本发明涉及的是一种能源技术领域的装置，尤其涉及一种采用放大结构的复合式磁悬浮宽频振动能量采集器。
背景技术：
振动是环境中普遍存在的一种现象，广泛存在于桥梁、楼宇、船舶、车辆、机床、家用电器（冰箱、洗衣机、微波炉）等各种生产生活设备中，也存在于人体的血液流动、心脏跳动、肢体运动等生命过程中。如果将环境中的振动转化为电能，为无线网络、嵌入式系统等低功耗设备供电，有着非常广泛的应用前景。
基于振动的能量采集方法一般有三种：电磁式、静电式和压电式。其中，电磁式振动能量采集器具有输出电压低(典型值<1v)、输出电流高等特点；压电式振动能量采集器具有输出电压高、输出电流低、输出阻抗高等特点；静电式振动能量采集器具有输出电压高、输出电流低、输出功率密度低、需要提供初始电压或电荷源才能工作。每种振动能量采集方式都有其优缺点，都有不同的适用对象。如果将两种以上的能量采集方式组合构成复合式的振动能量采集器，适用范围将会更广。
磁悬浮的电磁式振动能量采集器具有转换效率高、灵敏度高、结构紧凑等优点，是电磁式振动能量采集器中较好的设计之一。经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号：201220227976.9，名称为：一种磁悬浮振动发电模块，该发明提出了一种采用磁悬浮的振动能量采集器，该采集器由一个壳体、一个活动永磁铁、一个固定永磁铁、一个内壁光滑的非导磁材料筒、一个非导磁弹簧、两个以上的感应线圈构成。固定永磁铁固定在非导磁材料筒的底部，活动永磁铁在固定磁铁的排斥力的作用下，悬浮在非导磁材料筒的中部。感应线圈绕在非导磁材料筒外部。非导磁弹簧的一端固定于非导磁材料筒的上端，起到弹性限位的作用，防止活动永磁铁向上位移太大。当采集器感应到振动时，活动永磁铁就会相对非导磁材料筒上下移动，感应线圈将感应到变化的磁通产生电输出。中国专利一种磁悬浮式免摩擦振动能量采集装置（申请号：201710324575.2），在上述专利的基础上，将悬浮的活动永磁体改成组合式悬浮永磁铁，并在非导磁材料筒上安装侧向固定磁铁。组合式悬浮永磁铁由上悬浮磁铁、辐射充磁磁铁、下悬浮磁铁、磁铁固定块构成一个整体。侧向固定磁铁与辐射充磁磁铁磁极相同，相互排斥，避免了悬浮磁子与外壳腔体内表面的摩擦，有效避免摩擦产生的能量损耗。虽然磁悬浮电磁式振动能量采集器具有转换效率高、灵敏度高、结构紧凑等优点，但存在频带相对较窄、低水平振动下输出功率低以及输出电压低等不足。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种频带宽、低水平振动下能输出较高的功率、具有压电式和电磁式两种能量采集方式的磁悬浮振动能量采集器，解决传统磁悬浮振动能采集器频带窄、低水平振动下输出功率低、输出电压低等不足。
为实现上述目的，本发明技术方案为：
采用放大结构的复合式磁悬浮宽频振动能量采集器，其特征在于：设计一矩形框体，一条形压电悬臂梁的一端固定在框体的垂直边上，压电悬臂梁另一端的上表面固定有一个磁悬浮振动能量采集模块，压电悬臂梁下表面固定有一个压电梁磁铁，压电梁磁铁下方框体的水平边上固定有一个框体磁铁，且框体磁铁与压电梁磁铁相对设置，并具有间距；所述的磁悬浮振动能量采集模块由非导磁材料构成的圆筒，圆筒内的上部及筒底均各固定有一个固定磁铁，两块固定磁铁之间配置有一个活动磁铁，圆筒外壁安装有两个感应线圈，利用活动磁铁在筒内的运动，可在感应线圈内产生电输出。
所述的压电梁磁铁与框体磁铁两者的相对面为同极性或相反极性，确保压电梁磁铁与框体梁磁铁之间的磁力能有效地将外部振动转换成非线性振动，使得装置获得宽频带的特性。
所述的磁悬浮振动能量采集模块中的顶部固定磁铁、底部固定磁铁、活动磁铁均采用圆形磁铁，活动磁铁的直径小于圆筒的内径，可以在圆筒中自由地上下运动。
所述的活动磁铁与顶部固定磁铁和底部固定磁铁相对面的极性相同，在这两个固定磁铁的排斥力作用下悬浮在圆筒中部。
所述的压电悬臂梁包括具有弹性的中间支撑层和粘接在中间支撑层两侧的压电层，压电层之间通过并联或串联进行电压输出。
当采集器感应到外部振动时，压电悬臂梁将放大外部振动，放大后的振动施加在磁悬浮振动能量采集模块上，使活动磁铁发生上下的来回振动，并产生变化的磁通，两个感应线圈感应变化的磁通产生电输出。压电悬臂梁发生振动时，因压电效应，也会产生电输出。
所述的采用放大结构的复合式磁悬浮宽频振动能量采集器的优点在于：
（1）利用压电悬臂梁放大了磁悬浮振动能量采集器振动位移，使得磁悬浮振动能量采集模块在低水平振动下也能输出较高的功率。
（2）压电悬臂梁的末端受到上下磁铁间非线性磁力的作用，使得压电悬臂梁的振动为非线性振动，从而扩展了压电悬臂梁的频带。通过恰当的设计使压电悬臂梁的带宽与磁悬浮振动能量采集模块的带宽相互靠近，可以有效地拓宽采集器的频带宽度。
（3）整合了压电和电磁能量采集，充分利用了采集器各部分的振动，可以捕获更多的振动能量，输出更高的功率，同时具备压电和电磁能量采集方式的优点。
下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。
附图说明
图1是采用放大结构的复合式磁悬浮宽频振动能量采集器示意图；
附图中标号名称：1框体、2压电悬臂梁、2-1中间支撑层、2-2压电层、3框体磁铁、4压电梁磁铁、5磁悬浮振动能量采集模块、5-1底部固定磁铁、5-2线圈、5-3活动磁铁、5-4顶部固定磁铁、5-5圆筒。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
压电悬臂梁2的一端固定在框体1上，另一端（自由端）的上表面固定有一个磁悬浮振动能量采集模块5，下表面固定有一个压电梁磁铁4。压电梁磁铁4的正下方的框体1上固定有一个大小相同的一个框体磁铁3。压电梁磁铁4和框体磁铁3间存在相互排斥或相互吸引的磁力。
压电悬臂梁2由三层粘接构成：上、下两层为压电层2-2，材料为压电陶瓷，其表面覆盖金属电极层，两个压电层2-2的电压输出为并联或串联相连，中间支撑层2-1为钢或铍青铜弹性材料，其宽度与压电层2-2一致。压电悬臂梁2或由一层压电层2-2粘在中间支撑层2-1构成。
磁悬浮振动能量采集模块5由圆筒5-5、顶部固定磁铁5-4、底部固定磁铁5-1、活动磁铁5-3、两个感应线圈5-2构成。圆筒5-5采用非导磁材料。顶部固定磁铁5-4固定在圆筒5-5的顶部，底部固定磁铁5-1固定在圆筒5-5的底部。顶部固定磁铁5-4、底部固定磁铁5-1、活动磁铁5-3均采用圆柱体磁铁，活动磁铁5-3的直径略小于圆筒5-5的内径，可以在圆筒5-5中自由地上下运动。顶部固定磁铁5-4、底部固定磁铁5-1、活动磁铁5-3的磁场方向都沿厚度方向，安装时，活动磁铁5-3与顶部固定磁铁5-4、底部固定磁铁5-1相对面的极性相同。这样，活动磁铁5-3将受到顶部和底部固定磁铁的排斥力作用，使活动磁铁5-3悬浮在圆筒5-5的中部。
两个感应线圈5-2由铜线绕成，为螺旋线圈结构，分别绕在圆筒5-5的外部，且磁力线密集处。
当采集器感应到外部振动时，压电悬臂梁2将放大外部振动，放大后的振动施加在磁悬浮振动能量采集模块5上，使活动磁铁5-3发生上下的来回振动，并产生变化的磁通，两个感应线圈5-2感应变化的磁通产生电输出。压电悬臂梁2发生振动时，因压电效应，也会产生电输出。
由于压电悬臂梁2放大了磁悬浮振动能量采集模块5的振动位移，使得磁悬浮振动能量采集模块5在低水平振动下也能输出较高的功率。
压电悬臂梁2的末端受到压电梁磁铁4与框体磁铁3间非线性磁力的作用，使得压电悬臂梁2的振动为非线性振动，从而扩展了压电悬臂梁2的频带。如果通过恰当的设计使压电悬臂梁2的带宽与磁悬浮振动能量采集模块5的带宽相互靠近，可以有效地拓宽采集器的频带宽度。
采集器整合了压电和电磁能量采集，充分利用了采集器各部分的振动，可以捕获更多的振动能量，输出更高的功率，同时具备压电和电磁能量采集方式的优点。