CN109150007A - 一种磁悬浮振动俘能电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮振动俘能电池，包括：电池顶盖、电池外壳、空心轴、内部弹簧、外部弹簧、底座、两个相同压电悬臂梁和四个相同磁性垫圈，其中：所述电池顶盖和电池外壳组成了电池密封腔；所述压电悬臂梁、磁性垫圈、内部弹簧和空心轴组成了压电发电装模块；底座和外部弹簧用来感知和传递外界振动。当布置该装置的微机电设备受外界振动时，电池体会发生持续振动，电池体内部压电发电模块在内部弹簧及磁性垫圈磁力作用下维持持续振动，提高了能量俘获效率。该装置主要用于微机电系统、无线传感器、智能穿戴设备等领域，具有结构简单、免维护、寿命长、节能环保、易于集成和环境适应性强等优点。

Description

一种磁悬浮振动俘能电池

技术领域

本发明属于压电发电领域，具体涉及一种磁悬浮振动俘能电池。

背景技术

随着微机电系统（MEMS）、无线传感器网络技术的发展以及它们在航空航天、海底探测、军事工业、民用机械、交通等领域的应用。传统干电池、纽扣电池和锂电池等存在更换麻烦、使用寿命短、环境适应性差和对环境有污染等缺点，所以不能满足某些微机电系统和无线传感器网络节点的需要。而压电发电装置可以将周围环境振动或人体振动机械能转化为电能，且压电发电装置结构微小、易于集成、无电磁干扰、节能环保且使用寿命长无需维护，因此利用压电发电设计一种结构简单、发电量可靠、环境适应性强的微小型压电自发电电池已十分重要。

发明内容

为了解决目前传统干电池、纽扣电池和锂电池等存在更换麻烦、使用寿命短、环境适应性差和对环境有污染的问题，提出了一种磁悬浮振动俘能电池，该压电自发电装置由电池顶盖、电池外壳、空心轴、内部弹簧、外部弹簧、底座、两个相同压电悬臂梁和四个相同磁性垫圈组成。其中：所述电池顶盖和电池外壳组成了电池密封腔；所述压电悬臂梁、磁性垫圈、内部弹簧和空心轴组成了压电发电装模块；底座和外部弹簧用来感知和传递外界振动。当布置该装置的微机电设备发生振动时，电池体会发生持续晃动，电池内部弹簧在上端压电发电单元惯性力作用下产生往复变形，两个压电发电单元之间由于磁性圆环垫圈之间磁力传递振动，实现外界一次振动，激励电池长时间工作的目的，提高了压电发电装置能量俘获效率。压电片发出的电能连接到布置于空心轴内部的整流装置和储能电容，储能电容储存的电能供用电元器件使用。该装置用于微机电系统、无线传感器、智能穿戴设备等领域，具有结构简单、免维护、寿命长、节能环保、易于集成和环境适应性强等优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种磁悬浮振动俘能纽扣电池，包括：电池顶盖、电池外壳、空心轴、内部弹簧，其特征在于还包括外部弹簧、两个相同的压电悬臂梁、四个相同的磁性圆环垫圈和底座，其中：所述电池顶盖为圆片形构件，其底面正中布置一圆形沉槽，顶面正中安装有电极；所述电池外壳为带底的圆筒形构件，其筒底上表面正中布置一与电池顶盖上沉槽相同大小圆形沉槽，下表面正中布置有电极；所述电池顶盖与电池外壳连接组成封闭的电池腔体；所述空心轴间隙配合安装在电池顶盖沉槽和电池外壳沉槽上；所述内部弹簧和外部弹簧均为螺旋弹簧；所述压电悬臂梁由弹性基板、扇形压电片和质量块组成，弹性基板由圆环片及圆环片外阵列的若干扇形压电悬臂梁组成，扇形压电片对称粘贴在扇形压电悬臂梁上下表面，质量块粘贴在扇形压电悬臂梁外缘上表面；所述磁性圆环垫圈是圆环形磁铁构件，磁铁形式为上半部与下半部为不同极性；所述压电悬臂梁上下表面均连接一个磁性圆环垫圈组成压电发电单元；内部弹簧与两个压电发电单元依次套在空心轴上，两个压电发电单元上共四个磁性圆环垫圈从上到下极性依次为为N/S、N/S、S/N、S/N或S/N、S/N、N/S、N/S；所述内部弹簧下端与电池外壳筒底上表面接触，上端与压电发电单元上磁性圆环垫圈接触；所述底座为一厚圆片形构件，圆片上表面正中布置一圆形沉槽；所述外部弹簧上端与电池外壳筒底下表面正中连接，下端安装在底座上布置的沉槽中，弹簧高度大于底座上圆形沉槽高度2mm以上。

所述多个压电发电单元依次套在空心轴上构成叠堆式压电发电结构。

工作时，将该磁悬浮振动俘能纽扣电池安装在某些需要自供电的微机电装置中，当该微机电装置所处环境发生振动时，底座吸收外界振动，外部弹簧会发生摆动，带动电池体振动，电池体内部弹簧在压电发电单元惯性力作用下往复变形，压电发电单元产生较长时间多次往复振动，多个压电发电单元由于磁悬浮力会随着最底下一个压电发电单元一起振动，多个压电发电单元压电片用导线引出到布置于空心轴里的整流装置和储能电容，储能电容储存的电用导线连接到电池顶盖和电池外壳底面的电极上，形成与普通电池类似的供电机制。

附图说明

图1 是本发明一种磁悬浮振动俘能电池安装关系示意图。

图2 是本发明一种磁悬浮振动俘能电池剖视图。

图3 是本发明一种磁悬浮振动俘能电池压电悬臂梁零件等轴测示意图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明一种磁悬浮振动俘能电池由电池顶盖、电池外壳、空心轴、内部弹簧、外部弹簧、底座、两个相同压电悬臂梁和四个相同磁性垫圈组成，其中：

所述电池顶盖（1）为圆片形构件，其底面正中布置一圆形沉槽，顶面正中安装有电极；所述电池外壳（2）为带底的圆筒形构件，其筒底上表面正中布置一与电池顶盖（1）上沉槽相同大小圆形沉槽，下表面正中布置有电极；所述电池顶盖（1）与电池外壳（2）粘接组成封闭的电池腔体；所述空心轴（3）间隙配合安装在电池顶盖（1）沉槽和电池外壳（2）沉槽上；所述内部弹簧（4）和外部弹簧（5）均为螺旋弹簧；所述压电悬臂梁（6）由弹性基板（61）、扇形压电片（62）和质量块（63）组成，弹性基板（61）由圆环片及圆环片外阵列的若干扇形压电悬臂梁组成，扇形压电片（62）对称粘贴在扇形压电悬臂梁上下表面，质量块（63）粘贴在扇形压电悬臂梁外缘上表面；所述磁性圆环垫圈（7）是圆环形磁铁构件，磁铁形式为上半部与下半部为不同极性；所述压电悬臂梁（6）上下表面均粘接一个磁性圆环垫圈（7）组成压电发电单元；内部弹簧（4）与两个压电发电单元依次套在空心轴（3）上，两个压电发电单元上共四个磁性圆环垫圈（7）从上到下极性依次为为N/S、N/S、S/N、S/N或S/N、S/N、N/S、N/S；所述内部弹簧（4）下端与电池外壳（2）筒底上表面接触，上端与压电发电单元上磁性圆环垫圈（7）接触；所述底座（8）为一厚圆片形构件，圆片上表面正中布置一圆形沉槽；所述外部弹簧（5）上端与电池外壳（2）筒底下表面正中粘接，下端安装在底座（8）上布置的沉槽中，弹簧高度大于底座（8）上圆形沉槽高度2mm以上。

所述多个压电发电单元依次套在空心轴（3）上构成叠堆式压电发电结构。

工作时，将该磁悬浮振动俘能纽扣电池安装在某些需要自供电的微机电装置中，当该微机电装置所处环境发生振动时，外部弹簧会发生摆动，带动电池体振动，电池体内部弹簧在压电发电单元惯性力作用下往复变形，压电发电单元产生较长时间往复振动，多个压电发电单元由于磁悬浮力会随着最底下一个压电发电单元一起振动，多个压电发电单元压电片用导线引出到布置于空心轴里的整流装置和储能电容，储能电容储存的电用导线连接到电池顶盖和电池外壳底面的电极上，形成与普通电池类似的供电机制。

Claims (2)

1.一种磁悬浮振动俘能电池，包括：电池顶盖（1）、电池外壳（2）、空心轴（3）、内部弹簧（4），其特征在于还包括外部弹簧（5）、两个相同的压电悬臂梁（6）、四个相同的磁性圆环垫圈（7）和底座（8），其中：所述电池顶盖（1）为圆片形构件，其底面正中布置一圆形沉槽；所述电池外壳（2）为带底的圆筒形构件，其筒底上表面正中布置一与电池顶盖（1）相同大小圆形沉槽；所述电池顶盖（1）与电池外壳（2）连接组成封闭的电池腔体；所述空心轴（3）间隙配合安装在电池顶盖（1）沉槽和电池外壳（2）沉槽上；所述内部弹簧（4）和外部弹簧（5）均为螺旋弹簧；所述压电悬臂梁（6）由弹性基板（61）、扇形压电片（62）和质量块（63）组成，弹性基板（61）由圆环片及圆环片外阵列的若干扇形压电悬臂梁组成，扇形压电片（62）对称粘贴在扇形压电悬臂梁上下表面，质量块（63）粘贴在扇形压电悬臂梁外缘上表面；所述磁性圆环垫圈（7）是圆环形磁铁构件，磁铁形式为上半部与下半部为不同极性；所述压电悬臂梁（6）上下表面均连接一个磁性圆环垫圈（7）组成压电发电单元；内部弹簧（4）与两个压电发电单元依次套在空心轴（3）上，两个压电发电单元上共四个磁性圆环垫圈（7）从上到下极性依次为为N/S、N/S、S/N、S/N或S/N、S/N、N/S、N/S；所述内部弹簧（4）下端与电池外壳（2）筒底上表面接触，上端与压电发电单元上磁性圆环垫圈（7）下表面接触；所述底座（8）为一厚圆片形构件，圆片上表面正中布置一圆形沉槽；所述外部弹簧（5）上端与电池外壳（2）筒底下表面正中连接，下端安装在底座（8）上布置的圆形沉槽中。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮振动俘能纽扣电池，其特征在于：所述多个压电发电单元依次套在空心轴（3）上构成叠堆式压电发电结构。