[實用新型]一種柱狀超磁致伸縮式俘能器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420021937.2
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN203708143U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟愛華;劉成龍;陳文藝;楊劍鋒;祝甲明
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種能量俘獲裝置，具體涉及柱狀超磁致伸縮式俘能器，屬于新型能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，由于地球上化石能源的過度使用，導(dǎo)致能源危機、空氣污染、溫室效應(yīng)及氣候變遷等眾多問題，因此各國研究者開始尋找各種可替代的綠色能源，如太陽能、水力、風(fēng)能、地?zé)帷⒊毕堋⒑Ｑ鬁夭罴罢駝幽艿取Ｒ蛘駝幽懿皇芴鞖庖蛩氐挠绊懀皇芗竟?jié)影響，在生活環(huán)境中非常普遍，且采用適當(dāng)俘獲裝置即可轉(zhuǎn)換成電能形式，能從環(huán)境中俘獲能量的裝置稱為俘能器，它已成為新的能量收集研究熱點。

傳統(tǒng)的振動能量俘獲方式有電磁式、靜電式、壓電式，其中壓電式的振動能量俘獲技術(shù)研究最多、應(yīng)用最廣泛。但由于壓電材料硬而脆，其承受力的范圍有限、存在固有的極化現(xiàn)象、機電耦合系數(shù)較低、疲勞壽命短等因素的影響，使壓電材料在使用過程中需要經(jīng)常更換，一定程度上限制了其應(yīng)用。隨著超磁致伸縮材料的研制，基于超磁致伸縮材料的振動能量俘獲技術(shù)的研究已經(jīng)成為國際上一個新的熱點。相對壓電材料，超磁致伸縮材料不存在去極化引起的失效問題，同時不存在疲勞、老化問題，因而工作更可靠；超磁致伸縮材料的機電耦合系數(shù)可達0.75(壓電陶瓷PZT只有0.3-0.4)，能量轉(zhuǎn)換效率更高；它們的磁致伸縮應(yīng)變量大，在室溫下大于0.15%，因而比壓電材料更靈敏，可在較小振幅下可產(chǎn)生更高的電壓。

目前，基于超磁致伸縮材料的俘能器結(jié)構(gòu)大多采用懸臂梁，這種俘能器的能量轉(zhuǎn)換只有μW或mW級別，當(dāng)振動源是低幅振動時，能量轉(zhuǎn)換則更少。但通常環(huán)境中大量存在的振動是低幅振動，因此研究超磁致伸縮俘能器在低幅振動時的發(fā)電特性會更有實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型是為了解決現(xiàn)有的基于低幅振動下，現(xiàn)有的振動能量俘獲裝置轉(zhuǎn)換效率低的問題，提出一種高效率的柱狀超磁致伸縮式俘能器。

本實用新型所采用的技術(shù)方案如下：

本實用新型包括輸入頂桿、上端蓋、蝶形彈簧、圓筒外殼、感應(yīng)線圈、線圈骨架、超磁致伸縮棒、U型上支架、下端蓋、調(diào)節(jié)螺釘10、防松螺釘、配重物、L型杠桿、U型下支架、永磁體、鉸鏈支座、支撐軸、軸承。配重物、L型杠桿、鉸鏈支座、支撐軸、軸承構(gòu)成拾振放大機構(gòu)，其中L型杠桿通過支撐軸和軸承安裝在鉸鏈支座上，配重物固定在L型杠桿一端托盤上。超磁致伸縮棒安裝在圓筒外殼內(nèi)的中心軸線上，超磁致伸縮棒外套有線圈骨架、感應(yīng)線圈和永磁體，其中感應(yīng)線圈繞在線圈骨架上，并穿過下端蓋上的孔外接至調(diào)節(jié)電路，然后連接到微型機電設(shè)備或儲能器上。超磁致伸縮棒左端裝有輸入頂桿、蝶形彈簧和上端蓋，其中輸入頂桿穿過上端蓋中心通孔，并能自由滑動，蝶形彈簧套在輸入頂桿上，上端蓋與圓筒外殼螺紋連接。超磁致伸縮棒右端裝有調(diào)節(jié)螺釘、防松螺釘和下端蓋，其中下端蓋與圓筒外殼螺紋連接，調(diào)節(jié)螺釘、放松螺釘與下端蓋中心孔螺紋配合并固定壓緊超磁致伸縮棒。圓筒外殼安裝在U型下支架上，并由螺栓將U型上支架和U型下支架夾緊，從而將圓筒外殼固定。輸入頂桿與拾振放大機構(gòu)中L型杠桿另一端球形面接觸，且L型杠桿位于圓筒外殼正下方。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

1）體積小、重量輕，便于與微型機電設(shè)備集成。

2）預(yù)壓力和配重物可調(diào)，有利于獲得更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

3）超磁致伸縮材料應(yīng)變量大，可在較小振幅下可產(chǎn)生更高的電壓。

4）超磁致伸縮材料不存在去極化引起的失效問題，同時不存在疲勞、老化問題，因而工作更可靠，使用壽命更長。

5）環(huán)境中的低幅振動驅(qū)動L型杠桿擺動，L型杠桿拾取并放大低幅激振應(yīng)力，然后通過輸入頂桿以脈沖式?jīng)_擊荷載施加于超磁致伸縮棒上，可以得到高初始瞬間功率；此外L型杠桿自身產(chǎn)生衰減擺動，從而多次對超磁致伸縮薄棒施加激勵，由此，能量收集效率高。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的三維模型示意圖。

圖中：1.輸入頂桿；2.上端蓋；3.蝶形彈簧；4.圓筒外殼；5.感應(yīng)線圈；6.線圈骨架；7.超磁致伸縮棒；8.U型上支架；9.下端蓋；10.調(diào)節(jié)螺釘；11.防松螺釘；12.配重物；13.螺釘；14.L型杠桿；15.U型下支架；16.永磁體；?17.鉸鏈支座；18.支撐軸；19.軸承。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型所述的適于從低幅激振中收集能量的柱狀超磁致伸縮式俘能器做詳細的說明：