阅读说明：本技术 一种压电与电磁复合能量环形俘获装置 (Piezoelectric and electromagnetic composite energy annular capture device ) 是由 施阁 徐苴邴 曾文涛 施浙斌 林如斌 王晨宇 胡项展 曾传军 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种压电与电磁复合能量环形俘获装置,包括圆环管、两个圆环连接件、圆环盖、三个磁球、线圈、以及压电悬臂梁,所述的压电悬臂梁包括质量块永磁体、弹性基板以及压电陶瓷纤维片,压电悬臂梁的一端通过圆环盖固定在圆环管上,另一端包含质量块永磁体,处于自由状态,所述的圆环盖通过两个圆环连接件与圆环管相连,线圈缠绕在圆环管上,将磁球放入圆环管,磁球在圆环管中滑动时一边通过与质量块永磁体的磁力作用激励压电陶瓷纤维片,一边通过与线圈的相对运动产生电磁感应现象输出电能,该装置可以将周边的振动能量通过压电与电磁效应转换为电能,适用于俘获人体活动时产生的振动能。(The invention discloses a piezoelectric and electromagnetic composite energy ring capture device, which comprises a ring tube, two ring connectors, a ring cover, three magnetic balls, a coil and a piezoelectric cantilever beam, wherein the piezoelectric cantilever beam comprises a mass block permanent magnet, an elastic substrate and a piezoelectric ceramic fiber sheet, one end of the piezoelectric cantilever beam is fixed on the ring tube through the ring cover, the other end of the piezoelectric cantilever beam comprises the mass block permanent magnet and is in a free state, the ring cover is connected with the ring tube through the two ring connectors, the coil is wound on the ring tube, the magnetic balls are placed in the ring tube, the magnetic balls slide in the ring tube while exciting the piezoelectric ceramic fiber sheet through the magnetic force action of the mass block permanent magnet and generating an electromagnetic induction phenomenon to output electric energy through the relative motion with the coil, the device can convert the peripheral vibration energy into electric energy through the piezoelectric and electromagnetic effects, is suitable for capturing the vibration energy generated by the human body during the activity.)

一种压电与电磁复合能量环形俘获装置

技术领域

本发明属于振动能量俘获技术领域，具体涉及一种压电与电磁复合能量环形俘获装置。

背景技术

随着半导体器件和集成电路技术的不断发展，智能技术也可以和穿戴式设备相结合，形成一个依赖于人体的独特网络，我们希望可以通过各种可穿戴式设备增强对于自身人体的感知。在许多领域的需求和互联网+迅猛发展的刺激下，华为，苹果，小米，索尼等众多电子设备商业巨头纷纷将目光投向可穿戴式设备，并将其作为未来电子商业竞争的制高点。但是这些可穿戴式设备在实现各类功能的应用中其功耗不断增加而导致供电问题的弊端也愈发的凸显，因此可穿戴式设备的供电问题渐渐的成为研究热点，传统的可穿戴式设备的电池可分为两大类，其中一种是以纽扣电池为主要供电单元，需要定期更换并且无法充电，在拆卸设备更换电池时其数据传输也会进行中断，给用户带来了极大的不变。另一种是锂电池作为设备的主要供电单元，需要外置充电线，充电插座，待机时间最长也仅仅只有数月。因此解决穿戴式设备的电源续航问题以及电池体积笨重等问题刻不容缓。

目前，现有的环境振动能量俘获形式主要分为电磁式、静电式和压电式。单一的压电式振动能量俘获装置输出电压较大，但输出电流较小并且其输出阻抗呈容性；单一的电磁式振动能量俘获装置输出电压较小，但输出电流较大并且其输出阻抗呈感性。而且，这两种单一形式的机电转换效率和输出功率都较低，所以将两种振动能量俘获方式进行耦合能够提高采集效率。

本发明公开了一种压电与电磁复合能量环形俘获装置，包括圆环管、两个圆环连接件、圆环盖、三个磁球、线圈、以及压电悬臂梁，所述的压电悬臂梁包括质量块永磁体、弹性基板以及压电陶瓷纤维片，压电悬臂梁的一端通过圆环盖固定在圆环管上，另一端包含质量块永磁体，处于自由状态，所述的圆环盖通过两个圆环连接件与圆环管相连，线圈缠绕在圆环管上，将磁球放入圆环管，磁球在圆环管中滑动时一边通过与质量块永磁体的磁力作用激励压电陶瓷纤维片，一边通过与线圈的相对运动产生电磁感应现象输出电能，该装置可以将周边的振动能量通过压电与电磁效应转换为电能，适用于俘获人体活动时产生的振动能。

发明内容

本发明的目的：种压电与电磁复合能量环形俘获装置，通过压电与电磁复合能量采集的方式提高振动能量的采集效率，利用上变频的方式提高人体活动时俘能效率低的问题。

为实现本发明，采用的技术方案是：一种压电与电磁复合能量环形俘获装置，包括圆环管、两个圆环连接件、圆环盖、三个磁球、线圈、以及压电悬臂梁，所述的压电悬臂梁包括质量块永磁体、弹性基板以及压电陶瓷纤维片，压电悬臂梁的一端通过圆环盖固定在圆环管上，另一端包含质量块永磁体，处于自由状态，所述的圆环盖通过两个圆环连接件与圆环管相连，线圈缠绕在圆环管上，将磁球放入圆环管，磁球在圆环管中滑动时一边通过与质量块永磁体的磁力作用激励压电陶瓷纤维片，一边通过与线圈的相对运动产生电磁感应现象输出电能，该装置可以将周边的振动能量通过压电与电磁效应转换为电能，适用于俘获人体活动时产生的振动能。

本发明的有益效果：

1.本发明采用的是非接触的磁力耦合作用，可以将外界的低频振动转换到压电悬臂梁的固有频率的高频振动，实现工作频带的上变频。

2.本发明采用压电与电磁复合能量的采集，可以提高振动能的采集效率与装置的输出功率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明压电悬臂梁示意图；

图3为本发明圆环管示意图；

图4为本发明磁球极性示意图；

其中：1：圆环管；2：圆环连接件；3：圆环盖；4：磁球；5：线圈；6：质量块永磁体；7：弹性基板；8：压电陶瓷纤维片；9: 压电悬臂梁。

具体实施方式

一种压电与电磁复合能量环形俘获装置，包括圆环管（1）、两个圆环连接件（2）、圆环盖（3）、三个磁球（4）、线圈（5）、以及压电悬臂梁（9），所述的压电悬臂梁（9）包括质量块永磁体（6）、弹性基板（7）以及压电陶瓷纤维片（8），压电悬臂梁（9）的一端通过圆环盖（3）固定在圆环管（1）上，另一端包含质量块永磁体（6），处于自由状态，所述的圆环盖（3）通过两个圆环连接件（2）与圆环管（1）相连，线圈（5）缠绕在圆环管（1）上，将磁球（4）放入圆环管（1），磁球（4）在圆环管（1）中滑动时一边通过与质量块永磁体（6）的磁力作用激励压电陶瓷纤维片（8），一边通过与线圈（5）的相对运动产生电磁感应现象输出电能，该装置可以将周边的振动能量通过压电与电磁效应转换为电能，适用于俘获人体活动时产生的振动能。

工作原理：该装置利用磁球（4）在圆环管（1）中滑动时一边通过与质量块永磁体（6）的磁力作用激励压电陶瓷纤维片（8），一边通过与线圈（5）的相对运动产生电磁感应现象输出电能，该装置可以将周边的振动能量通过压电与电磁效应转换为电能，适用于俘获人体活动时产生的振动能。

优选的，可以通过磁球（4）在圆环管（1）中的滑动一边激励压电悬臂梁（9），另一边与线圈（5）产生电磁感应现象输出电能。

优选的，可以通过磁球（4）的叠加来提高俘获振动能量的效率，磁球（4）数量越多，效率越高。

优选的，为减小磁球（4）在圆环管（1）中的摩擦阻力，可以选用玻璃材质，也可以选用其他材质。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。