[发明专利]一种多机理复合式宽频带振动俘能器

说明书

本发明公开了一种多机理复合式宽频带振动俘能器，包括第一振动梁、第二振动梁、高频压电复合梁、第一动磁体、第二动磁体和线圈，所述第一振动梁与所述第一动磁体固连并在振动激励下带动所述第一动磁体振动，所述第二振动梁与所述第二动磁体固连并在振动激励下带动所述第二动磁体振动，其中所述第一振动梁与所述第二振动梁分体设置，所述第一动磁体与所述线圈之间能够通过电磁感应输出电能，所述第一动磁体和所述第二动磁体能够在所述第一振动梁和所述第二振动梁带动下触碰所述高频压电复合梁，并根据触碰所述高频压电复合梁的压电效应输出电能。本发明的宽频带振动俘能器具备低频宽频带俘能效果、同时输出较大的电压和较大电流及更广泛的最佳负载应用范围。

技术领域

本发明属于俘能技术领域，尤其涉及一种多机理的复合式宽频带振动俘能器。

背景技术

随着微系统技术的发展，各型微器件的应用领域和应用范围愈发广泛，特别在密闭、旋转及空间尺寸相对有限的应用环境中，由于系统尺寸的限制以及传统电池自持电能有限、连线方式供能环境适应性差等问题，致使传统供能方式无法满足与微器件集成的供能新需求。因此，可以长时工作、占用工作空间小、环境适应性强的俘能技术成为近年来微能源领域的研究热点。

俘能技术实现将环境中的振动能、热能、电磁能量转化为电能供给低功耗器件工作，以替换传统供能方式或延长电池电能。由于振动能无处不在、无时不有，因此，将器件环境中的振动能量转化为电能的振动俘能技术是其中应用最广泛且最具前景的技术之一。现阶段，振动俘能技术主要包括三类，分别是基于压电效应的压电式俘能器、基于电磁感应定律的电磁式俘能器及基于电容原理的静电式俘能器。三种类型的俘能器都有其各自不同的特点，压电式俘能器的输出电压较大，但内阻较大导致输出电流较小，通常只有几微安到几十微安，最佳负载一般达到几十kΩ到1MΩ；电磁式俘能器的输出电流较大，但输出电压只有几十到几百毫伏，最佳负载通常为几十到几百欧姆；静电式俘能器则需要驻极体或开启电压才可正常工作，同样存在输出电流较小的问题。因此，基于单一机理的振动俘能器无法同时输出较大电压和较大电流，并且最佳负载的应用范围也相对受限，所以需在同一结构上同时集成两种或多种俘能机理，以实现更广泛的应用效果。

另一方面，振动俘能器应用环境中的工作频率往往以低频振动为主，大都小于200Hz，并且振动俘能器的输出电能与振动频率成反比，振动频率越低、输出能量越低。因此，振动俘能器需要解决低频工作环境中输出电能较小的问题。此外，振动俘能器工作环境中的振动通常分布在一定的频带范围内的随机振动，为提高俘能器在实际应用环境中的应用能力，需要拓宽俘能器的工作带宽，以覆盖较宽的工作振动频率，提高俘能效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成压电俘能和电磁俘能作用机理，同时具有宽频带、较大输出电压和较大输出电流的复合式振动型俘能器。

为实现上述目的，本发明的多机理复合式宽频带振动俘能器，包括第一振动梁、第二振动梁、高频压电复合梁、第一动磁体、第二动磁体和线圈，所述第一振动梁与所述第一动磁体固连并在振动激励下带动所述第一动磁体振动，所述第二振动梁与所述第二动磁体固连并在振动激励下带动所述第二动磁体振动，其中所述第一振动梁与所述第二振动梁分体设置，所述第一动磁体与所述线圈之间能够通过电磁感应输出电能，所述第一动磁体和所述第二动磁体能够在所述第一振动梁和所述第二振动梁带动下触碰所述高频压电复合梁，并根据触碰所述高频压电复合梁的压电效应输出电能。

进一步，所述复合式宽频带振动俘能器还包括驻极体结构，所述驻极体结构的静电上电极设置于所述高频压电复合梁上，所述驻极体结构的驻极体和静电下电极，与所述静电上电极沿所述高频压电复合梁的振动方向相隔一定间隙，根据所述驻极体结构随所述高频压电复合梁振动引起的驻极体结构间距变化输出电能。

进一步，所述第一动磁体和所述第二动磁体沿同一水平面间隔设置并且所述第一动磁体和所述第二动磁体的磁性相反。