圈7和兩側磁鐵8，如圖2、3所示。
[0029]壓電雙晶片2采用粘貼方式固定在懸臂梁4上下表面；與懸臂梁4同時振動，在振動過程中產生的電荷通過電極3連接導線引出到能量轉換電路進行處理；懸臂梁4 一端緊密固定在振動體的基座5上，另一端粘貼作為質量塊的矩形永磁鐵6以降低俘能結構的振動頻率，如圖5所示；當俘能器整體處于振動環境下時，俘能器的壓電俘能裝置利用D31壓電效應俘能，永磁鐵6在壓電俘能裝置中的主要作用就是增大懸臂梁4的振幅并降低壓電俘能裝置的俘能頻率。永磁鐵6兩側分別放置感應線圈7形成電磁俘能裝置；在俘能器整體振動過程中永磁鐵6的與感應線圈7產生相對運動，感應線圈7切割磁力線產生感應電流輸出到能量轉換電路中；在兩個感應線圈7后分別放置兩側磁鐵8 ;兩側磁鐵8在電磁俘能裝置中的主要作用就是利用磁鐵間相互作用力改變懸臂梁4的振動狀態增大俘能效果并增加磁鐵間磁力線的密度以使更多的磁力線參與到電磁感應中獲得更大感應電流。
[0030]所述的壓電俘能結構和電磁俘能結構通過環境振動激勵產生的都是周期性變化的交流電，這種交流電無法給低功耗器件供電；能量轉換電路的作用就是把俘能結構產生的交流電經整流后轉換成直流電，再經過濾波得到一個較平穩的輸出。標準的能量轉換電路如圖4所示，主要包括二極管、電阻、電容連接，二極管Dl 二極管D2 二極管D3 二極管D4構成橋式整流電路。在振動的正半周時，二極管D2和二極管D3導通；在振動的負半周時，二極管Dl和二極管D4導通，負載上得到的始終是正向直流電壓。
[0031]如圖1所示，由壓電雙晶片2構成的壓電懸臂梁俘能結構在外界振動激勵作用下產生上下振動，壓電雙晶2片由于變形產生壓電效應在壓電雙晶片2表面產生電荷，兩片壓電雙晶2并聯后經壓電俘能電路輸出到能量存儲電路處理后存儲起來，在懸臂梁4振動的同時，懸臂梁4末端的永磁鐵6也隨著懸臂梁4發生上下振動，永磁鐵6兩側的線圈切割磁力線由于電磁感應產生感應電流，線圈串聯后經電磁俘能電路輸出到能量存儲電路存儲后存儲起來。
[0032]壓電俘能裝置經能量轉換電路處理后輸出電壓大、電流小，電磁俘能裝置經能量轉換電路處理后輸出電流大、電壓小，壓電俘能裝置的輸出和電磁俘能裝置的輸出經能量存儲電路輸出較高電壓和較高電流存儲在儲能元件中以供使用。
[0033]對于壓電俘能裝置，利用壓電雙晶片2的壓電效應產生電荷，壓電晶片在受到外力時由于壓電材料的壓電效應在壓電晶片的上下表面會產生等量異號的電荷，通過電極3引出到能量轉換電路中以供使用，在本發明中主要利用了壓電雙晶片的D31效應。
[0034]對于電磁俘能裝置，利用法拉第電磁感應定律在線圈中產生電流，當磁鐵的磁力線與感應線圈發生相對運動時，在感應線圈內就會產生感應電流，電流通過能量轉換電路以供使用。
[0035]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所做的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，如改變質量塊磁鐵的為圓柱體，末端形狀為圓錐形或圓柱形等，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種壓電-電磁復合式低頻寬帶俘能器，其特征在于:包括壓電俘能裝置、電磁俘能裝置、外框⑴、電極⑶以及基座(5);壓電俘能裝置包括壓電雙晶片(2)、懸臂梁(4);電磁俘能裝置包括永磁鐵(6)、感應線圈(7)和兩側磁鐵(8); 壓電雙晶片(2)固定在懸臂梁上下表面；壓電雙晶片(2)表面涂覆銀，電荷通過電極(3)連接導線引出到能量轉換電路進行處理；懸臂梁(4) 一端固定在振動體的基座(5)上，一端粘貼作為質量塊的矩形永磁鐵出)；永磁鐵(6)兩側分別放置感應線圈(7);在永磁鐵(6)振動過程中感應線圈(7)切割磁力線產生感應電流；在兩感應線圈(7)后分別放置兩偵_鐵⑶。
2.如權利要求1所述的一種壓電-電磁復合式低頻寬帶俘能器，其特征在于:工作過程為:由壓電雙晶片(2)構成的壓電懸臂梁俘能結構在外界振動激勵作用下產生上下振動，壓電雙晶(2)片由于變形產生壓電效應在壓電雙晶片(2)表面產生電荷，兩片壓電雙晶(2)并聯后經壓電俘能電路輸出到能量存儲電路處理后存儲起來，在懸臂梁(4)振動的同時，懸臂梁(4)末端的永磁鐵(6)也隨著懸臂梁(4)發生上下振動，永磁鐵(6)兩側的線圈切割磁力線由于電磁感應產生感應電流，線圈串聯后經電磁俘能電路輸出到能量存儲電路存儲后存儲起來。
3.如權利要求1所述的一種壓電-電磁復合式低頻寬帶俘能器，其特征在于:所述的壓電雙晶片(2)材料為壓電陶瓷。
4.如權利要求1所述的一種壓電-電磁復合式低頻寬帶俘能器，其特征在于:所述的壓電雙晶片(2)固定在懸臂梁上下表面，采用粘貼方式固定。
5.如權利要求1所述的一種壓電-電磁復合式低頻寬帶俘能器，其特征在于:所述的能量轉換電路，主要包括二極管Dl、二極管D2、二極管D3、二極管D4、電阻、電容，所述的二極管D1、二極管D2、二極管D3與二極管D4構成橋式整流電路；在振動的正半周時，二極管D2和二極管D3導通；在振動的負半周時，二極管Dl和二極管D4導通，負載上得到的始終是正向直流電壓。
【專利摘要】本發明涉及一種壓電-電磁復合式低頻寬帶俘能器，屬于新能源和發電技術領域。電雙晶片固定在懸臂梁上下表面；壓電雙晶片表面涂覆銀；懸臂梁一端固定在振動體的基座上，一端粘貼永磁鐵；永磁鐵兩側分別放置感應線圈；在兩感應線圈后分別放置兩側磁鐵；本發明提高了俘能器的環境適應能力及俘能器的俘能效率；并可有效拓寬俘能帶寬。本發明利用壓電效應和電磁感應在振動條件下俘能，可產生較大電流和較高電壓，有效彌補了壓電或電磁單獨俘能方式的不足，利用有效的能量轉換電路可做到較高電壓和較高電流的同時輸出，更有利于為充電電池或超級電容充電。
【IPC分類】H02N2-18, H02K35-02
【公開號】CN104836478
【申請號】CN201510256523
【發明人】劉海鵬, 高世橋, 張廣義, 武麗森, 李平
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月19日