[发明专利]一种复合式振动能量收集器

说明书

本发明涉及一种复合式振动能量收集器，包括外壳，外壳的上下两端均固定有端盖，外壳的圆周壁上沿圆周方向均布有至少三个深度调节机构，深度调节机构的内端固定连接有压电梁，压电梁的内端固定连接有弹性膜，弹性膜的上下两面均固定连接有动磁铁，两个动磁铁分别与同侧的端盖之间设有摩擦生电机构，所述外壳的外周设有感应线圈。本发明利用压电梁、弹性膜、摩擦生电机构和感应线圈构成了一个复合式振动能量收集器，系统内部耦合了电磁、压电和摩擦生电三种换能机制，实现优势互补，提高了能量收集器的工作效率，丰富了能量收集器的输出特性；利用双自由度振动系统、碰撞和非线性磁力使振动能量收集器拥有更宽的工作带宽。

技术领域

本发明涉及能量收集器的技术领域，具体涉及一种复合式振动能量收集器。

背景技术

无线传感网络技术作为一种新兴的信息交流技术，在国防安全、医疗监护以及环境监测等领域具有广阔的应用前景，需要大量的化学电池长期地为无线传感节点供电，但是化学电池普遍存在寿命短、储能有限的问题，难以长期维持无线传感节点正常工作，需要定期的更换电池或充电，然而对于一些难以二次进入、节点分散以及环境恶劣的工作场景来说是难以实现的。

振动能量收集器能够将广泛存在于环境中的振动能转化为电能，是一种绿色能源收集技术。在自然环境中时刻存在着振动，而且不受天气、季节以及温度等方面的影响，这为振动能量收集器提供了充足的能量来源，因此振动能量收集器有望长期为无线传感节点供电。

根据能量转换机制的不同，现有振动能量收集器可以分为电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式以及摩擦生电式五种类型，各种类型的振动能量收集器各具优缺点，输出电信号特性比较单一，使用时存在一定局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合式振动能量收集器，其将电磁、压电和摩擦生电三种能量转换机制相结合，有效避免了输出特性单一、使用局限性大的问题，提高振动能量收集器的能量转换效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种复合式振动能量收集器，包括外壳，外壳的上下两端均固定有端盖，外壳的圆周壁上沿圆周方向均布有至少三个深度调节机构，深度调节机构的内端固定连接有压电梁，压电梁的内端固定连接有弹性膜，弹性膜的上下两面均固定连接有动磁铁，两个动磁铁分别与同侧的端盖之间设有摩擦生电机构，所述外壳的外周设有感应线圈。

所述深度调节机构包括安装在外壳上的调节螺钉和定位块，其中在外壳的圆周壁上沿径向开设有安装孔，定位块滑动安装在安装孔内，调节螺钉与安装孔螺纹连接,调节螺钉的螺纹端与定位块转动连接。

所述调节螺钉的内端面上开设有截面为T型的凹槽，定位块的外端面上设有与凹槽转动配合的连接头。

所述定位块为非回转体，调节螺钉的端面设有一字槽或者十字槽。

所述摩擦生电机构包括第一摩擦层和第二摩擦层，第一摩擦层固定在动磁铁的外端面上，第二摩擦层固定在端盖的内端面上，第一摩擦层和第二摩擦层之间设有间隙。

所述端盖和第二摩擦层之间设有固定磁铁。

所述第二摩擦层的面积大于第一摩擦层的面积，所述第一摩擦层的材料为聚四氟乙烯，第二摩擦层的材料为聚甲醛。

所述压电梁的内端设有配重块。

所述压电梁的形状为矩形或梯形或变截面或S性或锯齿形，所述压电梁采用压电材料制成或者由压电材料和悬臂梁复合而成。

所述外壳的形状为圆柱或多棱柱，外壳选用不导磁材料制成，端盖外端面设有十字槽。