电压，利用合适的能量管理电路将采集到的电压收集起来加以使用。
2.如权利要求1所述的一种复合式振动能量采集器，其特征在于：所述第二摩擦层(51)、第一导电层(52)、永磁体(53)、第二导电层(54)和第三摩擦层(55)中心轴线位于同一轴线上。
3.如权利要求1所述的一种复合式振动能量采集器，其特征在于：所述第一摩擦层(4)和第四摩擦层(7)形状相同，选用柔性材料，第二摩擦层(51)和第三摩擦层(55)形状相同，选用刚性材料或者柔性材料；第二摩擦层(51)和第三摩擦层(55)的***直径小于第一摩擦层(4)和第四摩擦层(7)的整体尺寸。
4.如权利要求1所述的一种复合式振动能量采集器，其特征在于：所述永磁体(53)的形状可选为圆柱形、圆环形或方形结构。
5.如权利要求1所述的一种复合式振动能量采集器，其特征在于：所述弹簧(6)在框架(2)内沿着永磁体(53)圆周均匀分布，其数量可以为2个、3个或者4个，弹簧(6)和永磁体(53)位于同一水平面上。
6.如权利要求1所述的一种复合式振动能量采集器，其特征在于：所述磁电换能器(3)在框架(2)外沿着永磁体(53)圆周均匀分布，其数量可以为2个、3个或者4个，磁电换能器(3)和永磁体(53)位于同一水平面上。
7.如权利要求1所述的一种复合式振动能量采集器，其特征在于：所述永磁体(53)、弹簧(6)、磁电换能器(3)位于同一水平面上，并且弹簧(6)和磁电换能器(3)位置一一对应，数量相同。
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