【技术实现步骤摘要】
本技术涉及能量采集，具体而言，涉及一种压电-电磁复合式能量采集装置。
技术介绍
1、随着电子技术的发展，无线传感器、微机电系统等低功耗设备在航空航天、军事、生物医学、环境监测等诸多领域得到广泛的应用。目前，无线传感器等低功耗电子器件大多采用电池供电。但是电池寿命有限、定期更换和污染环境等缺点，制约着其发展和应用。
2、针对上述问题，研究人员提出了环境能量采集技术，这是一种可以从从环境中获取能量并将其转换为电能的技术，通过这种能量采集装置转换的电能可以供低功耗电子器件使用，从而弥补传统电池供电的缺陷。环境能量采集技术主要分为太阳能采集、风能采集、热能采集、海洋能采集及振动能采集五大类。与其他几种能量采集技术相比，振动能量采集技术更能满足体积小、适用范围广及持续供电等要求，因此受到研究者的关注。
3、环境中的振动信号大多为低频随机振动信号，将这些信号有效收集并转化为电能可以解决低功耗电子器件不能长期稳定供电的问题。压电陶瓷的振动能量采集器由于结构简单，能量采集效率高，绿色环保等特点，成为一种具有发展前景的能量收集方式。传统的单自由度压电能量采集器固有频率高、频率带宽窄，在实际应用时，通常面临采集效率低甚至无法可靠工作等问题。相比之下，多自由度压电能量采集器有更宽的工作带宽，并且在低频区域存在多个峰值，从而显著提高了压电能量采集器的能量收集效率。
4、中国专利cn111404419a公开了一种双磁铁多稳态压电式悬臂梁能量采集器，基座的形状为凹形，左、右两个立柱与基座的底面垂直，左侧立柱内侧固定有悬臂
技术实现思路
1、本技术提供一种压电-电磁复合式能量采集装置，以解决现有技术由于单一的能量采集机制对环境能量的采集效果有限，其能量采集时仅以单个悬臂梁为基础，并且只能采集空间中一个方向的振动能量而导致的能量采集效率不高的问题。
2、一种三稳态式压电-电磁能量采集装置，包括多面体基座和能量采集结构；
3、所述多面体基座的其中一面通过可拆卸紧固件安装在能够产生振动的结构上，所述多面体基座的另外几个面上均设有至少一个所述能量采集结构；
4、所述能量采集结构包括两个相互平行的第一悬臂梁、一个连接板、一个第二悬臂梁、一个第一质量块、一个第二质量块以及若干片压电片；两个所述第一悬臂梁的一端连接在所述多面体基座的其中一个面上，两个所述第一悬臂梁的另一端分别与所述连接板的两端连接，所述连接板上连接有所述第一质量块，所述第二悬臂梁的一端与所述连接板连接，所述第二悬臂梁的另一端连接有所述第二质量块，两个所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁上分别粘贴有一片所述压电片，用于将机械能转换成电能。
5、采用上述结构后，本技术一种压电-电磁复合式能量采集装置具有以下优点：多面体基座的其中一面与外部能够产生振动的结构连接，使得多面体基座产生振动，带动设置在多面体基座各个面上的能量采集结构振动，最终将压电材料的机械能转换成电能。相对比现有技术只能采集空间中一个方向的振动能量，本申请的能量采集结构可以采集环境中任意方向的振动能量。多面体基座的振动会带动两个第一悬臂梁振动，以使设置在其上的压电片发生形变，从而将机械能转换成电能。同时两个第二悬臂梁的另一端分别与连接板的两端连接，且连接板上设有一个第二悬臂梁，因此连接板将第一悬臂梁的振动传递到第二悬臂梁上，带动第二悬臂梁振动，以使第二悬臂梁上的压电片发生形变，从而将机械能转换成电能；同时第二悬臂梁的振动会增大第一悬臂梁的振动幅度，因此进一步的提高了第一悬臂梁上压电片的发电功率，相对比现有技术单个悬臂梁的电能采集，本申请的结构其发电效果更好。
6、作为改进，所述能量采集结构还包括圆柱筒、线圈以及第一磁铁；所述圆柱筒设置在所述多面体基座上，第二悬臂梁静止状态下，所述圆柱筒的轴线与所述第二悬臂梁的中心线相垂直，所述线圈缠绕连接在所述圆柱筒的外周壁上，所述第一磁铁与所述第二质量块连接，所述第一磁铁位于所述线圈的上方，用于将磁铁的动能转换成电能。采用此种结构，由于第一磁铁随着第二悬臂梁的振动不断的上下移动，此时磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势；该装置除了将压电材料的机械能转换成电能，还能将磁铁的动能转换成电能。与单一的能量采集装置相比，该装置的发电功率得到提高。
7、作为改进，所述能量采集结构还包括第二磁铁、第三磁铁以及第四磁铁，所述第二磁铁和所述第三磁铁分别设置在所述圆柱筒的两端，且所述第二磁铁和所述第三磁铁均位于所述圆柱筒的内部，所述第四磁铁活动连接在所述圆柱筒内，所述第四磁铁位于所述圆柱筒的中部，且所述第四磁铁的两面分别与所述第二磁铁和所述第三磁铁的磁极相反，所述线圈缠绕连接在所述圆柱筒外表面的中部。采用此种结构，由于第一磁铁的上下振动和圆柱筒中两端固定的第二磁铁和第三磁铁分别与中间的第四磁铁间的排斥力，使第四磁铁沿着圆柱筒的内壁移动，此时磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。由于第二磁铁和第三磁铁分别与中间的第四磁铁互为排斥力，增大了第二悬臂梁的振动幅度，提高了压电片的发电功率。
8、作为改进，所述能量采集结构还包括两个第三质量块，两个所述第三质量块分别连接在所述第二悬臂梁的自由端上，且分别位于所述第二质量块的两侧，且分别位于第二质量块与其中一个所述第一悬臂梁之间。采用此种结构，在第二悬臂梁的另一端新增两个第三质量块增大了第二悬臂梁的振动幅度，提高了压电片的发电功率。
9、作为改进，所述第一质量块和所述第二悬臂梁位于所述连接板的中部。采用此种结构，将第一质量块设置在连接板的中部，可以提高连接板的重量，增大第一悬臂梁的振动幅度，提高压电片的发电功率。
10、作为改进，两个所述第一悬臂梁均与所述多面体基座上对应的面相垂直。采用此种结构，垂直设置的第一悬臂梁，可以更好的将振动传动最大化，增大了第一悬臂梁和第二悬臂梁的振动幅度，提高了压电片的发电功率。
11、作为改进，所述多面体基座的其中一个面上安装在能够产生振动的结构上，其他几个面上均设有三个所述能量采集结构，且三个所述能量采集结构平行等距间隔分布。采用此种结构，提高了压电-电磁复合式能量采集装置的功率，同时提高了空间利用率。
12、作为改进，所述压电片的材质为pzt-5a。采用此种结构，pzt-5a具有更优良的压电和介电性能，同时具有更高的灵敏度。
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1.一种压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，包括多面体基座(1)和能量采集结构(2)；
2.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述能量采集结构(2)还包括圆柱筒(2.7)、线圈(2.8)以及第一磁铁(2.9)；所述圆柱筒(2.7)设置在所述多面体基座(1)上，第二悬臂梁静止状态下，所述圆柱筒(2.7)的轴线与所述第二悬臂梁(2.3)的中心线相垂直，所述线圈(2.8)缠绕连接在所述圆柱筒(2.7)的外周壁上，所述第一磁铁(2.9)与所述第二质量块(2.5)连接，所述第一磁铁(2.9)位于所述线圈(2.8)的上方，所述线圈(2.8)用于将磁铁的动能转换成电能。
3.根据权利要求2所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述能量采集结构(2)还包括第二磁铁(2.10)、第三磁铁(2.11)以及第四磁铁(2.12)，所述第二磁铁(2.10)和所述第三磁铁(2.11)分别设置在所述圆柱筒(2.7)的两端，且所述第二磁铁(2.10)和所述第三磁铁(2.11)均位于所述圆柱筒(2.7)的内部，所述第四磁铁(2.12)活动连接在所
4.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述能量采集结构(2)还包括两个第三质量块(2.13)，两个所述第三质量块(2.13)分别连接在所述第二悬臂梁(2.3)的自由端上，且分别位于所述第二质量块(2.5)的两侧。
5.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述第一质量块(2.4)和所述第二悬臂梁(2.3)位于所述连接板(2.2)的中部。
6.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，两个所述第一悬臂梁(2.1)均与所述多面体基座(1)上对应的面相垂直。
7.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述多面体基座(1)的其中一面安装在能够产生振动的结构上，其他几个面上均设有三个所述能量采集结构(2)，且三个所述能量采集结构(2)平行等距间隔分布。
8.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述压电片(2.6)的材质为PZT-5A。
...【技术特征摘要】
1.一种压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，包括多面体基座(1)和能量采集结构(2)；
2.根据权利要求1所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述能量采集结构(2)还包括圆柱筒(2.7)、线圈(2.8)以及第一磁铁(2.9)；所述圆柱筒(2.7)设置在所述多面体基座(1)上，第二悬臂梁静止状态下，所述圆柱筒(2.7)的轴线与所述第二悬臂梁(2.3)的中心线相垂直，所述线圈(2.8)缠绕连接在所述圆柱筒(2.7)的外周壁上，所述第一磁铁(2.9)与所述第二质量块(2.5)连接，所述第一磁铁(2.9)位于所述线圈(2.8)的上方，所述线圈(2.8)用于将磁铁的动能转换成电能。
3.根据权利要求2所述的压电-电磁复合式能量采集装置，其特征在于，所述能量采集结构(2)还包括第二磁铁(2.10)、第三磁铁(2.11)以及第四磁铁(2.12)，所述第二磁铁(2.10)和所述第三磁铁(2.11)分别设置在所述圆柱筒(2.7)的两端，且所述第二磁铁(2.10)和所述第三磁铁(2.11)均位于所述圆柱筒(2.7)的内部，所述第四磁铁(2.12)活动连接在所述圆柱筒(2.7)内，所述第四磁铁(2.12)位于所述圆柱筒(2.7)的中部，且所...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓翔宇，张阳阳，郭文杰，韩硕朋，刘东超，李堃宇，鲁成斌，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：新型
国别省市：
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