專(zhuān)利名稱(chēng)：應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件的制作方法
應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是利用應(yīng)力變磁導(dǎo)與壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)制備的一種新型環(huán)保微振發(fā)電器件，通 過(guò)外界機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力振(波)動(dòng)作用在鐵磁-鐵電復(fù)合材料上而達(dá)到發(fā)電的目的。 屬于磁電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁性材料從其功能上講，分為軟磁材料和硬磁材料兩大類(lèi)。軟磁材料的剩磁及矯 頑力均很低，故易于去磁，適用于需要反復(fù)磁化的場(chǎng)合。磁體的磁導(dǎo)率通常受到材料內(nèi)應(yīng)力 的強(qiáng)烈影響。施加外力可改變內(nèi)應(yīng)力，從而改變磁體中的磁序，進(jìn)而改變磁體的磁導(dǎo)率，形 成應(yīng)力變磁導(dǎo)。當(dāng)應(yīng)力持續(xù)波動(dòng)(振動(dòng))時(shí)，磁導(dǎo)率亦持續(xù)改變，進(jìn)而磁體內(nèi)的磁通量持續(xù) 變化，形成電磁感應(yīng)。感應(yīng)電壓或電流可從磁體上的探測(cè)線圈中獲得。
壓電材料受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心 不再重合，導(dǎo)致晶體極化序發(fā)生變化，及端面壓電的變化。
將磁體探測(cè)線圈上獲得的感生電壓與壓電體端電壓串聯(lián)或并聯(lián)形成應(yīng)力微振發(fā) 電器件。
應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件將磁性磁料與壓電材料按一定的 方式組成復(fù)合材料，這樣的鐵磁-鐵電復(fù)合材料置于振動(dòng)應(yīng)力環(huán)境中時(shí)，由于應(yīng)力的波動(dòng) (振動(dòng))，在輸出端可獲得的電壓遠(yuǎn)大于單獨(dú)的磁性材料或壓電材料在振動(dòng)應(yīng)力環(huán)境產(chǎn)生 的電壓。這樣的發(fā)電器件要求(1)持續(xù)的外應(yīng)力變化，⑵應(yīng)力變磁導(dǎo)效應(yīng)足夠強(qiáng)，⑶壓 電效應(yīng)足夠大，(4)振動(dòng)頻率超過(guò)某個(gè)下限值，如f ^ 30Hz。發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題
直接將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成電能。
為解決技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案
在嵌入壓電材料的異型、具有封閉磁路，且磁導(dǎo)率經(jīng)過(guò)優(yōu)化的磁體上繞制探測(cè)線 圈，線圈與壓電體兩端面焊接出的接線連接，組成輸出端，并將其按特定方式封裝固定，形 成應(yīng)力變磁導(dǎo)與壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件。將其置于應(yīng)力振動(dòng)環(huán)境中，將振動(dòng)應(yīng)力 作用在該器件的特定方向上，從而得到持續(xù)可靠的電流。
有益效果
本發(fā)明可將機(jī)械振動(dòng)散失的能量重新利用起來(lái)，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，只需在一定 的振動(dòng)環(huán)境中就可自行發(fā)電，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，適用范圍廣。感應(yīng)電壓(流)的大小 受到材料性質(zhì)、探測(cè)線圈的圈數(shù)、應(yīng)力振動(dòng)頻率及幅度、以及負(fù)載的影響。對(duì)高為8毫米、外 直徑15毫米，厚3毫米，相對(duì)磁導(dǎo)率為10000的環(huán)狀磁芯，以及長(zhǎng)為9毫米，寬為8毫米，厚 為3毫米的壓電體，如果應(yīng)力振動(dòng)頻率為50Hz左右可得開(kāi)路電壓約400 500mV。


附圖是應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中1、異型 磁體2、感應(yīng)線圈3、壓電體4、輸出端5、外殼。具體實(shí)施方案
如圖所示，選擇適當(dāng)?shù)漠愋痛朋w制成磁芯，在異型磁體(1)上繞制探測(cè)線圈0)， 選取壓電體(3)，在其兩端面焊接出接線后，將壓電體按特定的方位嵌入異型磁體(1)，并 用樹(shù)脂將其固定，再將線圈與接線按一定的連接方式連接，組成輸出端(4)，將組合好的系 統(tǒng)按圖中所示方位固定在特定的外殼(5)中，在外殼上施加滿足條件的應(yīng)力振動(dòng)(波動(dòng))， 在輸出端(4)中將獲得感應(yīng)電壓(電流)。實(shí)現(xiàn)微振發(fā)電，將振動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。
權(quán)利要求
1.應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件是利用應(yīng)力變磁導(dǎo)與壓電效應(yīng)設(shè)計(jì) 制備的一種環(huán)保發(fā)電器件。該裝置通過(guò)所處應(yīng)力環(huán)境的振動(dòng)(或波動(dòng))使復(fù)合材料的內(nèi)應(yīng) 力產(chǎn)生同步的振動(dòng)(或波動(dòng))，使磁性材料發(fā)生應(yīng)力變磁導(dǎo)及壓電體發(fā)生壓電效應(yīng)，兩者相 互耦合作用，從而將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。其特征主要有以下幾個(gè)部分組成(1)異型磁體， (2)探測(cè)線圈，(3)壓電體，(4)輸出端，(5)外殼。
2.按權(quán)利要求書(shū)1所述的是利用應(yīng)力變磁導(dǎo)與壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)制備的一種復(fù)合應(yīng)力微 振發(fā)電器件。其特征在于將嵌有壓電體且具有閉合磁路的異型磁體復(fù)合材料置于應(yīng)力 下，并使應(yīng)力波(振)動(dòng)，磁環(huán)中的磁序?qū)l(fā)生變化引起磁導(dǎo)的變化，在線圈中將產(chǎn)生感應(yīng) 電壓，同時(shí)壓電體在應(yīng)力作用發(fā)生形變，使電極化序發(fā)生變化，壓電體表面的電壓也隨之變 化，二者相互作用，相互耦合，從而在輸出端獲得較大的電流(壓)。為使應(yīng)力有效傳導(dǎo)于磁 芯及壓電體的某特定部位，并保證電流傳輸?shù)目煽啃?，須將器件按一定方式封裝固定在特 定的外殼內(nèi)。這樣的發(fā)電器件由于是將機(jī)械振動(dòng)散失的能量重新利用起來(lái)，故屬于能源的 二次利用。其工作不需要任何形式的額外能源，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件是在繞有探測(cè)線圈的、異型、具有封閉磁路的、且具有優(yōu)化磁導(dǎo)率的軟磁體中，嵌入具有壓電效應(yīng)的鐵電材料，組成鐵電-鐵磁復(fù)合材料，并將其按一定方式封裝在外殼中，當(dāng)將其置于振動(dòng)應(yīng)力環(huán)境中，磁體與壓電體受到特定方向的應(yīng)力振動(dòng)(波動(dòng))后，且振動(dòng)頻率超過(guò)某個(gè)下限值，如f≥30Hz時(shí)，可從探測(cè)線圈中測(cè)得感應(yīng)電壓(流)，從而將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成電能。附圖是應(yīng)力變磁導(dǎo)/壓電效應(yīng)復(fù)合應(yīng)力微振發(fā)電器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中1、異型磁體 2、感應(yīng)線圈 3、壓電體 4、輸出端 5、外殼。
文檔編號(hào)H02N2/18GK102035430SQ20091018254
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者張寧, 張紅英, 羅小彬 申請(qǐng)人:張寧, 張紅英, 羅小彬