三维宽频带随机振动能量采集器的制作方法

本发明涉及一种振动能量捕获装置，尤其涉及一种三维宽频带随机振动能量采集器。

背景技术：

随着经济的飞速发展，对能源的消耗也急速增加，迄今为止，我们生活生产大部分是靠消耗化石能源，大量使用化石能源造成温室效应、雾霾等环境问题，另外化石能源的不可再生特点也不满足可持续发展要求。因此，建立清洁、环保、可再生能源结构的要求越发迫切。为此，将环境中其他形式的能量(如太阳能、热能、风能、振动能、化学能、声能、流体能等)转化为电能的环境能量采集技术，正受到越来越广泛的重视。

环境中的振动能量是一种常见的能量源，具有较高的功率密度，且受其他环境因素(温度、天气等)影响小，是一种更能满足安全性、有效性以及环保性供电的能量采集技术。在振动能量采集器中需要机电换能元件，将环境中的机械振动能量转化成电能，并利用拾振结构将振动能量最大程度地耦合到换能元件中。根据采集器中机电能量转换原理的不同，可以将振动能量采集器的换能方式分为：压电式、电磁式、静电式以及磁电式。

然而，振动能量采集器的输出性能不仅受换能元件机-电转换能力大小的影响，很大程度上取决于拾振机构自身的振动特性。目前多数振动能量采集装置，只能有效拾取沿采集器中拾振结构主振方向的振动能量，且要求振动激励频率在拾振结构第一阶模态频率附近一个较窄的频带范围内，采集器才能产生较高的电输出，当振动源的频率远离该频带或激励方向偏离结构主振方向时，采集器的输出将急剧降低。而环境中振动源的频率是随机变化的，振动方向也是不定的，因此，只能响应单方向单一频带的振动能量采集器对于采集实际环境下的振动能量并不实用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种三维宽频带随机振动能量采集器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种三维宽频带随机振动能量采集器，包括底座1、两支撑连接杆2、筒状腔体3和设置于筒状腔体上的电输出结构；两支撑连接杆的其中一支撑连接杆的一端与底座的一端连接，另一端与筒状腔体的一端连接；两支撑连接杆的另一支撑连接杆的一端与底座的另一端连接，支撑杆的另一端与筒状腔体的另一端连接；当能量采集器在感受到外部环境中的振动时，电输出结构产生电输出。

进一步，所述电输出结构包环绕筒状腔体内壁设置的压电薄膜4和设置于筒状腔体内的第一质量块5。

进一步，所述电输出结构包括设置于两支撑连接杆上的压电薄膜。

进一步，所述电输出结构包括环绕筒状腔体外表面设置的感应线圈6以及设置于筒状腔体内的第一磁铁7。

进一步，所述电输出结构包括设置于筒体腔体外壁上的第一电极8、第二电极9和第二质量块10，所述第二电极与第二质量块同时设置于筒状腔体内且第二电极固定于第二质量块上；所述第一电极的极性面与第二电极的极性面相对放置。

进一步，所述第二质量块与筒状腔体的接触面与筒体腔体内表面相适配。

进一步，所述电输出结构包括复合磁电换能块11、第二磁铁12和导磁体13，所述第二磁铁环绕于筒状腔体的外表面设置，所述第二磁铁与复合磁电换能块设置于筒状腔体内，所述磁导体设置于复合磁电换能块上。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明采用活动连接杆结合腔体结构，连接杆与腔体间的活动连接在本发明中起感应外界振动的作用，即构成本发明能量采集器的拾振结构，该领域现有技术中采用的梁弹性拾振结构，其拾振结构工作方向及拾振频率范围往往受限，本发明采用的活动连接拾振结构，能够对任意方向任意频率段的振动源进行感应，实现三维宽频带振动能量采集。另外，连接杆和腔体结构简单，便于加工。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为采集器拾振结构示意图；

图2为实施例一能量采集器的结构示意图；

图3为实施例二能量采集器的结构示意图；

图4为实施例三能量采集器的结构示意图；

图5为实施例四能量采集器的结构示意图；

图6为实施例五能量采集器的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种三维宽频带随机振动能量采集器，包括底座1、两支撑连接杆2、筒状腔体3和设置于筒状腔体上的电输出结构；两支撑连接杆的其中一支撑连接杆的一端与底座的一端连接，另一端与筒状腔体的一端连接；两支撑连接杆的另一支撑连接杆的一端与底座的另一端连接，支撑杆的另一端与筒状腔体的另一端连接；支撑杆与筒状腔体、底座的连接处均有一定的活动性。当能量采集器在感受到外部环境中的振动时，电输出结构产生电输出。

实施例一

在本实施例中，所述电输出结构包环绕筒状腔体内壁设置的压电薄膜4和设置于筒状腔体内的第一质量块5。当能量采集器感受到外部环境振动，第一质量块振动碰撞压电薄膜产生电压。

实施例二

在本实施例中，所述电输出结构包括设置于两支撑连接杆上的压电薄膜。当能量采集器感受到外部环境振动，支撑杆发生形变，使压电薄膜变形产生电压。

实施例三

在本实施例中，所述电输出结构包括环绕筒状腔体外表面设置的感应线圈6以及设置于筒状腔体内的第一磁铁7。当能量采集器感受到外部环境振动，第一磁铁在筒状腔体内运动切割感应线圈产生电压。

实施例四

在本实施例中，所述电输出结构包括设置于筒体腔体外壁上的第一电极8、第二电极9和第二质量块10，所述第二电极与第二质量块同时设置于筒状腔体内且第二电极固定于第二质量块上；所述第一电极的极性面与第二电极的极性面相对放置。所述第二质量块与筒状腔体的接触面与筒体腔体内表面相适配。当能量采集器感受到外部环境振动，第二质量块运动带动第二电极运动从而改变第一电极与第二电极的距离或正对面积以产生电压。

实施例五

在本实施例中，所述电输出结构包括复合磁电换能块11、第二磁铁12和导磁体13，所述第二磁铁环绕于筒状腔体的外表面设置，所述第二磁铁与复合磁电换能块设置于筒状腔体内，所述磁导体设置于复合磁电换能块上。复合磁电换能块为压电/压磁构成的复合磁电换能材料。

在本实施例中，所述第二磁铁用于提供磁场环境，所述导磁体用于改变复合磁电换能块所处磁场环境，复合磁电换能块在变化磁场的作用下产生电输出。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。