光伏-压电-电磁复合式俘能器的制作方法

本申请涉及一种光伏-压电-电磁复合式俘能器，属于新能源和发电
技术领域：
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背景技术：
：常用的小型电子器件电源一般为锂电池或铅蓄电池，这类化学电池在一些环境中无法更换的问题使得其应用场景受到限制，因此把环境中的各类能量通过转化装置储存起来为低功耗的传感器供电是一个热点研究方向。现有俘能器包括：通过压电效应将振动能转换为电能的压电式俘能器，通过电磁感应原理将振动能转换为电能的电磁式俘能器，通过可变电容原理将振动能改转换为电能的静电式俘能器，通过光电转换原理将光能转换为电能的光伏发电装置。虽然，当前在俘能器获取环境能量研究方面具有较大进展，但是依然存在输出功率低下、适用范围较窄等缺点，难以满足低功耗的电子产品或传感器长时供电的需求。俘能器结构过大，不适于随身携带的问题。技术实现要素：根据本申请的一个方面，提供了一种光伏-压电-电磁复合式俘能器，该俘能器适合光照和/或振动环境，提高了俘能器的转化效率和适用范围。本申请针对上述问题，基于调研各类俘能器的优缺点和适用情况，设计出一种包含光伏发电单元、压电俘能单元及电磁俘能单元的新型的光伏-压电-电磁复合式俘能器。其中，光伏发电单元在于光照情况下效率较高，在阴雨天及密闭环境等光线较暗的情况下效率较低；电磁式俘能器单元和压电式俘能单元能利用环境中无处不在的振动能量，适用范围较广。本申请组合三种俘能单元的优势，借助碰撞上变频结构所设计的复合式俘能器相对于一般的俘能器，大幅提高了在环境中获取能量的效率和适用范围。适用于室内或野外等光照或振动环境下的低功耗智能设备或传感节点的电力供应。所述光伏-压电-电磁复合式俘能器，其特征在于，包括：磁铁、低频驱动梁和高频发电梁，所述低频驱动梁用于在周边环境产生的低频振动触发下振动，并将该振动激励传递给位于所述低频驱动梁一侧的所述高频发电梁；所述高频发电梁上设置光压电材料用于将振动转换为电能；所述磁铁固定于所述低频驱动梁上并面向所述高频发电梁，所述磁铁用于在周边环境产生的振动触发下切割磁感线产生电能，并传递振动激励。可选地，包括：外壳，所述低频驱动梁的一端固定于所述外壳内，另一端沿所述外壳的横向延伸，所述磁铁安装于所述低频驱动梁的另一端，并与所述高频发电梁间隔。可选地，所述高频发电梁的一端固定于所述外壳上，另一端沿所述外壳的横向延伸。可选地，包括光压电材料，所述光压电材料设置于所述高频发电梁的外侧面上；所述外壳至少面向所述光压电材料的一面为可透光材料制成。可选地，包括环形线圈，所述环形线圈固定于所述外壳内，并与所述低频驱动梁和所述高频发电梁间隔；所述磁铁垂直所述低频驱动梁并伸入容纳于所述环形线圈内。可选地，包括俘能控制电路，所述高频发电梁与所述俘能控制电路电连接。可选地，包括俘能控制电路，所述环形线圈与所述俘能控制电路电连接。可选地，所述俘能控制电路固定与所述外壳底面上。可选地，所述低频驱动梁和所述高频发电梁的一端通过螺栓固定于所述外壳上。本申请中“低频振动”是指振动频率低于30hz的振动。本申请中“高频振动”是指振动频率高于150hz的振动。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的光伏-压电-电磁复合式俘能器，与常规电池相比，本发明公开的一种光伏-压电-电磁复合式俘能器具有现有压电俘能器、光伏俘能器和电磁俘能器的所有优点，首先，对于振动环境中，压电俘能和电磁俘能能够高效的转化能量，在室外条件下，受到太阳光照的光伏材料可以大幅提升俘能效率，适应于复杂的场合。2)本申请所提供的光伏-压电-电磁复合式俘能器，在克服单一俘能器对外输出功率不足的缺点的同时，没有增加体积参数，使得适合于相关传感器等器件集成，在体积参数不变的条件下提高对外输出功率。3)本申请所提供的光伏-压电-电磁复合式俘能器，基于寻求一种结构简单，能量密度高、输出功率高、环境适应性强的光伏-压电-电磁复合式俘能器。可克服常规能源工艺兼容性差、能量密度低、线路连接复杂、维护不便等问题。可用于配备日常生活振动环境及野外军用传感节点等恶劣环境下的能源供应，亦可作为应急备用能源。4)本申请所提供的光伏-压电-电磁复合式俘能器，适合室内或野外场合将机械振动能和太阳光能转化为电能储存，并对低功耗智能设备或传感节点供电的光伏-压电-电磁复合式俘能器。具有输出功率高、实用性高、易于mems集成、操作控制方便、维护成本低等优点。附图说明图1为本申请一种实施方式中光伏-压电-电磁复合式俘能器主视剖视结构示意图；图2为本申请一种实施方式中静电-压电-电磁复合式俘能器电路结构示意图。部件和附图标记列表：部件名称附图标记部件名称附图标记外壳1线圈负极导线7光压电材料2低频梁8环形线圈3俘能控制电路9高频基体梁4光压电片正极导线10磁铁5光压电片负极导线11线圈正极导线6螺栓12具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。参见图1，本申请提供的光伏-压电-电磁复合式俘能器，包括：俘能控制电路9、外壳1、光伏俘能单元、压电俘能单元和电磁俘能单元。光伏俘能单元、压电俘能单元和电磁俘能单元设置于外壳1内并与俘能控制电路9电连接。压电俘能单元包括：高频基体梁4、光压电材料2。高频基体梁4的一端固定于所述外壳1侧壁上，另一端沿外壳1横向水平延伸。光压电材料2设置于高频梁外侧面上。压电俘能单元包括光伏俘能单元。光伏俘能单元通过光压电材料2吸收光能发挥俘能作用。至少光压电材料2面对的外壳1部分为可透光材料制成。电磁俘能单元包括：低频梁8、磁铁5和环形线圈3。低频梁8的一端固定于所述外壳1侧壁上，另一端沿外壳1横向水平延伸。磁铁5设置于低频梁8的一端上，并朝向高频基体梁4。环形线圈3固定于外壳1内，磁铁5伸入环形线圈3，并在环形线圈3中上下进行切割磁感线运动。通过低频梁8的纵向运动，通过磁铁5撞击高频梁，驱动高频梁的同时磁铁5切割磁感线产生电能。高频梁受到撞击后光压电材料2将所受振动转化为电能。上述复合式俘能器的工作过程为：在自然环境中，外界振动能多分布在低频环境下。当外部振动激励作用在复合俘能器的外壳11上时，单端固定在外壳11上的低频驱动梁吸收大量的振动能以较大幅度振动，而高频发电梁由于谐振频率远离激励频率以极低的幅度振动。低频驱动梁周期性地碰撞高频发电梁，将振动能传递到高频梁上，而后利用高频发电梁上的压电片将高频发电梁的振动能转换为电能，从而高效的收集环境中的振动能。压电单元所产生的电能通过压电片上电极引线和压电片下电极引线引出到负载或储能原件上。与此同时，低频驱动梁大幅度振动使其一侧的磁铁5与固定在外壳11上的环形线圈33产生相对运动，利用电磁感应原理将部分振动能转换为电能。电磁俘能单元所产生的电能通过线圈引线引出到负载或储能原件中。对于光伏俘能单元工作时，需要将光压电片朝向光线。由于所采用的材料为光压电片，在振动的过程中，压电部分和光伏俘能单元相当于独立的俘能结构，单独工作，效率仅仅和光照强度有关。参见图2，俘能控制电路9包括整流电桥、电容c、储能电阻r，压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元的输出端与整流电桥连接，对所获取的电能进行整流后，整流电桥与电容c串联后，与储能电阻r串联。本领域技术人员可以根据振动方向、振动产生的加速度，对压电俘能单元、电磁俘能单元和静电俘能单元的正负极，进行适应性调整。实施例参见图1，本申请提供的俘能器包括：外壳1、光压电材料2、环形线圈3、高频基体梁4、磁铁5、线圈正极导线6、线圈负极导线7、低频梁8、俘能控制电路9、光压电片正极导线10、光压电片负极导线11、螺栓12。本实施例中光压电片正极导线10、光压电片负极导线11为一个振动周期内产生电流的正、负极。振动源为往复振动，产生电流为交流电，且随振动方向的改变，电流正、负极发生改变。光压电材料2附着在高频基体梁4的上表面，高频基体梁4的左端通过螺栓12固定在外壳1上，外壳1是由透明材料加工而成，以便太阳光穿透并照射在光压电材料2上。低频梁8左端通过螺栓12固定于外壳1下部左侧面，低频梁8右侧上面粘贴有磁铁5，环形线圈3固定在高频基体梁4和低频梁8中间，三面相切固定于外壳1的内壁，上下方与高频基体梁4和低频梁8均留有间隙，使得磁铁5在上下振动过程中改变环形线圈3的磁通量而产生电流。在外壳1的下底面上固定俘能控制电路9，线圈正极导线6和线圈负极导线7将环形线圈3中产生的电流引入俘能控制电路9，光压电片正极导线10和光压电片负极导线11将光伏俘能单元和压电俘能单元产生的电流引入俘能控制电路9，通过俘能控制电路，调节所获能量供传感器或传感节点使用，其中光压电材料2和高频基体梁4而成高频发电梁，达到提升振动过程的频率的作用。光伏俘能单元包括了外壳1、光压电材料2、俘能控制电路9、光压电片正极导线10、光压电片负极导线11。压电俘能单元包括了外壳1、光压电材料2、高频梁4、磁铁5、低频梁8、俘能控制电路9、光压电片正极导线10、光压电片负极导线11、螺栓12。电磁俘能单元包括了外壳1、环形线圈3、磁铁5、线圈正极导线6、线圈负极导线7、低频梁8、俘能控制电路9。压电俘能单元、电磁俘能单元、光伏俘能单元共用外壳1，压电俘能单元和光伏俘能单元共用光压电材料2。外壳1下表面上设置俘能控制电路，将电磁俘能单元、光伏俘能单元和压电俘能单元在振动过程中产生的电能传输并储存。该俘能器在室外条件下，向上放置时效果最优，即振动方向为上下时，且光压电材料2可以受到阳光照射时，本压电-静电-电磁复合式俘能对外输出功率最大。以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页12