一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器，特別涉及環(huán)境振動條件下提高輸出功率的壓電-電磁復(fù)合式俘能器，屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，公知的供電元件一般為化學電池?；瘜W電池儲能有限，需要定期更換，人力物力成本較高。
[0003]公知的測量控制系統(tǒng)都需要外部電源供電，外部電源與傳感器之間要通過導(dǎo)線相連，線路繁雜且方便；而且在無電源環(huán)境或者極端惡劣環(huán)境(如石油鉆井鉆頭定位傳感器供能)下，無法使用外部電源供電。
[0004]環(huán)境中的振動無處不在，是一種綠色能源。通過從環(huán)境中獲取振動能量，并加以存儲進行直接的利用，是解決常規(guī)電池能源供應(yīng)問題的有效措施。對此，國內(nèi)外學者進行相關(guān)自供能技術(shù)的研究，其中包括壓電俘能器、電磁俘能器等。將壓電俘能器與電磁俘能器有機結(jié)合，設(shè)計的壓電-電磁復(fù)合式俘能器較為少見，其輸出功率較單一壓電或電磁俘能器有顯者提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可將機械振動能轉(zhuǎn)化為電能儲存，并對微電子裝置供電的壓電-電磁復(fù)合式俘能器。本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器，具有綠色無污染、能量密度大、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強、操作控制方便、維護成本低等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器，包括殼體、線圈、上永磁體、壓電陶瓷材料、基底梁、錐形永磁體、下永磁體、上電極、壓電片、下電極、左壓電片上電極引線、右壓電片上電極引線。殼體內(nèi)壁兩側(cè)對稱分布有線圈，線圈垂直于殼體底面，線圈與殼體固定連接，并使線圈中心與錐形永磁體尖部位置垂直相對，線圈與錐形永磁體尖部位置之間留有間隙。錐形永磁體底部分別對稱固定于上永磁體、下永磁體側(cè)面，基底梁中間部分夾于上永磁體、下永磁體之間，基底梁長度方向兩側(cè)與殼體垂直固定連接。所述的上永磁鐵、下永磁鐵及錐形永磁體充磁方向一致，且均沿錐形永磁體軸線方向，并使錐形永磁體軸線垂直于線圈表面。在基底梁上黏貼壓電陶瓷材料，并使基底梁與壓電陶瓷材料形狀相同。所述的壓電陶瓷材料主要由上電極、壓電片、下電極組成。所述的上電極、壓電片形狀相同，在電陶瓷材料上的上電極、壓電片中間部分留有間隙。壓電陶瓷材料均有左壓電片上電極引線、右壓電片上電極引線引出，分別作為輸出電能的正負兩極。
[0008]所述的壓電俘能部分和電磁俘能部分共用殼體、基底梁、上永磁體、下永磁體、錐形永磁體。
[0009]所述的壓電俘能部分包括壓電陶瓷材料、基底梁、上永磁體、下永磁體、錐形永磁體、左壓電片上電極引線、右壓電片上電極引線。所述的上永磁體、下永磁體和錐形永磁體在電磁俘能部分作為質(zhì)量塊使用。
[0010]所述的電磁俘能部分包括線圈、上永磁體、下永磁體、錐形永磁體。上永磁體、下永磁體和錐形永磁體在電磁俘能部分用于產(chǎn)生電磁發(fā)電所需磁場。
[0011]已有技術(shù)中基底梁形狀為矩形，為提高壓電俘能部分發(fā)電量，在上永磁體、下永磁體與殼體之間基底梁矩形部分兩側(cè)分別采用三角形鏤空。即在上永磁體、下永磁體與殼體之間基底梁形狀為兩端等寬，中間較窄的對稱結(jié)構(gòu)。采用上述形狀的基底梁在體積參數(shù)不變的條件下能夠提高對外輸出功率。
[0012]本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器水平放置工作效果最優(yōu)。
[0013]本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器包括壓電俘能部分和電磁俘能部分。壓電-電磁復(fù)合式俘能器輸出端與整流電橋及儲能部分連接，能夠?qū)㈦娔軆Υ鎸㈦娔艽鎯皩ν夤┠堋?br>[0014]所述的整流電橋由二極管D1、D2、D3、D4構(gòu)成，能夠?qū)弘?電磁復(fù)合式俘能器輸出的交流電流變?yōu)橹绷麟娏鳌Ｋ龅膬δ懿糠职娙軨和電阻R。
[0015]交變的電流通過二極管Dl、D2、D3、D4構(gòu)成的整流電橋后，變?yōu)橹绷麟娏?，通過電容C將電能存儲并對外供能。
[0016]本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器的工作過程為:
[0017]振動狀態(tài)下，對于壓電俘能部分，殼體上下振動，帶動基底梁及壓電陶瓷材料上下振動，對于壓電結(jié)構(gòu)，由于壓電陶瓷材料在振動環(huán)境下，壓電陶瓷材料表面上電極和下電極會產(chǎn)生相應(yīng)的正負電荷，每側(cè)振動產(chǎn)生的電荷通過左壓電片上電極引線、右壓電片上電極引線引出。
[0018]對于電磁俘能部分，基底梁上下振動，帶動上永磁體、下永磁體及錐形永磁體上下振動，垂直于殼體的上線圈切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流。
[0019]壓電-電磁復(fù)合式俘能器的壓電俘能部分和電磁俘能部分的輸出端與整流電橋及儲能部分連接，能夠?qū)㈦娔軆Υ鎸㈦娔艽鎯Σν夤┠堋?br>[0020]有益效果:
[0021]1、與常規(guī)電池相比，本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器具有現(xiàn)有俘能器的所有優(yōu)點，即:①綠色無污染，能量密度大，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性強。②操作控制方便。不需要定期更換，節(jié)約人力物力成本。③特別適用于環(huán)境極端惡劣、不便更換電池的環(huán)境及能量消耗較小的戶外傳感器等的能量供應(yīng)。
[0022]2、采用本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器可克服單一壓電或電磁俘能器對外輸出功率不足的缺點，在體積參數(shù)不變的條件下提高對外輸出功率。
[0023]3、本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，可解決傳統(tǒng)電源需要定期更換等維護不便的問題。
[0024]4、本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器，可微型化后與相關(guān)電路、傳感器集成在一起工作，可避免電池供能體積較大、無法與MEMS工藝兼容、線路連接復(fù)雜等問題。本發(fā)明基于尋求一種結(jié)構(gòu)簡單，能量密度高、輸出功率高、環(huán)境適應(yīng)性強的壓電-電磁復(fù)合式俘能器。本發(fā)明可克服常規(guī)能源工藝兼容性差、能量密度低、線路連接復(fù)雜、維護不便等問題。
[0025]5、本發(fā)明公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器，可用于配備日常生活振動環(huán)境及石油地下勘探、采礦等惡劣環(huán)境下的能源供應(yīng)，亦可作為應(yīng)急備用能源。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)正視圖；
[0028]圖3為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0029]圖4為本發(fā)明電路示意圖。
[0030]其中，I一殼體、2—線圈、3—上永磁體、4一壓電陶瓷材料、5—基底梁、6—維形永磁體、7—下永磁體、8—上電極、9—壓電片、10—下電極、11—左壓電片上電極引線、12—右壓電片上電極引線。
【具體實施方式】
[0031]為進一步闡述本發(fā)明達到預(yù)期目的所采取的技術(shù)手段及功效，使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)特征及其功效做如下詳細說明。
[0032]實施例1
[0033]如圖1、2、3所示，本實施例公開的一種壓電-電磁復(fù)合式俘能器，包括殼體1、線圈
2、上永磁體3、壓電陶瓷材料4、基底梁5、錐形永磁體6、下永磁體7、上電極8、壓電片9、下電極10、左壓電片上電極引線11、右壓電片上電極引線12。殼體I內(nèi)壁兩側(cè)對稱分布有線圈2，線圈2垂直于殼體I底面，線圈2與殼體I固定連接，并使線圈2中心與錐形永磁體6尖部位置垂直相對，線圈2與錐形永磁體6尖部位置之間留有間隙。錐形永磁體6底部分別對稱固定于上永磁體3、下永磁體7側(cè)面，基底梁5中間部分夾于上永磁體3、下永磁體7之間，基底梁5與殼體I垂直固定連接。所述的上永磁鐵3、下永磁鐵7及錐形永磁體6充磁方向一致，且均沿錐形永磁體軸線方向，并使錐形永磁體軸線垂直于線圈2表面。在基底梁5上黏貼壓電陶瓷材料4，并使基底梁5與壓電陶瓷材料4形狀相同。