一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器及系统技术方案

本发明专利技术公开一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器及系统，所述振动能量收集器包括：固定架、磁悬浮结构、两个压电片、两个线圈组和不锈钢外筒；两个压电片固定在固定架的顶部和底部，两个线圈组分别设置在固定架的两个线圈安装壁上；两个线圈安装壁相对设置；磁悬浮结构的中心磁铁的可滑动的设置在固定架的两个固定壁上；两个固定壁相对设置；在振动时，中心磁铁沿两个固定壁滑动，使两个线圈组切割中心磁铁的磁感线，产生电磁感应电能；两个压电片在振动作用下产生第一压电效应电能，中心磁铁沿两个固定壁滑动时，对两个压电片撞击，使两个压电片产生第二压电效应电能。本发明专利技术基于电磁感应和压电效应实现了电磁压电复合型拓频振动能量的收集。振动能量的收集。振动能量的收集。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器及系统


[0001]本专利技术涉及振动能源收集
，特别是涉及一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器及系统。

技术介绍

[0002]在新能源科技不断发展与应用的21世纪，煤炭能源依然是主要能源，其使用占比在一次能源与消费结构中仍超过70％。在煤矿产业智能化发展的诸多领域中，关于煤机装备的工况检测与煤矿生产事故的监测预防技术是保障其智能化发展的重要手段。近年来，随着需求的增长和科技的发展，智慧煤机装备工况实时网络化监测成为智慧矿山的发展趋势。
[0003]由于煤矿井下工作环境十分特殊，在开采过程中机械振动强，且煤机设备运作时振动强，实现对振动能量进行收集，成为智慧矿山快速发展的重点技术突破之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器及系统，以对环境中的振动能量进行收集。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器，所述振动能量收集器包括：固定架、磁悬浮结构、两个压电片、两个线圈组和不锈钢外筒；
[0007]所述固定架、所述磁悬浮结构、两个所述压电片和两个所述线圈组均设置在所述不锈钢外筒内；
[0008]两个所述压电片固定在所述固定架的顶部和底部，两个所述线圈组分别设置在所述固定架的两个线圈安装壁上；两个所述线圈安装壁相对设置；
[0009]所述磁悬浮结构的中心磁铁的两侧可滑动的设置在所述固定架的两个固定壁上；两个所述固定壁相对设置；
[0010]在振动时，所述中心磁铁沿两个所述固定壁滑动，使两个所述线圈组切割所述中心磁铁的磁感线，产生电磁感应电能；两个所述压电片在所述振动作用下产生第一压电效应电能，所述中心磁铁沿两个所述固定壁滑动时，对两个所述压电片撞击，使两个所述压电片产生第二压电效应电能。
[0011]可选的，所述固定架包括：第一底座、第二底座、第一固定座、第二固定座、第三固定座、第四固定座、两个线圈安装壁、两个固定壁和两个矩形铜片；
[0012]第一固定座和所述第二固定座分别设置在所述第一底座的上表面的相对的两侧；两个所述固定壁的一端分别设置在所述第一固定座和所述第二固定座上；
[0013]第三固定座和所述第四固定座分别设置在所述第二底座的下表面的相对的两侧；两个所述固定壁的另一端分别与所述第三固定座和所述第四固定座固定连接；
[0014]一个所述线圈安装壁分别与两个所述固定壁的一侧固定连接，另一个所述线圈安
装壁分别与两个所述固定壁的另一侧固定连接；
[0015]一个所述矩形铜片的两个相对的侧边固定设置在两个所述固定壁的一端与所述第一固定座和所述第二固定座之间，另一个所述矩形铜片的两个相对的侧边固定设置在两个所述固定壁的另一端与所述第三固定座和所述第四固定座之间，一个所述压电片设置在一个所述矩形铜片的上表面，另一个所述压电片设置在另一个所述矩形铜片的下表面。
[0016]可选的，所述磁悬浮结构包括：中心磁铁和两个矩形磁铁组；
[0017]两个所述矩形磁铁组分别设置于所述第一底座和所述第二底座上，所述中心磁铁的两侧可滑动的设置在两个所述固定壁上；
[0018]所述中心磁铁包括多个条形磁铁，所述矩形磁铁组包括多个矩形磁铁。
[0019]可选的，两个所述固定壁上均开设有滑槽；中心磁铁的两侧可滑动的设置在两个所述固定壁的滑槽内，所述滑槽内开设有多个凹槽，每个所述凹槽内均设置有多个滚珠。
[0020]可选的，所述线圈组包括多个成阵列排列的铜线圈，多个所述铜线圈串联连接。
[0021]一种电磁压电复合型拓频振动能量收集系统，所述振动能量收集系统包括：主电路、最大功率点跟踪控制电路、电流电压检测电路、储能模块和上述的振动能量收集器；
[0022]所述主电路包括依次连接的整流桥电路和自适应开关供电电路；
[0023]所述整流桥电路的输入端分别与所述振动能量收集器的两个压电片和两个线圈组连接；
[0024]所述自适应开关供电电路的输出端与所述储能模块连接；
[0025]所述电流电压检测电路的输入端与所述整流桥电路的输出端连接，所述电流电压检测电路的输出端与所述最大功率点跟踪控制电路连接；
[0026]所述最大功率点跟踪控制电路与所述自适应开关供电电路的控制端连接；所述最大功率点跟踪控制电路用于根据所述电流电压检测电路检测的电流信号和电压信号对所述自适应开关供电电路进行控制使所述自适应开关供电电路以最大动态功率输出。
[0027]可选的，所述最大功率点跟踪控制电路包括：MPPT控制器和调制电路；
[0028]所述MPPT控制器的第一输入端与所述电流电压检测电路的输出端连接，所述MPPT控制器用于根据所述电流信号和所述电压信号的关系，采用MPPT算法确定功率最大点的电压参数和电流参数，并基于所述电压参数和所述电流参数生成PWM波；
[0029]所述MPPT控制器的第一输出端与所述调制电路的控制端连接，所述调制电路的输入端与所述电流电源检测电路连接，所述调制电路的输出端与所述MPPT控制器的第二输入端连接，所述MPPT控制器的第二输出端与所述自适应开关供电电路的控制端连接；
[0030]所述MPPT控制器还用于基于所述PWM波对所述调制电路进行控制，获取所述调制电路输出的工作点电压，根据所述工作点电压与所述功率最大点的电压参数的差值，对所述PWM波进行调节，获得用于对自适应开关供电电路进行控制的调节后的PWM波。
[0031]可选的，所述自适应开关供电电路包括：自适应开关控制器、状态切换开关、BOOST升压电路和BUCK降压电路；
[0032]所述状态切换开关的输入端与所述整流桥电路的输出端连接；所述状态切换开关的第一输出端与所述BOOST升压电路的输入端连接，所述状态切换开关的第二输出端与所述BUCK降压电路的输入端连接，所述BOOST升压电路的输出端和所述BUCK降压电路的输出端均与所述储能模块连接；
[0033]所述BOOST升压电路和所述BUCK降压电路的控制端均与所述MPPT控制器的第二输出端连接；
[0034]所述自适应开关控制器的输入端与所述调制电路连接，所述自适应开关控制器的输出端与所述状态切换开关的控制端连接，所述自适应开关控制器用于当所述工作点电压小于第一预设阈值时，控制所述状态切换开关的输入端与第一输出端连接，当所述工作点电压不小于第一预设阈值时，控制所述状态切换开关的输入端与第二输出端连接。
[0035]可选的，所述储能模块包括两个储能单元、电压检测电路和储能控制器；
[0036]两个所述储能单元均通过可控开关外接有储能电路和充电电路；
[0037]所述电压检测电路的输入端分别与两个所述储能单元连接，所述电压检测电路的输出端与所述储能控制器连接；所述电压检测电路用于检测两个所述储能单元的当前电压；
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁压电复合型拓频振动能量收集器，其特征在于，所述振动能量收集器包括：固定架、磁悬浮结构、两个压电片、两个线圈组和不锈钢外筒；所述固定架、所述磁悬浮结构、两个所述压电片和两个所述线圈组均设置在所述不锈钢外筒内；两个所述压电片固定在所述固定架的顶部和底部，两个所述线圈组分别设置在所述固定架的两个线圈安装壁上；两个所述线圈安装壁相对设置；所述磁悬浮结构的中心磁铁的两侧可滑动的设置在所述固定架的两个固定壁上；两个所述固定壁相对设置；在振动时，所述中心磁铁沿两个所述固定壁滑动，使两个所述线圈组切割所述中心磁铁的磁感线，产生电磁感应电能；两个所述压电片在所述振动作用下产生第一压电效应电能，所述中心磁铁沿两个所述固定壁滑动时，对两个所述压电片撞击，使两个所述压电片产生第二压电效应电能。2.根据权利要求1所述的电磁压电复合型拓频振动能量收集器，其特征在于，所述固定架包括：第一底座、第二底座、第一固定座、第二固定座、第三固定座、第四固定座、两个线圈安装壁、两个固定壁和两个矩形铜片；第一固定座和所述第二固定座分别设置在所述第一底座的上表面的相对的两侧；两个所述固定壁的一端分别设置在所述第一固定座和所述第二固定座上；第三固定座和所述第四固定座分别设置在所述第二底座的下表面的相对的两侧；两个所述固定壁的另一端分别与所述第三固定座和所述第四固定座固定连接；一个所述线圈安装壁分别与两个所述固定壁的一侧固定连接，另一个所述线圈安装壁分别与两个所述固定壁的另一侧固定连接；一个所述矩形铜片的两个相对的侧边固定设置在两个所述固定壁的一端与所述第一固定座和所述第二固定座之间，另一个所述矩形铜片的两个相对的侧边固定设置在两个所述固定壁的另一端与所述第三固定座和所述第四固定座之间，一个所述压电片设置在一个所述矩形铜片的上表面，另一个所述压电片设置在另一个所述矩形铜片的下表面。3.根据权利要求2所述的电磁压电复合型拓频振动能量收集器，其特征在于，所述磁悬浮结构包括：中心磁铁和两个矩形磁铁组；两个所述矩形磁铁组分别设置于所述第一底座和所述第二底座上，所述中心磁铁的两侧可滑动的设置在两个所述固定壁上；所述中心磁铁包括多个条形磁铁，所述矩形磁铁组包括多个矩形磁铁。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电磁压电复合型拓频振动能量收集器，其特征在于，两个所述固定壁上均开设有滑槽；中心磁铁的两侧可滑动的设置在两个所述固定壁的滑槽内，所述滑槽内开设有多个凹槽，每个所述凹槽内均设置有多个滚珠。5.根据权利要求1所述的电磁压电复合型拓频振动能量收集器，其特征在于，所述线圈组包括多个成阵列排列的铜线圈，多个所述铜线圈串联连接。6.一种电磁压电复合型拓频振动能量收集系统，其特征在于，所述振动能量收集系统包括：主电路、最大功率点跟踪控制电路、电流电压检测电路、储能模块和权利要求1
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5任一项所述的振动能量收集器；所述主电路包括依次连接的整流桥电路和自适应开关供电电路；
所述整流桥电路的输入端分别与所述振动能量收集器的两个压电片和两个线圈组连接；所述自适应开关供电电路的输出端与所述储能模块连接；所述电流电压检测电路的输入端与所述整流桥电路的输出端连接，所述电流电压检测电路的输出端与所述最大功率点跟踪控制电路连接；所述最大功率点跟踪控制电路与所述自适应开关供电电路的控制端连接；所述最大功率点跟踪控制电路用于根据所述电流电压检测电路检测的电流信号和电压信号对所述自适应开关供电电路进行控制使所述自适应开关供电电路以最大动态功率输出。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔娟，郑永秋，薛晨阳，王泽坤，郝聪聪，李瑜，李刚，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：