一種磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置，屬于能源器件技術(shù)領(lǐng)域。所述磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置是由磁致伸縮材料和壓電材料粘接成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)彈性基板固定在支撐結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)利用磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電耦合效應(yīng)可以將環(huán)境中的電磁能量轉(zhuǎn)換成電能。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)可用于無(wú)人值守環(huán)境中，為無(wú)線傳感器提供電能，免去攜帶和更換電池的不便；也可用于電磁污染環(huán)境的檢測(cè)和清潔領(lǐng)域。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于能源器件
，涉及一種可以將空間電磁能量轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。
技術(shù)介紹
自然環(huán)境中存在各種各樣的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮堋⒄駝?dòng)能等等，如果能夠?qū)⒆匀唤绱嬖诘母鞣N能源轉(zhuǎn)換成電能，這將是人類(lèi)社會(huì)取之不盡、用之不竭的寶貴財(cái)富。利用自然環(huán)境中已知的各種能源，將之轉(zhuǎn)換成電能的各種技術(shù)和裝置也層出不窮。但自然環(huán)境中還有一種能源是被人們所忽略了的，那就是空間電磁能。空間環(huán)境中如廣播電視塔、無(wú)線通訊設(shè)備、移動(dòng)基站等幾乎全天候輻射電磁波，同 時(shí)，環(huán)境中的電磁能能量有很好的空間分布性和穩(wěn)定性。如果能夠?qū)⑦@些電磁能加以利用，轉(zhuǎn)換成電能，這對(duì)特殊情況下滿足電能的需求，至少對(duì)減少空間電磁污染具有實(shí)際意義。而且電磁能的轉(zhuǎn)換相對(duì)于太陽(yáng)能而言，不用考慮黑夜以及天氣影響；也不需要像振動(dòng)能轉(zhuǎn)換那樣需要與振動(dòng)源物理接觸。壓電材料是一種在外力作用下產(chǎn)生電荷的功能材料，具有單晶、陶瓷、有機(jī)和復(fù)合多種類(lèi)型。壓電材料極化后，在外力的作用下，壓電材料的表面就會(huì)產(chǎn)生電荷，這就是壓電效應(yīng)。磁致伸縮材料是一種在磁場(chǎng)磁化的作用下，隨著自身磁化狀態(tài)改變發(fā)生彈性形變的功能材料，具有金屬、合金、鐵氧體、稀土超磁致伸縮材料等類(lèi)型。磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)利用乘積效應(yīng)通過(guò)機(jī)械彈力將兩相材料的作用相互耦合，產(chǎn)生磁電率禹合效應(yīng)。在一定強(qiáng)度的偏置磁場(chǎng)下，置于交變電磁場(chǎng)中的磁致伸縮材料由于磁致伸縮效應(yīng)發(fā)生周期性的形變，形變通過(guò)界面機(jī)械力耦合將周期性形變傳遞給壓電材料，壓電材料也隨之產(chǎn)生周期性的形變，通過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷，由此實(shí)現(xiàn)了電磁能-機(jī)械能-電能的轉(zhuǎn)換。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種利用磁電耦合效應(yīng)可以將空間電磁波能量轉(zhuǎn)化為電能的器件。為實(shí)現(xiàn)上述專(zhuān)利技術(shù)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采取的技術(shù)方案如下一種磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置，如圖4所示，包括磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，基板5和支撐結(jié)構(gòu)6 ;所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)由壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2緊貼在一起復(fù)合而成，其中壓電材料塊(I)能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的兩個(gè)面上鍍有金屬電極并焊有金屬導(dǎo)線；所述支撐結(jié)構(gòu)6是由絕緣材料制成的U型槽結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，在U型槽對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)側(cè)面板內(nèi)側(cè)上固定有一對(duì)相異磁極的永磁體8 ;所述基板5由彈性金屬材料或有機(jī)彈性材料制成,磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)固定于基板5上,而基板5固定于支撐結(jié)構(gòu)6上并使得磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)位于所述一對(duì)相異磁極的永磁體8所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中間。如圖Ia至圖Ie所示，所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)中壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2的緊貼復(fù)合方式可以是疊層式復(fù)合，由相同形狀的單片壓電材料塊I和單片磁致伸縮材料塊2層疊粘接而成，或由形狀相同的兩片磁致伸縮材料塊2夾一片壓電材料塊I層疊粘接而成；壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2的形狀可以是矩形片狀、圓片狀或環(huán)片狀。如圖If所示，所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)中壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2的緊貼復(fù)合方式也可以是環(huán)片復(fù)合，即壓電材料塊I為環(huán)片狀而磁致伸縮材料塊2為圓片狀或環(huán)片狀，且圓片狀或環(huán)片狀的磁致伸縮材料塊2鑲嵌于環(huán)片狀壓電材料塊I的內(nèi)圓之中。如圖3a至圖3b所示，所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)在基板5上的固定方式可以是單面固定或雙面對(duì)稱(chēng)固定。所謂單面固定是指在基板單面固定一個(gè)磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，而另一面不固定磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)；所謂雙面對(duì)稱(chēng)固定是指在基板正反兩面分別固定一個(gè)磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)。如圖2所示，所述支撐結(jié)構(gòu)6地板上可以具有一個(gè)固定基板所需的凹槽。 采用本專(zhuān)利技術(shù)提供的多個(gè)磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置可形成陣列結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置的多個(gè)壓電材料塊I之間采用金屬導(dǎo)線形成串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以將更多的電磁能量轉(zhuǎn)換成電能并提供更大的功率輸出。本專(zhuān)利技術(shù)提供的磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置核心原理在于利用磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電耦合效應(yīng)。在一定強(qiáng)度的偏置磁場(chǎng)下，置于交變電磁場(chǎng)中的磁致伸縮材料由于磁致伸縮效應(yīng)發(fā)生周期性的形變，形變通過(guò)界面機(jī)械力耦合將周期性形變傳遞給壓電材料，壓電材料也隨之產(chǎn)生周期性的形變，通過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷，由此實(shí)現(xiàn)了電磁能-機(jī)械能-電能的轉(zhuǎn)換。本專(zhuān)利技術(shù)可用于無(wú)人值守環(huán)境中，為無(wú)線傳感器提供電能，免去攜帶和更換電池的不便；也可用于電磁污染環(huán)境的檢測(cè)和清潔領(lǐng)域。附圖說(shuō)明圖Ia矩形雙層磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ib矩形三層磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ic圓形雙層磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖Id圓形三層磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ie環(huán)形雙層磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖If環(huán)-片磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖2支撐結(jié)構(gòu)6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)在基板5上的單面固定示意圖。圖3b磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)在基板5上雙面對(duì)稱(chēng)固定示意圖。圖4本專(zhuān)利技術(shù)提供的磁電復(fù)合電磁能量轉(zhuǎn)換裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及其實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。—種磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置，如圖4所示，包括磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，基板5和支撐結(jié)構(gòu)6 ;所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)由壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2緊貼在一起復(fù)合而成，其中壓電材料塊(I)能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的兩個(gè)面上鍍有金屬電極并焊有金屬導(dǎo)線；所述支撐結(jié)構(gòu)6是由絕緣材料制成的U型槽結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，在U型槽對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)側(cè)面板內(nèi)側(cè)上固定有一對(duì)相異磁極的永磁體8 ;所述基板5由彈性金屬材料或有機(jī)彈性材料制成,磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)固定于基板5上,而基板5固定于支撐結(jié)構(gòu)6上并使得磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)位于所述一對(duì)相異磁極的永磁體8所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中間。如圖Ia至圖Ie所示，所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)中壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2的緊貼復(fù)合方式可以是疊層式復(fù)合，由相同形狀的單片壓電材料塊I和單片磁致伸縮材料塊2層疊粘接而成，或由形狀相同的兩片磁致伸縮材料塊2夾一片壓電材料塊I層疊粘接而成；壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2的形狀可以是矩形片狀、圓片狀或環(huán)片狀。如圖If所示，所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)中壓電材料塊I和磁致伸縮材料塊2的緊貼復(fù)合方式也可以是環(huán)片復(fù)合，即壓電材料塊I為環(huán)片狀而磁致伸縮材料塊2為圓片狀或環(huán)片狀，且圓片狀或環(huán)片狀的磁致伸縮材料塊2鑲嵌于環(huán)片狀壓電材料塊I的內(nèi)圓之中。如圖3a至圖3b所示，所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)在基板5上的固定方式可以是單面固定或雙面對(duì)稱(chēng)固定。所謂單面固定是指在基板單面固定一個(gè)磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，而另一面不固定 磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)；所謂雙面對(duì)稱(chēng)固定是指在基板正反兩面分別固定一個(gè)磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)。如圖2所示，所述支撐結(jié)構(gòu)6地板上可以具有一個(gè)固定基板所需的凹槽。本專(zhuān)利技術(shù)提供的磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置中，關(guān)于關(guān)鍵部件磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料選擇和制備上，需要說(shuō)明的是I、壓電材料的選擇應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇所需的壓電材料，比如選擇壓電性能好廉價(jià)的壓電陶瓷PZT系列；也可選擇單晶的鈮鎂酸鹽-鈦酸鉛(PMN-PT);有機(jī)壓電材料偏四氟乙烯(PVDF);或無(wú)鉛壓電材料等。按照尺寸切割，可以選擇矩形，圓形和環(huán)片等形狀。2、磁致伸縮材料的選擇根據(jù)具體的應(yīng)用選擇所需的磁致伸縮材料，比如價(jià)格便宜的金屬和鐵氧體，或者磁致伸縮效應(yīng)大的鐵鎵合金、銻鏑合金等。按照尺寸切割，可以選擇矩形，圓形和環(huán)片等形狀。3、基板材料的選擇材質(zhì)和尺寸根據(jù)具體需要選擇彈性好，粘接性好,抗疲勞性突出的金屬材料，如銅，錳鋼等，還可以選擇彈性較好的有機(jī)材料，如高彈性聚氯乙烯等；按照尺寸切割時(shí)，寬度要保證磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)完整的安裝在基板表面。4、在壓電材料塊具有壓電效應(yīng)的表面上鍍金屬電極，并在70°C的硅油中用2KV/mm的電場(chǎng)極化。壓電材料的極化方向和磁致伸縮材料本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種磁電復(fù)合能量轉(zhuǎn)換裝置，包括磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，基板（5）和支撐結(jié)構(gòu)（6）；所述磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)由壓電材料塊（1）和磁致伸縮材料塊（2）緊貼在一起復(fù)合而成，其中壓電材料塊（1）能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的兩個(gè)面上鍍有金屬電極并焊有金屬導(dǎo)線；所述支撐結(jié)構(gòu)（6）是由絕緣材料制成的U型槽結(jié)構(gòu)，在U型槽對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)側(cè)面板內(nèi)側(cè)上固定有一對(duì)相異磁極的永磁體（8）；所述基板（5）彈性金屬材料或有機(jī)彈性材料制成，磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)固定于基板（5）上，而基板（5）固定于支撐結(jié)構(gòu)（6）上并使得磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)位于所述一對(duì)相異磁極的永磁體（8）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中間。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李元?jiǎng)?/a>，劉穎力，張懷武，郁國(guó)良，李頡，左林，李強(qiáng)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：電子科技大學(xué)，東莞電子科技大學(xué)電子信息工程研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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