[发明专利]一种可旋转运动和轴向运动的压电能量收集装置

说明书

本发明公开了一种可旋转运动和轴向运动的压电能量收集装置，包括轴杆，所述轴杆的两端分别安装有轴套和磁性内筒，轴套之间安装有弹性薄壁外筒，弹性薄壁外筒由若干片弹性薄板、若干块条状永磁铁和柔性压电元件构成，柔性压电元件粘接在弹性薄板的表面上，条状永磁铁分布在弹性薄板的内侧，且条状永磁铁粘接在所述弹性薄板上，并处于所述弹性薄板的边界内部，弹性薄壁外筒内的轴杆上套装有磁性内筒。本发明利用磁性内筒中的瓦形永磁铁与弹性薄壁外筒内侧分布的条状永磁铁的永磁力以及与弹性薄板变形时的回复力在特定的位置处大小相等，方向相反，形成双稳态现象，可加大弹性薄板的振动幅度，提高能量收集效率。

技术领域

本发明涉及属于能量回收领域，涉及一种压电振动能量收集器，主要涉及一种可旋转运动和轴向运动的压电能量收集装置。

背景技术

目前大部分微型电子元器件都是采用电池供能，虽然电池可以提供稳定的电量满足微电子产品的能量需求，但是对于很多场合，特别是网络式的大规模微型电子元器件系统，采用电池供能会带来很多不便，一方面电池的使用寿命有限，需要定期更换，另一方面对于这种大规模的微型电子元器件系统更换电池十分不易。在一些特殊场合例如易燃易爆等危险场合，难以采用电池为电子元器件供能。因此寻求电池的替代品，并在某些特殊的应用领域替代电池或自动为电池充电的各种能量收集技术的研究已成为近年来的研究热点。

通过能量收集技术可以将环境中的各种形式的能量转换为可用电能，目前主要的能量收集技术有光能收集技术；热能收集技术和振动能量收集技术。振动广泛存在于自然环境中并具有较高的能量密度，振动能量收集技术相比于光能收集技术和热能收集技术对应用环境的要求较低，可以提供较为稳定的能量。在振动能量收集技术中通过压电材料的正压电效应收集能量的压电能量收集技术具有较高的功率密度和更加简单的结构，易于集成与微型化，符合电子元器件的发展趋势，在能量回收领域得到了广泛应用。如中国专利（公开号CN204190649U）公开了一种轴向按压式的压电能量采集器；如中国专利（公开号CN102332843A）公开了一种对称旋转压电发电装置；如中国专利（公开号CN102723894A）公开了一种压电双晶梁旋转压电发电装置。

但以上这些利用压电能量收集技术的专利中，所提到的压电能量收集装置只能收集外界振动位移或者旋转所激发的振动能量，不能同时收集这两种不同激励情况下的振动能量，不利于压电能量收集装置的实用化。目前常见的旋转式能量收集装置是基于电磁感应原理的发电机结构，如中国专利（公开号CN105836005A）公开了一种电动车电磁感应发电机和中国专利（公开号CN105684280A）公开了一种发电机。这些基于电磁感应原理的发电机结构较为复杂，不易于微型化和集成化，不适合为微型电子元器件供能。

发明内容

本发明目的就是设计一款能同时收集外界振动位移和旋转所激发的振动能量的压电能量收集装置，并利用压电能量收集装置中存在的双稳态现象提高发电效率，本发明相比目前常见的压电能量收集装置具有更高的能量收集效率。本发明相比目前常见的基于电磁感应原理的发电机结构更加紧凑，更易于微型化与集成化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种可旋转运动和轴向运动的压电能量收集装置，其特征在于：包括轴杆，所述轴杆的两端分别安装有轴套，所述轴套之间安装有弹性薄壁外筒，所述弹性薄壁外筒由若干片弹性薄板、若干块条状永磁铁和柔性压电元件构成，所述柔性压电元件粘接在弹性薄板的表面上，所述条状永磁铁分布在弹性薄板的内侧，并处于所述弹性薄板的边界内部，所述弹性薄壁外筒内的轴杆上套装有磁性内筒。

所述的弹性薄壁外筒整体呈鼓状或灯笼状。

所述的弹性薄板整体呈弓形，其两端较宽，沿着两端向中间一段距离后其宽度逐渐减小，且相邻弹性薄板之间的两端侧面均粘合在一起，且构成圆周分布的弹性薄壁外筒的侧面。