[发明专利]复合式能量收集装置

说明书

本发明公开了复合式能量收集装置，包括：两端分别设置有悬臂支撑座和电磁支撑座的支撑板，以及分别与悬臂支撑座和电磁支撑座相连的悬臂模块和电磁模块；悬臂模块包括悬臂梁，悬臂梁一端与悬臂支撑座固定连接，悬臂梁另一端为自由端且指向电磁支撑座，自由端的两侧面分别连接有磁铁；电磁模块包括浮动组件和电磁组件，浮动组件支撑电磁组件悬浮于电磁支撑座内，电磁组件包括导电线圈。本发明能够实现整体宽频率范围的能量收集，提高能量转换效率和整体发电量。

技术领域

本发明涉及能量收集技术领域，具体涉及一种复合式能量收集装置。

背景技术

近年来，随着低功耗无线传输技术的日趋成熟，各式微型传感器、嵌入式系统以及无线传感网络等得以迅猛发展，微型电子器件的耗电量也已降低到微瓦量级。而传统的电池供电方式存在占用体积大、使用寿命短、存储能量有限、污染环境等不足，因此如何为微型电子器件长期稳定供电是目前需要攻克的技术难题。于是发展起来了能量收集技术，从环境中收集能量并转换为电能实现无线传感节点的自供电。

振动能是一种普遍存在于自然界中的能量，它以不同的形式、强度和频率存在于各式建筑、桥梁、车辆以及大型机械设备、家用电器等各种生产和生活场合，甚至存在于动植物的诸多生命活动中。除此之外，振动能在持续时长和能量输出等方面相较于其他环境能源具有明显的优势，因此振动能量收集技术有望取代传统的干电池为微型低功耗无线传感网络节点长期稳定供电。

但是环境中的振源大多不是单一频率的振动，而是频率变化范围宽且随机的振动。大多振动能量收集器还是线性的工作方式，只有当外界振源频率与收集器共振频率相近时才能产生较大的输出，导致收集器的有效工作频率范围比较窄，无法适应宽频随机的环境振源，并且能量转换形式比较单一，发电量受到限制。虽然研究发现有多种机制能够拓宽振动能量收集器的工作频带并增强输出性能，但是都存在不足之处，比如多模态振动能量收集器共振频率离散结构复杂，多稳态振动能量收集器只适用于高强度激振环境，升频振动能量收集使用寿命短，难以满足电子器件供电需求。因此需要采取有效的措施拓宽振动能量收集器的工作频带宽度并增强输出性能，提高振动能量收集和转换效率，加快新型无线供电技术的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合式能量收集装置，以拓宽频带和提高输出，实现整体宽频率范围的能量收集，可有效收集环境中低频且变化范围较宽的振动能量并转换为电能，为无线传感节点供电。

为了解决上述技术问题，本发明提供了复合式能量收集装置，包括：

支撑板，所述支撑板两端分别设置有悬臂支撑座和电磁支撑座，悬臂模块和电磁模块分别与所述悬臂支撑座和电磁支撑座相连；

所述悬臂模块包括悬臂梁，所述悬臂梁一端与所述悬臂支撑座固定连接，所述悬臂梁另一端为自由端且指向所述电磁支撑座，所述自由端的两侧面分别连接有磁铁；

所述电磁模块包括浮动组件和电磁组件，所述浮动组件支撑所述电磁组件悬浮于所述电磁支撑座内，所述电磁组件包括导电线圈。

进一步的，所述浮动组件包括上弹簧固定部和下弹簧固定部，所述电磁组件设置于线圈套内，所述上弹簧固定部和下弹簧固定部的两端分别与所述线圈套上下两侧及电磁支撑座固定连接。

进一步的，所述上弹簧固定部和下弹簧固定部均包括浮动弹簧、弹簧压板和弹簧托盘，所述弹簧压板与所述线圈套相连，所述弹簧托盘与所述电磁支撑座相连，所述弹簧压板和弹簧托盘的相对面设置有弹簧固定槽，所述浮动弹簧的两端分别卡设在所述弹簧压板和弹簧托盘的弹簧固定槽内。

进一步的，所述电磁支撑座顶部设置有盖板，所述上弹簧固定部和电磁支撑座之间设置有调距垫片，所述弹簧托盘与所述盖板相连，所述调距垫片设置于所述弹簧托盘与电磁支撑座之间。

进一步的，所述悬臂梁为压电梁。