一种圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器的制作方法

本发明专利涉及压电和电磁的能量俘获装置，属于能量耦合的领域。

背景技术：

能源危机和环境污染是21世纪人类面临的严峻问题，已成为制约人类可持续发展的主要因素，对于新能源的技术的开发与发展成为当前科学研究的主要方向。

目前俘能装置主要是：(1)压电材料能量回收装置，大部分采用悬臂梁或者类似悬臂梁的结构，压电片粘贴在悬臂梁的固定端，悬臂梁振动时，通过悬臂梁与压电材料的界面将变形传递给压电片，利用压电材料的压电效应收集能量。(2)电磁振动能量收集装置，大部分采用的是单自由度的由基础运动引起的强迫振动，通过电磁感应将拾振系统得到的动能转变成电能。以上两种结构虽然取得了一定的成功，但是具有产能方式单一、效率低、受干扰大、占用空间大及陶瓷片易断裂等缺点。

因此，本发明提供一种新型的能量俘获装置，将压电产能和电磁产能相结合，可以有效地解决以上问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种新型的能量俘获装置。本装置利用踩踏产生的压力使弹簧压缩振动，弹性形变缩小了磁石之间的距离，因此磁石的相同极性之间相互排斥产生了能量；随着弹簧的压缩振动，线圈通过电磁感应也产生了能量且对能量进行了储存。本装置达到了压电产能和电磁产能的能量的耦合。本装置其特征包括换能板(1)、支撑架(2)、弹簧(3)、固磁桩(4)、线圈桩(5)、片状磁石(6)、压电元件(7)、弹性薄膜(8)、内置线路的支承板(9)。其中，所述的换能板安放在支撑板上方，用于将人体踩踏的压力尽可能分散到支撑板上；所述的支撑架套接安放在每层支撑板之间起支撑固定的作用；所述的弹簧套接安放在支撑架上起抗压作用；所述的固磁桩安放在换能板和支撑板下方的空隙中起固定线圈桩和支撑换能板的作用；所述的线圈桩套接安放在固磁桩上起到产能和储能的作用；所述的片状磁石安放于线圈桩上表面及压电陶瓷上表面，利用磁石之间强大的排斥力实现了力传导的软接触避免了直接接触对陶瓷片的损坏；所述的压电元件嵌入支撑板中内设线路构成产能元件；所述的弹性薄膜安装于片状磁石与压电陶瓷接触的部位，防止因摩擦而导致陶瓷的磨损；所述的支撑板安装于各个层级之间，起到对压电陶瓷片的承载和对整个装置力的传导。

本发明的有益效果是：本装置从根本上解决了力传导不均匀问题、传力装置对压电陶瓷片的损坏问题、输出频带窄以及产能方式单一问题。采用换能板实现对受力接触面的展拓，采用磁石实现了力传导的软接触，采用压电和电磁共同产能和储能，提高了力传导效率，实现了机械能到电能最大程度的转化。且成本低，能够应用到各种复杂的环境，有利于在现实中的应用与推广，所以从长远来看，本项目的前景广阔。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的单层支撑板的局部放大结构示意图。

图3是本发明的原理示意图

附图标记说明：1、换能板、2支撑架、3弹簧、4、固磁桩、5、线圈桩、6片状磁石、7、压电元件、8、弹性薄膜、9、内置线路的支撑板。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细的说明；在此，本发明的适宜性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、2所示，在本发明的能量俘获装置结构包括：1、换能板、2支撑架、3弹簧、4、固磁桩、5、线圈桩、6片状磁石、7、压电元件、8、弹性薄膜、9、内置线路的支撑板。

其中，所述的换能板1与内置线路的支撑板9相连，构成力传导的基层结构；所述的支撑架2构成装置的骨架；将弹簧3及内置线路的支撑板9串接在一起组成装置的基本框架；所述的压电元件7嵌入内置线路的支撑板9中；所述的弹性薄膜8黏贴在压电元件7内表面；所述的片状磁石6固定在线圈桩5的上表面及弹性薄膜8表面构成软接触的力磁传导；所述的线圈桩5套接安放在固磁桩4上构成储能模块；装置各部件之间采用咬合连接，不易被外力扯断，稳定性较高。

使用时，只需将装置固定在需要提供低功率电源的装置附近，外接引线将两者相连。当工作人员行走在装置上，踩踏的压力使弹簧压缩振动，缩小了磁石之间的距离，磁石相同极性之间相互排斥产生了能量；随着弹簧的压缩振动，线圈通过电磁感应也产生了能量且对能量进行了储存。通过外接引线把电能提供给需要电源的装置，需要电能的装置正常工作，此新型的俘能装置工作完成。本装置适用于接触面较窄，按压频率不稳定的的场合。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器，其特征在于包括：所述的换能板(1)与内置线路的支撑板(9)相连，构成力传导的基层结构；所述的支撑架(2)构成装置的骨架；将弹簧(3)及内置线路的支撑板(9)串接在一起组成装置的基本框架；所述的压电元件(7)嵌入内置线路的支撑板(9)中；所述的弹性薄膜(8)黏贴在压电元件(7)内表面；所述的片状磁石(6)固定在线圈桩5的上表面及弹性薄膜(8)表面构成软接触的力磁传导；所述的线圈桩(5)套接安放在固磁桩(4)上构成储能模块。

2.根据权利要求1所述的圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器，其特征在于：所述的换能板(1)与内置线路的支撑板(9)相连构成力传导的基层结构。

3.根据权利要求1所述的圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器，其特征在于：所述的支撑架(2)构成装置的骨架，将弹簧(3)及内置线路的支撑板(9)串接在一起组成装置的基本框架。

4.根据权利要求1所述的圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器，其特征在于：所述的压电元件(7)嵌入内置线路的支撑板(9)中，所述的弹性薄膜(8)粘贴在压电元件(7)内表面，所述的片状磁石(6)固定在线圈桩(5)上表面及弹性薄膜(8)表面实现软接触的力磁传导。

5.根据权利要求1所述的圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器，其特征在于：所述的固磁桩(4)固定在换能板(1)与内置线路的支撑板(9)之间的间隙中，所述的线圈桩(5)套接安放在固磁桩(4)上构成简易的储能模块，便于安装使用。

技术总结
一种圆盘式多层压电和电磁复合能量收集器，其特征包括：换能板(1)、支撑架(2)、弹簧(3)、固磁桩(4)、线圈桩(5)、片状磁石(6)、压电元件(7)、弹性薄膜(8)、内置线路的支撑板(9)。其中，所述的换能板安放在支撑板上方；所述的支撑架套接安放在每层支撑板之间；所述的弹簧套接安放在支撑架上；所述的固磁桩套接安放在换能板和支撑板上方空隙中；所述的线圈桩套接安放在固磁桩上；所述的片状磁石安放于线圈桩上表面及压电陶瓷上表面；所述的压电元件嵌入支撑板中；所述的弹性薄膜安装于片状磁石与压电陶瓷接触的部位；所述的支撑板安装于各个层级之间，结构紧凑，易于俘能。

技术研发人员：王宪菊;陈韬;王凯
受保护的技术使用者：阜阳师范学院
技术研发日：2019.04.30
技术公布日：2020.10.30