[實(shí)用新型]一種磁致伸縮-電磁復(fù)合式振動(dòng)能量采集器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420401514.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN204068760U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)柏平;唐志峰;呂福在;張成明;李立毅;鄧雙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/18
• 分類號(hào): H02N2/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種磁致伸縮-電磁復(fù)合式振動(dòng)能量采集器，具體涉及一種小型便于集成化的磁致伸縮-電磁復(fù)合式、高負(fù)載振動(dòng)能量采集器。

背景技術(shù)

隨著無線傳感器在傳感器網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，具有使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高、不易于更換、污染環(huán)境等缺點(diǎn)的傳統(tǒng)電池，已難以滿足其供電需求。如何高效的從環(huán)境中采集能量，實(shí)現(xiàn)無線傳感器的自供能技術(shù)，是近年來國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。振動(dòng)能量以其存在的普遍性、能量密度高等特點(diǎn)被研究者青睞。同時(shí)，振動(dòng)能量采集器的低成本、小體積結(jié)構(gòu)、長壽命、易集成、不需更換或充電等優(yōu)點(diǎn)，特別適合為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電，對(duì)解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中化學(xué)電池的更換和傳感器的自供能意義重大。

目前的振動(dòng)能量采集器一般采用壓電材料來設(shè)計(jì)制作，具有結(jié)構(gòu)體積小，便于集成化的特點(diǎn)，在微機(jī)電系統(tǒng)中具有非常好的應(yīng)用前景。但現(xiàn)有的壓電振動(dòng)能量采集器存在輸出電功率小、不易于工作在高負(fù)載振動(dòng)環(huán)境等不足，且大的電功率輸出與小體積結(jié)構(gòu)、便于集成化相矛盾一直是現(xiàn)有振動(dòng)能量采集器器件開發(fā)中的關(guān)鍵問題。磁致伸縮材料具有非常優(yōu)越的壓磁能量轉(zhuǎn)換特性，可工作在大應(yīng)力沖擊及高負(fù)載環(huán)境，能夠較好的滿足鐵路、公路等大應(yīng)力振動(dòng)環(huán)境，且磁致伸縮材料的機(jī)磁耦合系數(shù)大、負(fù)載能力強(qiáng)、能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于新型振動(dòng)能量采集裝置的應(yīng)用開發(fā)。

針對(duì)現(xiàn)有的振動(dòng)能量采集器應(yīng)用中存在大的電功率輸出與小體積結(jié)構(gòu)、便于集成化相矛盾的問題，探索及開發(fā)一種適用于高負(fù)載振動(dòng)環(huán)境的小型、易于集成化的大功率、高性能振動(dòng)能量采集器，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中自供能技術(shù)的供電性能、使用壽命及系統(tǒng)穩(wěn)定性提供保障。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁致伸縮-電磁復(fù)合式振動(dòng)能量采集器。

磁致伸縮-電磁復(fù)合式振動(dòng)能量采集器包括左L型固定支撐結(jié)構(gòu)、右L型固定支撐結(jié)構(gòu)、工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)、磁致伸縮材料、拾取線圈、下固定件、碟簧、下旋緊螺釘、左氣隙、右氣隙、左永磁體、右永磁體、底板；底板左、右側(cè)分別設(shè)有一凹槽，在凹槽中垂直放置左永磁體、右永磁體，底板上固定有左L型固定支撐結(jié)構(gòu)、右L型固定支撐結(jié)構(gòu)，底板中心設(shè)有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)設(shè)有下旋緊螺釘，左L型固定支撐結(jié)構(gòu)，右L型固定支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)從上到下設(shè)有工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)下端、磁致伸縮材料、下固定件、碟簧，拾取線圈均勻的繞制在磁致伸縮材料的外表面，磁致伸縮材料的上、下端部分別放置在工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)下端下表面和下固定件的凹槽內(nèi)，碟簧疊放在下固定件的下凸臺(tái)上，左永磁體、右永磁體的上端面分別與工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)上端的下表面間存在左氣隙、右氣隙。

所述的工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)、下固定件、下旋緊螺釘和底板的材質(zhì)均采用高導(dǎo)磁特性的10號(hào)鋼；左L型固定支撐結(jié)構(gòu)、右L型固定支撐結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為不導(dǎo)磁的1Cr18Ni9Ti。

所述的下固定件采用階梯式結(jié)構(gòu)，與下旋緊螺釘、底板接觸區(qū)域選用間隙配合；下固定件下端面與下旋緊螺釘凹槽面間具有5-6mm的結(jié)構(gòu)調(diào)整間距。

所述的下旋緊螺釘與底板之間的螺紋螺距配合為1mm。

所述的左永磁體、右永磁體材質(zhì)為釹鐵硼永磁材料，采用軸向方向充磁，左永磁體和右永磁體上端均為N極，下端均為S極；左永磁體、右永磁體的上端面分別與工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)上端的下表面間的左氣隙、右氣隙長度為4-5mm。

所述的左永磁體、右永磁體材質(zhì)為釹鐵硼永磁材料，采用軸向方向充磁，左永磁體的上端為N極，下端為S極，右永磁體的上端為S極，下端為N極；左永磁體的上端面與工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)上端的下表面間的左氣隙長度為4-5mm，右永磁體的上端面與工字型鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)上端的下表面間的右氣隙長度為8-10mm。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：

1）本實(shí)用新型采用壓磁發(fā)電與電磁發(fā)電相結(jié)合，通過裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境振源作用下磁致伸縮材料內(nèi)壓應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度的同時(shí)改變，且采用鉸鏈位移放大結(jié)構(gòu)與可變氣隙結(jié)構(gòu)相集合，大大提高環(huán)境振動(dòng)能量的采集及轉(zhuǎn)換效率，具有大功率電能輸出的能量采集特點(diǎn)。

2）本實(shí)用新型采用磁致伸縮材料來設(shè)計(jì)制作換能器，該換能器可工作在高負(fù)載的振動(dòng)環(huán)境，具有高性能、高可靠性特點(diǎn)；同時(shí)，該結(jié)構(gòu)下的磁致伸縮換能器具有預(yù)壓應(yīng)力、氣隙長度可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，可滿足寬振動(dòng)頻率、負(fù)載應(yīng)力環(huán)境下高性能振動(dòng)能量的采集需求。