[發明專利]一種基于剛柔結合結構的電磁式T型梁振動能量采集器

有效

• 申請號: 201810644630.0
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108809039B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 李運甲;張維;曹萋;曹建安
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于剛柔結合結構的電磁式T型梁振動能量采集器，包括自下而上依次設置的剛性支撐板(5)、磁鐵(4)和剛柔結合板(2)；磁鐵(4)緊貼剛性支撐板(5)設置，剛性支撐板(5)和剛柔結合板(2)之間均勻設置有若干銅柱(3)，使得磁鐵(4)與剛柔結合板(2)留有間隙。該采集器采用動圈結構。線圈位于剛柔結合板剛性板部分，拾振梁采用聚酰亞胺T型梁設計，該設計能夠延長拾振梁有效長度，進一步降低采集器諧振頻率。相比于其他振動能量采集器，本發明初次將印制電路剛柔結合技術引入振動能量采集器，且該采集器相比于剛性梁采集器具有更低頻率，T型梁設計可滿足不同安裝角度下的能量收集，因而具有更高采集效率。

技術領域

本發明涉及一種能量采集器，具體涉及一種基于剛柔結合結構的電磁式T型梁振動能量采集器。

背景技術

伴隨著集成電路技術的快速發展，電子產品開始趨向微型化、無線化和低功率化。新型電子產品開始逐漸向可植入、可穿戴等新的領域發展。傳統供電方式已不適用于這類低功耗、工作環境復雜的設備。而能量采集技術能夠收集環境周圍普遍存在的能量(如動能、機械能、熱能、光能等)，將其轉換為電能，代替傳統電池為電子產品供電。

目前振動能量采集器主要分為壓電式、靜電式及電磁式。壓電式振動能量采集器與靜電式振動能量采集器能夠輸出較大電壓，二者工藝均可與MEMS(Micro-electro-mechanical System)加工工藝兼容，體積較小。但壓電式采集器可選結構較小，材料薄膜機械特性在加速度較高的環境中不穩定，輸出電流小直接導致其輸出功率較低。靜電式振動能量采集器通常材料單一，并且需要外加電壓初始充電，設計時需考慮到Pull-in吸合現象，因此設計難度較高。相比之下，電磁式振動能量采集器能夠輸出更大功率且其具有豐富的可選結構和彈簧材料庫的優點。但目前電磁式振動能量采集器中橫梁設計大多采用剛性梁，這直接導致采集器諧振頻率較高，采集效率很難實現最大化。

發明內容

為了解決現有電磁式振動能量采集器梁高剛度導致的諧振頻率過高而難以實現與外界環境共振達到輸出功率及電壓的最大化的問題，基于印制電路剛柔結合加工工藝，本發明提供了一種基于剛柔結合結構的電磁式T型梁振動能量采集器。該采集器拾振線圈采用印制電路剛柔結合一體化加工工藝，能夠實現低加速度振動環境下的能量采集，并具有較高采集效率。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種基于剛柔結合結構的電磁式T型梁振動能量采集器，包括自下而上依次設置的剛性支撐板、磁鐵和剛柔結合板；其中，

磁鐵緊貼剛性支撐板設置，剛性支撐板和剛柔結合板之間均勻設置有若干銅柱，使得磁鐵與剛柔結合板留有間隙。

本發明進一步的改進在于，剛性支撐板和剛柔結合板通過周向上設置的螺釘以及螺母串連在一起。

本發明進一步的改進在于，螺釘采用304不銹鋼M2圓頭十字螺釘。

本發明進一步的改進在于，剛柔結合板包括上部的剛性板和下部的柔性板，剛性板內部設置有線圈，柔性板內部設置有拾振片，該拾振片通過其周向均布的若干T型梁與柔性板連接。

本發明進一步的改進在于，剛柔結合板上還開設有導電孔，便于線圈兩端的引出。

本發明進一步的改進在于，T型梁內置有銅線，連接線圈和柔性板上的導電孔，柔性板上的導電孔通過過孔與剛性板上的導電孔相連接，實現電壓的引出。

本發明進一步的改進在于，剛性板和線圈均由剛性材料制成，采用剛性電路板加工工藝制成。

本發明進一步的改進在于，磁鐵為釹鐵硼N38永磁體。

本發明具有如下有益的技術效果：