[發(fā)明專利]一種多方向振動能量采集器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910406374.6
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110034654A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊云;宋曉光;崔鑫艾;蔡婷婷;熊繼軍;薛淑萍;宋要斌
• 申請（專利權(quán)）人: 呂梁學(xué)院
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02
• 代理公司: 西安合創(chuàng)非凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61248
• 代理人: 高志永

本發(fā)明公開了一種多方向振動能量采集器，包括磁鐵支架、框架、大磁鐵、磁感應(yīng)線圈、小磁體、平面彈簧、立方體結(jié)構(gòu)、圓形凹槽、正方形凹槽和小凹槽。本發(fā)明采用電磁式可調(diào)頻多方向振動的能量采集方式，通過使用不同的平面彈簧實現(xiàn)了寬頻帶和低頻的能量采集，有利于提高微能源能量采集效率、提高器件的輸出功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量采集器，具體涉及一種多方向振動能量采集器。

背景技術(shù)

目前，隨著信息化時代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，無線傳感技術(shù)和無線定位技術(shù)在生產(chǎn)、生活中存在巨大的應(yīng)用價值，目前，無線傳感和無線定位裝置主要依靠電池供電，而電池的壽命比較短，需要頻繁更換或充電，尤其是在野外定位、自動化生產(chǎn)線等無人值守的應(yīng)用場合，無法對電池進行頻繁更換或充電，電能供給直接決定各類無線裝置的有效工作壽命，成為限制無線傳感和無線定位裝置推廣使用的技術(shù)瓶頸，如何實現(xiàn)無線傳感和無線定位裝置的自供電成為亟需解決的關(guān)鍵問題。自供電是將周圍環(huán)境中的微能源采集并轉(zhuǎn)化成電能，從而驅(qū)動電子設(shè)備運作的一種技術(shù)。環(huán)境中充滿著各式各樣的微能源，其中以振動形式表現(xiàn)出來的微能源最為廣泛存在，研制能量采集器將環(huán)境中的振動能量進行采集并轉(zhuǎn)換為電能輸出是解決無線傳感和無線定位裝置自供電問題的理想方案。

利用電磁感應(yīng)定律進行機械能和電能轉(zhuǎn)換是一種經(jīng)典的振動能量采集方式，傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)振動能量采集器件主要在外界振動的作用下使金屬線圈產(chǎn)生水平或垂直方向的切割磁感線運動，只能實現(xiàn)單一方向的振動能量采集，而且由于這類器件多采用懸臂梁、彈簧、磁懸浮等特殊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)振動的傳遞，導(dǎo)致它們能夠采集的振動能量頻率較高。然而，環(huán)境振動的頻率普遍較低，且在不同的應(yīng)用場合振動頻率不同，一般小于100Hz，如汽車儀表盤振動頻率13Hz，小汽車發(fā)動機振動頻率37Hz，三軸機床振動頻率70Hz；而且，在很多應(yīng)用場合環(huán)境振動沒有確定方向，如人奔跑時腳部和手部的振動方向是不確定，將振動方向不確定且振動頻率不同的振動能量采集起來轉(zhuǎn)換為電能，即在頻率較低的環(huán)境中針對不同頻率的應(yīng)用場合實現(xiàn)可以調(diào)節(jié)采集頻率的多方向振動能量采集，成為振動能量技術(shù)需解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種多方向振動能量采集器。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種多方向振動能量采集器，包括磁鐵支架、框架、大磁鐵、磁感應(yīng)線圈、小磁體、平面彈簧、立方體結(jié)構(gòu)、圓形凹槽、正方形凹槽和小凹槽；所述磁鐵支架和框架為一體化結(jié)構(gòu)；所述磁鐵支架包括立方體結(jié)構(gòu)；所述立方體結(jié)構(gòu)位于能量采集器的中心；所述立方體結(jié)構(gòu)在除底面之外的其余五個面上分別有大磁鐵；所述立方體結(jié)構(gòu)上的大磁鐵相對設(shè)有磁感應(yīng)線圈、小磁鐵和平面彈簧；所述小磁鐵位于磁感應(yīng)線圈的內(nèi)環(huán)中心處；所述立方體結(jié)構(gòu)在除底面之外的其余五個面的中心處均設(shè)有相同的圓形凹槽；所述大磁鐵固定在圓形凹槽內(nèi)；所述磁感應(yīng)線圈和小磁鐵固定在平面彈簧的中央平板上，所述框架在除底面之外的其余五個面的中心處均設(shè)有相同的正方形凹槽；所述平面彈簧固定在正方形凹槽內(nèi)，所述正方形凹槽的四條邊的中心處分別設(shè)有相同的小凹槽，便于平面彈簧的拆卸；

當(dāng)所述多方向振動能量采集器受到外界振動激勵時，所述大磁鐵和小磁鐵之間的相對運動引起空間內(nèi)磁場發(fā)生變化，磁感應(yīng)線圈在變化的磁場中產(chǎn)生電動勢。

進一步地，所述大磁鐵粘結(jié)于磁鐵支架上的圓形凹槽內(nèi)。

更進一步地，所述平面彈簧為螺旋形懸臂梁結(jié)構(gòu)。

更進一步地，所述磁感應(yīng)線圈和小磁鐵粘結(jié)于平面彈簧的中央平板上，所述磁感應(yīng)線圈的內(nèi)徑大于小磁體的直徑。

更進一步地，所述大磁鐵和與其相對設(shè)置的小磁體磁極相吸設(shè)置。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的多方向振動能量采集器采用電磁式可調(diào)頻多方向振動的能量采集方式，克服了單一方向上的振動能量采集；采用電磁式可調(diào)頻多方向振動的能量采集方式，通過使用不同的平面彈簧實現(xiàn)了寬頻帶和低頻的能量采集，有利于提高微能源能量采集效率、提高器件的輸出功率，值得推廣使用。