一种复合型能量采集器的制作方法

本实用新型涉及能量转换技术，特别涉及振动能量采集和输出技术。

背景技术：

目前自发电的微能源是解决许多低能耗系统供电不足的关键，振动能量采集器可以将环境中的振动机械能转化为电能，具有稳定性好的优点，可以为低能耗器件供电。而目前的能量采集器转换效率低，无法满足如今大范围的低能耗系统供电。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种复合型能量采集器，提高能量转换效率和输出电能。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种复合型能量采集器，包括壳体和安装在壳体中的n个发电装置，其特征在于，所述发电装置包括压电振子、永磁体、感应线圈和摩擦片；所述压电振子一端固定在壳体上，另一端为自由端，所述压电振子通过接收壳体的震动输出电能；所述永磁体安装在所述自由端，并跟随压电振子运动；所述感应线圈安装在壳体上通过感应永磁体运动输出电能；所述摩擦片分别安装在永磁体和壳体上，通过相互摩擦输出电能；n≥1。

本实用新型的技术方案，集成了压电振子发电、磁力感应发电和摩擦发电，都是利用外界的随机振动进行发电的。压电振子一端固定在壳体上，当壳体接收到外界的振动，带动压电振子振动，利用压电效应将振动能直接转换成电能输出。压电振子另一端为自由端，上面安装的永磁体跟随压电振子运动，使安装在壳体上的感应线圈由于电磁感应输出电能。同时安装在永磁体和壳体上的摩擦片，发生相互摩擦产生电荷转移也可以输出电能。三种转换方式集成在一起，大大提高了能量采集效率，由于壳体中安装了不止一个发电装置，可以输出比较大的电能，更能够满足不同的使用要求。

进一步的，安装在壳体上的摩擦片，通过缓冲垫固定在壳体上。

采用缓冲垫可以降低冲击和噪声，提高能量采集器的可靠性。

具体的，所述摩擦片为纳米摩擦片。

纳米摩擦片是一种具有纳米尺寸的介电材料构成的摩擦片。由于纳米结构的存在进一步增强了摩擦发电的性能，提升了摩擦发电的效率。常用的材料有聚四氟乙烯、聚氯乙烯等极性较强的摩擦介电材料，在相互摩擦时比较容易发生电荷转移，形成较大的电势差，输出电能。

具体的，所述缓冲垫为海绵缓冲垫或橡胶缓冲垫。

海绵缓冲垫和橡胶缓冲垫都是一种常用的缓冲件，具有取材容易，价格低廉的优势。

进一步的，所述压电振子为“7”字型，由一条横边和一条竖边端部相连构成。

本方案采用特殊结构的“7”字型压电振子，可以采用不同尺寸的压电振子进行套装，在有限空间布置更多的压电振子。由于各个压电振子尺寸不同，其谐振频率各异，可以构成宽频带振动能量采集装置，提高输出能力。

更进一步的，所述竖边一端固定在壳体上，一端与横边连接，所述横边为压电振子的自由端。

本方案的压电振子装配结构，可以沿横边长度安装较大的永磁体和较长的摩擦片，能够提高感应线圈的输出电能和摩擦片的输出电能。

进一步的，所述横边上下两面都安装有永磁体。

横边上下两面都安装永磁体，增加了永磁体的数量，能够提高感应线圈的输出电能。压电振子振动时，安装在永磁体上的摩擦片还可以分别与壳体上部和下部的摩擦片产生摩擦，提高摩擦电的输出。

更具体的，所述永磁体为三棱柱形，其长度与所述横边相当，所述摩擦片沿永磁体斜边安装。

永磁体采用三棱柱形，其斜面安装摩擦片可以增大摩擦片的面积和延长摩擦距离，提高摩擦产生的电势差，增强输出电能。

更具体的，所述缓冲垫为三棱柱形，其长度与所述永磁体长度相同，所述摩擦片沿缓冲垫斜边安装并与永磁体斜边平行配置。

本方案是与采用三棱柱形永磁体匹配的方案，缓冲垫也采用三棱柱形的，并且其长度与三棱柱形永磁体长度相同，摩擦片沿缓冲垫斜边安装并与永磁体斜边平行配置，可以安装较大面积的摩擦片和延长摩擦距离，能够提高摩擦片的电能输出。

推荐的，n≥4。

根据实验，采用4个以上的发电装置，可以构成一个基本的能量采集器，能够提供具有实际意义的能量输出。

本实用新型的有益效果是，有效复合了压电、电磁、摩擦能量采集，减少占地空间，提高了能量转换效率。特别是使用“7”字型压电振子，克服了传统压电悬臂梁输出电压低，谐振频率高，能量转化效率不足的缺点。不同尺寸的压电振子扩展了频带宽度，满足不同振动条件下的压电能量采集需求。进一步使用三棱柱形的磁铁和缓冲垫，增大了摩擦片的接触面积，提高能量转化效率。缓冲垫缓冲了磁铁的撞击，延长装置的使用寿命，并且增加了撞击时摩擦材料的接触面积。

附图说明

图1是实施例的结构示意图；

图2是压电振子的俯视图；

图3是图1沿箭头方向的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。

实施例

如图1、图2和图3所示，本例复合型能量采集器，壳体1中安装了4个发电装置，每个发电装置包括一支由一条横边22和一条竖边21端部相连构成的“7”型压电振子2，竖边21一端固定在壳体1上，另一端与横边22端部连接，横边22压电振子的自由端，横边22上下两面都安装有长度与横边22相等的三棱柱形永磁体3。在壳体1内侧安装有感应线圈5，并在壳体1内侧上下两部分与永磁体3对应的位置上安装了三棱柱形海绵缓冲垫4。由图3可以看出，永磁体3和海绵缓冲垫4的底面都是等腰直角三角形，海绵缓冲垫4的斜边与永磁体3的斜边平行配置，在海绵缓冲垫4与永磁体3对应的斜边上都安装有纳米摩擦片6。当外界的振动通过壳体1传输给压电振子2的竖边21时，压电振子2通过接收壳体1的震动输出电能。由于4根“7”型压电振子尺寸不同，具有不同的谐振频率，可以采集宽频带范围的机械振动，将各种不同频率的振动转变成电能。同时安装在压电振子2自由端横边22的永磁体跟随压电振子2运动，使安装在壳体1上的感应线圈5通过感应永磁体3的运动输出电能。在这个过程中，安装在永磁体3和壳体1上的纳米摩擦片6发生相互摩擦，纳米摩擦片6由于电荷转移形成电势差从而输出电能。

上述实施例仅仅是本实用新型的一种典型实施例，主要用于帮助理解本实用新型，并非对本实用新型的限定。本领域技术人员根据说明书的描述，进行的各种变换，均在本实用新型的保护范围。