一種多模式振動發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多模式振動發(fā)電裝置，可有效的將壓電發(fā)電與電磁發(fā)電相結(jié)合，屬于綠色能源利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步以及對于新能源的不斷探索，壓電發(fā)電技術(shù)作為一項新能源技術(shù)，正日益獲得人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的電池供電方式存在著壽命短、需要經(jīng)常更換、儲存能量有限等缺點(diǎn)，而且在某些條件下更換電池過程復(fù)雜，也會污染環(huán)境。將自然環(huán)境中振動形式的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，既可以避免污染環(huán)境，又可以有效的為低功耗用電器供電。電磁發(fā)電是通過導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生電能，這是一種非常經(jīng)典的發(fā)電方式，將電磁發(fā)電與壓電發(fā)電結(jié)合可有效增加系統(tǒng)的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。因此，利用兩種發(fā)電方式的結(jié)合是很有必要的，可以增大其發(fā)電量、拓寬其有效工作頻域。
[0003]多模式壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)能夠充分的將自然環(huán)境中的振動能量加以利用，其應(yīng)用性非常強(qiáng)，國內(nèi)外關(guān)于壓電發(fā)電的專利相對較少，關(guān)于雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電與線圈切割磁感線發(fā)電相結(jié)合增強(qiáng)發(fā)電能力的專利暫時還無人申請。中國專利(公開號CN104377993A)公開了一種自動調(diào)參壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)，該發(fā)明通過增加彈簧，使得壓電懸臂梁在振動過程中，兩個永久磁鐵之間的距離能夠自由調(diào)節(jié)，極大的的提高了發(fā)電效果。中國專利(公開號CN101764531A)公開了一種多工作模態(tài)壓電發(fā)電機(jī)，將工作在拉伸與壓縮模態(tài)以及工作在沖擊模態(tài)的壓電元件集成在壓電發(fā)電機(jī)的不同部位。當(dāng)發(fā)電機(jī)上下振動時，壓電片或因敲擊或因拉伸和壓縮而產(chǎn)生電能。美國專利(公開號W02010151738A3)公開了一種雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電裝置，有效拓寬了懸臂梁的共振頻帶，但帶寬拓展的程度并不是很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了有效的增加振動形式的機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明提供了一種多模式振動發(fā)電裝置，將壓電發(fā)電與電磁發(fā)電相結(jié)合，二者相互補(bǔ)充，相互促進(jìn)。在外激勵作用下，壓電梁發(fā)生形變產(chǎn)生電能。在壓電梁振動的過程中，兩塊永久磁鐵均產(chǎn)生運(yùn)動，使得線圈切割磁感線產(chǎn)生電能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種多模式振動發(fā)電裝置，該裝置包括雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁、附屬結(jié)構(gòu)；雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁包括引線1、壓電層2、基層3、支架14、線圈15、永久磁鐵18 ;附屬結(jié)構(gòu)包括線圈116、彈簧7、永久磁鐵119、支架IIlO ;所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的一端固定，壓電層2粘貼在基層3的一端，引線I從壓電層2上表面以及基層3表面分別引出；所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的另一端為自由端，自由端粘貼有永久磁鐵18，與永久磁鐵18相對放置的是永久磁鐵119，永久磁鐵18與永久磁鐵119相互排斥；永久磁鐵119與彈簧7的一端連接且通過水平放置的彈簧7支撐，彈簧7另一端固定。
[0006]所述永久磁鐵18與永久磁鐵119之間存在一定間隙，能夠使得雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁在小激勵振動下保持雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)動。
[0007]所述永久磁鐵18的外側(cè)套有支架14，支架14的外側(cè)纏有線圈15 ;所述永久磁鐵119的外側(cè)套有支架1110，支架IIlO的外側(cè)纏有線圈116 ；
[0008]所述支架14、支架IIlO的一端固定，另一端自由。
[0009]所述線圈15纏繞在支架14的表面，采用多層纏繞的方式，從支架14的一端繞支架14表面纏繞，到達(dá)支架14的另一端后再朝著原來的一端纏繞，如此往復(fù)；所述線圈IIlO纏繞在支架IIlO的表面，采用多層纏繞的方式，從支架IIlO的一端繞支架IIlO表面纏繞，到達(dá)支架IIlO的另一端后再朝著原來的一端纏繞，如此往復(fù)。
[0010]所述支架14與永久磁鐵18之間存在一定間隙，支架IIlO與永久磁鐵119之間存在一定間隙。
[0011 ] 所述壓電層2的材料為PZT或極化后的PVDF。
[0012]所述基層3的材料為銅、鋼、鋁、鋁合金其中的一種。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本裝置將雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電與電磁發(fā)電相互補(bǔ)充，能夠充分利用兩塊永久磁鐵的運(yùn)動產(chǎn)生額外電能，本發(fā)明在工作過程中可以時時自動調(diào)節(jié)雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)動程度以及切割磁感線程度，能夠有效促進(jìn)機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)發(fā)電能力。
【附圖說明】
[0015]圖1是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖中:
[0017]1-引線2-壓電層3-基層
[0018]4-支架I5-線圈I6-線圈II
[0019]7-彈簧8-永久磁鐵I 9-永久磁鐵II
[0020]10-支架 II
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0022]如圖1所示，一種多模式振動發(fā)電裝置，該裝置包括雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁、附屬結(jié)構(gòu)；雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁包括引線1、壓電層2、基層3、支架14、線圈15、永久磁鐵18 ;附屬結(jié)構(gòu)包括線圈116、彈簧7、永久磁鐵119、支架II10 ;所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的一端固定，壓電層2粘貼在基層3的一端，引線I從壓電層2上表面以及基層3表面分別引出；所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的另一端為自由端，自由端粘貼有永久磁鐵18，與永久磁鐵18相對放置的是永久磁鐵119，永久磁鐵18與永久磁鐵119相互排斥；永久磁鐵119與彈簧7的一端連接且通過水平放置的彈簧7支撐，彈簧7另一端固定。
[0023]所述永久磁鐵18與永久磁鐵119之間存在一定間隙，能夠使得雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁在小激勵振動下保持雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)動。
[0024]所述永久磁鐵18的外側(cè)套有支架14，支架14的外側(cè)纏有線圈15 ;所述永久磁鐵119的外側(cè)套有支架1110，支架IIlO的外側(cè)纏有線圈116 ；
[0025]所述支架14、支架IIlO的一端固定，另一端自由。
[0026]所述線圈15纏繞在支架14的表面，采用多層纏繞的方式，從支架14的一端繞支架14表面纏繞，到達(dá)支架14的另一端后再朝著原來的一端纏繞，如此往復(fù)；所述線圈IIlO纏繞在支架IIlO的表面，采用多層纏繞的方式，從支架IIlO的一端繞支架IIlO表面纏繞，到達(dá)支架IIlO的另一端后再朝著原來的一端纏繞，如此往復(fù)。
[0027]所述支架14與永久磁鐵18之間存在一定間隙，支架IIlO與永久磁鐵119之間存在一定間隙。
[0028]所述壓電層2的材料為PZT或極化后的PVDF。
[0029]所述基層3的材料為銅、鋼、鋁、鋁合金其中的一種。
[0030]盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
【主權(quán)項】
1.一種多模式振動發(fā)電裝置，其特征在于:該裝置包括雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁、附屬結(jié)構(gòu)；雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁包括引線(1)、壓電層(2)、基層(3)、支架I (4)、線圈I (5)、永久磁鐵1(8);附屬結(jié)構(gòu)包括線圈II (6)、彈簧(7)、永久磁鐵II (9)、支架II (10);所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的一端固定，壓電層⑵粘貼在基層⑶的一端，引線⑴從壓電層⑵上表面以及基層(3)表面分別引出；所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的另一端為自由端，自由端粘貼有永久磁鐵I (8)，與永久磁鐵I (8)相對放置的是永久磁鐵II (9)，永久磁鐵I (8)與永久磁鐵II (9)相互排斥；永久磁鐵11(9)與彈簧(7)的一端連接且通過水平放置的彈簧(7)支撐，彈簧(7)另一端固定; 所述永久磁鐵I (8)與永久磁鐵II (9)之間存在一定間隙，能夠使得雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁在小激勵振動下保持雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)動； 所述永久磁鐵I (8)的外側(cè)套有支架I (4)，支架I (4)的外側(cè)纏有線圈I (5);所述永久磁鐵11(9)的外側(cè)套有支架II (10)，支架II(1)的外側(cè)纏有線圈11(6)； 所述支架I (4)、支架II (10)的一端固定，另一端自由。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式振動發(fā)電裝置，其特征在于:所述線圈1(5)纏繞在支架I (4)的表面，采用多層纏繞的方式，從支架1(4)的一端繞支架I (4)表面纏繞，到達(dá)支架1(4)的另一端后再朝著原來的一端纏繞，如此往復(fù)；所述線圈II(1)纏繞在支架II(1)的表面，采用多層纏繞的方式，從支架II(1)的一端繞支架II(1)表面纏繞，到達(dá)支架II(1)的另一端后再朝著原來的一端纏繞，如此往復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式振動發(fā)電裝置，其特征在于:所述支架I(4)與永久磁鐵I (8)之間存在一定間隙，支架II(1)與永久磁鐵II (9)之間存在一定間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式振動發(fā)電裝置，其特征在于:所述壓電層(2)的材料為PZT或極化后的PVDF。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式振動發(fā)電裝置，其特征在于:所述基層(3)的材料為銅、鋼、鋁、鋁合金其中的一種。
【專利摘要】一種多模式振動發(fā)電裝置，該裝置包括雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁、附屬結(jié)構(gòu)；所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁一端固定，壓電層粘貼在基層的根部，引線從壓電層上表面以及基層表面分別引出。所述雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁自由端粘貼一個永久磁鐵I，與永久磁鐵I相對放置的是永久磁鐵II，永久磁鐵I與永久磁鐵II相互排斥，永久磁鐵II通過水平放置的彈簧支撐，彈簧另一端固定。在永久磁鐵I和永久磁鐵II外側(cè)分別套上支架和線圈，支架為固定放置，線圈纏繞在支架上。本發(fā)明有效的將壓電發(fā)電與電磁發(fā)電相結(jié)合，大大提高了結(jié)構(gòu)整體的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)發(fā)電能力。
【IPC分類】H02K35-02, H02N2-18
【公開號】CN104821743
【申請?zhí)枴緾N201510191784
【發(fā)明人】姚明輝, 李印波, 張偉
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月22日
【公告號】WO2015110093A2