[发明专利]一种电磁-压电复合式换能器

说明书

本发明提供一种电磁‑压电复合式换能器，包括底座支架、长方体永磁体、压电片、圆柱体永磁体、感应线圈、E形导磁材料。所述底座支架为轴对称结构，长方体永磁体放置在所述底座支架的中心凹槽处，压电片平放于所述长方体永磁体的上表面，使压电片的长度方向与长方体永磁体的长度方向一致，圆柱体永磁体的圆柱曲面布置在所述压电片上方，E形导磁材料为2个，布置在圆柱体永磁体两侧，并关于所述永磁圆柱体中心轴对称，所述E形导磁材料上均绕设有感应线圈。本发明提高了能量采集器的转换效率，同等振动的条件下，具有更高的输出电压，能够为供电设备提供更加充沛的电源。

技术领域

本发明涉及一种振动能量采集装置，具体涉及一种电磁-压电复合式换能器。

背景技术

为了适应社会发展，需要更多的可再生、清洁能源。自然环境中，太阳能、风能、热能、潮汐能和振动能等都是清洁可再生能源，其中机械振动能量无处不在，不受天气、温差等自然条件限制，因此应用前景广阔。随着微功耗技术的进步，微电子器件的耗电量已经减少到微瓦量级。采集振动能量为低功耗电子设备供电成为可能，有望采集人体运动时的振动能量为穿戴式低功耗电子设备供电。

单一机电转换机制的能量采集装置存在转换效率有限，可扩展性较差。

由于压电转换机制的输出电特性为：输出电压较高，输出电流较小，同时输出阻抗为容性。而电磁转换机制的输出电特性为：输出电压较低，输出电流较大，同时输出阻抗为感性。当振动能转换为电能时，对电能提取接口电路的设计有一定难度。为了避免此问题，大多数文献中采用分别对压电转换机制和电磁转换机制进行电能提取。因此国内外许多学者开始开展复合式振动能量采集器的研究。

发明内容

为了解决背景技术提出的问题，本发明的目的是提供一种电磁-压电复合式换能器。它提高了能量采集器的转换效率，同等振动的条件下，具有更高的输出电压，能够为供电设备提供更加充沛的电源。

本发明提供一种电磁-压电复合式换能器，包括底座支架、长方体永磁体、压电片、圆柱体永磁体、感应线圈、E形导磁材料。

所述底座支架为轴对称结构，长方体永磁体放置在所述底座支架的中心凹槽处，压电片平放于所述长方体永磁体的上表面，使压电片的长度方向与长方体永磁体的长度方向一致，圆柱体永磁体的圆柱曲面布置在所述压电片上方，E形导磁材料为2个，布置在圆柱体永磁体两侧，并关于所述永磁圆柱体中心轴对称，所述E形导磁材料上均绕设有感应圈，两侧的E形导磁材料至圆柱体永磁体的距离相同；

长方体永磁体充磁方向为X轴正方向，圆柱体永磁体充磁方向为X 轴负方向；

或者长方体永磁体充磁方向为X轴负方向，圆柱体永磁体充磁方向为 X正负方向，

在外界振动条件下，圆柱体永磁体能沿着压电片的长度方向来回的滚动。

进一步地是，初始状态时，由于长方体永磁体与圆柱体永磁的相互吸引，所述圆柱体永磁体静止在所述压电片中心位置。

进一步地技术方案是，长方体永磁体固定在所述底座支架地下内表面中心凹槽处。

进一步地技术方案是，将压电片平放在所述长方体永磁体上表面，压电片的宽度与长方体永磁体的宽度相同。所述底座支架中心凹槽用于在X 轴、Y轴方向固定压电片，当压电片受到压力时可以在Z轴正向产生位移。

压电片分为上金属基片、PTZ压电陶瓷和下金属基片，PZT压电陶瓷和金属基片用导电胶紧密粘贴。

进一步的是，圆柱体永磁体静止在所述压电片上时，圆柱体永磁体的厚度和所述压电片的宽度相同，压电片位于所述圆柱体永磁体和所述长方体永磁体的中间位置，在磁力的作用下压电片将会发生压电效应，产生感应电压。

进一步的是，E形导磁材料为导磁率较高的软磁材料，用以疏导所述长方体永磁体和圆柱体永磁体两侧的磁通，从而增加通过感应线圈的磁通量。