[实用新型]弹簧式机电转换模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，特别涉及一种弹簧结构的振动能多途径组合发电装置。 

背景技术

振动是一种广泛存在的现象，特别是在汽车、飞机、桥梁或大型机械等多种场合中。振动能量采集就是采集机械、车辆、楼宇以及如桥梁等其它建筑架构产生的一般机械振动能，并将其转换为电能，无需布线和电池，就可驱动传感器或者其他电路装置的一种能量采集技术。 

具有振动能量采集功能的小型传感器可安装到车门、电动马达基座等狭小空间中，还可安装到大型机械、建筑物或桥梁等场合中。传感器在这里无需电池、电源线路或通信布线即可进行工作，而且能够在不需要维护的情况下无限期工作。因此，该技术尤其适合需要长使用寿命、高温运行或者人员难以接近的应用中。 

将振动能转化为电能的方式一般有电磁式、压电式和静电式三种。现有方案都侧重通过其中一种方式实现振动能到电能的转换，故转换效率相对有限。 

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种同时使用正压电效应和电磁感应原理实现振动能装换的发电装置。 

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现： 

一种弹簧式机电转换模块，它包括弹簧、压电材料、线圈和永磁铁；所述弹簧的一端为固定端，另一端为自由端，所述自由端产生与弹簧伸缩方向一致的 运动；所述弹簧式机电转换模块包括压电式和电磁感应式两个发电单元，压电式发电单元利用压电材料的正压电效应，将弹簧振动动能转化成电能，电磁感应式发电单元利用线圈和永磁铁的相对运动实现电磁感应发电输出；所述的压电材料涂覆在弹簧螺旋体伸缩方向的上下表面。 

作为本方案的进一步优化，所述的永磁铁与弹簧的自由端相连，随自由端一起做与弹簧伸缩方向一致的运动；所述线圈位置固定，位于永磁铁的磁场范围之内；永磁铁随弹簧自由端一起运动时，线圈中的磁感应强度发生变化，从而输出电能。 

作为本方案的进一步优化，所述的线圈与弹簧的自由端相连，随自由端一起做与弹簧伸缩方向一致的运动；所述永磁铁位置固定；所述的线圈位于永磁铁的磁场范围之内；线圈随弹簧自由端一起运动时，线圈中的磁感应强度发生变化，从而输出电能。 

作为本方案的进一步优化，所述的永磁铁是条形磁铁，从线圈中央穿过。 

作为本方案的进一步优化，所述的永磁铁是U型磁铁，线圈的一部分位于磁铁的U型空隙中。 

作为本方案的进一步优化，本实用新型还包括两个整流电路，压电材料的电能输出端和线圈的电能输出端分别连接在整流电路的输入端。 

本发明结构设计巧妙，在同一套弹簧系统中实现了两种振动能量转化方式的组合应用，极大的提高了能量的转化效率。 

附图说明

图1为弹簧式机电转换模块结构示意图。 

图2为永磁铁固定的组合发电装置实施例1结构示意图。 

图3为永磁铁固定的组合发电装置实施例2结构示意图。 

图4为线圈固定的组合发电装置实施例1结构示意图。 

图5为线圈固定的组合发电装置实施例2结构示意图。 

图6为弹簧及压电材料部位放大效果图。 

图7为截取弹簧及压电材料部位的一个片段放大后效果图。 

其中，(1)压电发电单元(2)电磁感应发电单元(3)电源管理单元。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。 

一种弹簧式机电转换模块，包括弹簧、压电材料、线圈和永磁铁；所述弹簧的一端为固定端，另一端为自由端，自由端产生与弹簧伸缩方向一致的运动。 

如图1所示，所述弹簧结构发电装置包括压电式和电磁感应式两个发电单元，压电式发电单元利用压电材料的正压电效应，将弹簧振动动能转化成电能，电磁感应式发电单元利用线圈和永磁铁的相对运动实现电磁感应发电输出；所述的压电材料涂覆在弹簧上下表面。 

图2、3、4、5所示，为弹簧组合发电装置的实施例。所述的发电装置均包含一个弹簧，弹簧通常是由形状规则的弹性材料构成，形状可以与普通弹簧相同，弹簧采用高弹性模量的材料，要求具有很好的弹性振动效果和较低的阻尼内耗，同时还要求许用应变较大，塑性小，机械品质因素高。 

弹簧的一端为固定端。弹簧的另一端为自由端，所述的自由端可产生与弹簧伸缩方向一致的运动，外界产生的与弹簧伸缩方向一致的振动将被弹簧捕获，传递到弹簧结构的振动能发电系统。