一种磁电复合能量转换装置制造方法及图纸

一种磁电复合能量转换装置，属于能源器件技术领域。所述磁电复合能量转换装置是由磁致伸缩材料和压电材料粘接成的异质结构，通过弹性基板固定在支撑结构中。本发明专利技术利用磁电复合结构的磁电耦合效应可以将环境中的电磁能量转换成电能。本发明专利技术可用于无人值守环境中，为无线传感器提供电能，免去携带和更换电池的不便；也可用于电磁污染环境的检测和清洁领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源器件
，涉及一种可以将空间电磁能量转化为电能的技术。
技术介绍
自然环境中存在各种各样的能源，如太阳能、风能、水能、地热能、振动能等等，如果能够将自然界存在的各种能源转换成电能，这将是人类社会取之不尽、用之不竭的宝贵财富。利用自然环境中已知的各种能源，将之转换成电能的各种技术和装置也层出不穷。但自然环境中还有一种能源是被人们所忽略了的，那就是空间电磁能。空间环境中如广播电视塔、无线通讯设备、移动基站等几乎全天候辐射电磁波，同 时，环境中的电磁能能量有很好的空间分布性和稳定性。如果能够将这些电磁能加以利用，转换成电能，这对特殊情况下满足电能的需求，至少对减少空间电磁污染具有实际意义。而且电磁能的转换相对于太阳能而言，不用考虑黑夜以及天气影响；也不需要像振动能转换那样需要与振动源物理接触。压电材料是一种在外力作用下产生电荷的功能材料，具有单晶、陶瓷、有机和复合多种类型。压电材料极化后，在外力的作用下，压电材料的表面就会产生电荷，这就是压电效应。磁致伸缩材料是一种在磁场磁化的作用下，随着自身磁化状态改变发生弹性形变的功能材料，具有金属、合金、铁氧体、稀土超磁致伸缩材料等类型。磁电复合结构利用乘积效应通过机械弹力将两相材料的作用相互耦合，产生磁电率禹合效应。在一定强度的偏置磁场下，置于交变电磁场中的磁致伸缩材料由于磁致伸缩效应发生周期性的形变，形变通过界面机械力耦合将周期性形变传递给压电材料，压电材料也随之产生周期性的形变，通过压电效应产生电荷，由此实现了电磁能-机械能-电能的转换。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用磁电耦合效应可以将空间电磁波能量转化为电能的器件。为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下一种磁电复合能量转换装置，如图4所示，包括磁电复合结构，基板5和支撑结构6 ;所述磁电复合结构由压电材料块I和磁致伸缩材料块2紧贴在一起复合而成，其中压电材料块(I)能够产生压电效应的两个面上镀有金属电极并焊有金属导线；所述支撑结构6是由绝缘材料制成的U型槽结构(如图2所示)，在U型槽对称的两个侧面板内侧上固定有一对相异磁极的永磁体8 ;所述基板5由弹性金属材料或有机弹性材料制成,磁电复合结构固定于基板5上,而基板5固定于支撑结构6上并使得磁电复合结构位于所述一对相异磁极的永磁体8所产生的磁场中间。如图Ia至图Ie所示，所述磁电复合结构中压电材料块I和磁致伸缩材料块2的紧贴复合方式可以是叠层式复合，由相同形状的单片压电材料块I和单片磁致伸缩材料块2层叠粘接而成，或由形状相同的两片磁致伸缩材料块2夹一片压电材料块I层叠粘接而成；压电材料块I和磁致伸缩材料块2的形状可以是矩形片状、圆片状或环片状。如图If所示，所述磁电复合结构中压电材料块I和磁致伸缩材料块2的紧贴复合方式也可以是环片复合，即压电材料块I为环片状而磁致伸缩材料块2为圆片状或环片状，且圆片状或环片状的磁致伸缩材料块2镶嵌于环片状压电材料块I的内圆之中。如图3a至图3b所示，所述磁电复合结构在基板5上的固定方式可以是单面固定或双面对称固定。所谓单面固定是指在基板单面固定一个磁电复合结构，而另一面不固定磁电复合结构；所谓双面对称固定是指在基板正反两面分别固定一个磁电复合结构。如图2所示，所述支撑结构6地板上可以具有一个固定基板所需的凹槽。 采用本专利技术提供的多个磁电复合能量转换装置可形成阵列结构，其中多个磁电复合能量转换装置的多个压电材料块I之间采用金属导线形成串联、并联或混联结构，可以将更多的电磁能量转换成电能并提供更大的功率输出。本专利技术提供的磁电复合能量转换装置核心原理在于利用磁电复合结构的磁电耦合效应。在一定强度的偏置磁场下，置于交变电磁场中的磁致伸缩材料由于磁致伸缩效应发生周期性的形变，形变通过界面机械力耦合将周期性形变传递给压电材料，压电材料也随之产生周期性的形变，通过压电效应产生电荷，由此实现了电磁能-机械能-电能的转换。本专利技术可用于无人值守环境中，为无线传感器提供电能，免去携带和更换电池的不便；也可用于电磁污染环境的检测和清洁领域。附图说明图Ia矩形双层磁电复合结构示意图。图Ib矩形三层磁电复合结构示意图。图Ic圆形双层磁电复合结构示意图。图Id圆形三层磁电复合结构示意图。图Ie环形双层磁电复合结构示意图。图If环-片磁电复合结构示意图。图2支撑结构6的结构示意图。图3a磁电复合结构在基板5上的单面固定示意图。图3b磁电复合结构在基板5上双面对称固定示意图。图4本专利技术提供的磁电复合电磁能量转换装置整体结构示意图。具体实施例方式下面结合附图及其实施例对本专利技术作进一步详细说明。—种磁电复合能量转换装置，如图4所示，包括磁电复合结构，基板5和支撑结构6 ;所述磁电复合结构由压电材料块I和磁致伸缩材料块2紧贴在一起复合而成，其中压电材料块(I)能够产生压电效应的两个面上镀有金属电极并焊有金属导线；所述支撑结构6是由绝缘材料制成的U型槽结构(如图2所示)，在U型槽对称的两个侧面板内侧上固定有一对相异磁极的永磁体8 ;所述基板5由弹性金属材料或有机弹性材料制成,磁电复合结构固定于基板5上,而基板5固定于支撑结构6上并使得磁电复合结构位于所述一对相异磁极的永磁体8所产生的磁场中间。如图Ia至图Ie所示，所述磁电复合结构中压电材料块I和磁致伸缩材料块2的紧贴复合方式可以是叠层式复合，由相同形状的单片压电材料块I和单片磁致伸缩材料块2层叠粘接而成，或由形状相同的两片磁致伸缩材料块2夹一片压电材料块I层叠粘接而成；压电材料块I和磁致伸缩材料块2的形状可以是矩形片状、圆片状或环片状。如图If所示，所述磁电复合结构中压电材料块I和磁致伸缩材料块2的紧贴复合方式也可以是环片复合，即压电材料块I为环片状而磁致伸缩材料块2为圆片状或环片状，且圆片状或环片状的磁致伸缩材料块2镶嵌于环片状压电材料块I的内圆之中。如图3a至图3b所示，所述磁电复合结构在基板5上的固定方式可以是单面固定或双面对称固定。所谓单面固定是指在基板单面固定一个磁电复合结构，而另一面不固定 磁电复合结构；所谓双面对称固定是指在基板正反两面分别固定一个磁电复合结构。如图2所示，所述支撑结构6地板上可以具有一个固定基板所需的凹槽。本专利技术提供的磁电复合能量转换装置中，关于关键部件磁电复合结构的材料选择和制备上，需要说明的是I、压电材料的选择应根据具体的应用选择所需的压电材料，比如选择压电性能好廉价的压电陶瓷PZT系列；也可选择单晶的铌镁酸盐-钛酸铅(PMN-PT);有机压电材料偏四氟乙烯(PVDF);或无铅压电材料等。按照尺寸切割，可以选择矩形，圆形和环片等形状。2、磁致伸缩材料的选择根据具体的应用选择所需的磁致伸缩材料，比如价格便宜的金属和铁氧体，或者磁致伸缩效应大的铁镓合金、锑镝合金等。按照尺寸切割，可以选择矩形，圆形和环片等形状。3、基板材料的选择材质和尺寸根据具体需要选择弹性好，粘接性好,抗疲劳性突出的金属材料，如铜，锰钢等，还可以选择弹性较好的有机材料，如高弹性聚氯乙烯等；按照尺寸切割时，宽度要保证磁电复合结构完整的安装在基板表面。4、在压电材料块具有压电效应的表面上镀金属电极，并在70°C的硅油中用2KV/mm的电场极化。压电材料的极化方向和磁致伸缩材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁电复合能量转换装置，包括磁电复合结构，基板（5）和支撑结构（6）；所述磁电复合结构由压电材料块（1）和磁致伸缩材料块（2）紧贴在一起复合而成，其中压电材料块（1）能够产生压电效应的两个面上镀有金属电极并焊有金属导线；所述支撑结构（6）是由绝缘材料制成的U型槽结构，在U型槽对称的两个侧面板内侧上固定有一对相异磁极的永磁体（8）；所述基板（5）弹性金属材料或有机弹性材料制成，磁电复合结构固定于基板（5）上，而基板（5）固定于支撑结构（6）上并使得磁电复合结构位于所述一对相异磁极的永磁体（8）所产生的磁场中间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李元勋，刘颖力，张怀武，郁国良，李颉，左林，李强，
申请(专利权)人：电子科技大学，东莞电子科技大学电子信息工程研究院，
类型：发明
国别省市：