[發明專利]一種電磁式俘能器

有效

• 申請號: 201910918637.1
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110649763B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 樊康旗;蔡美玲;譚欽雪;朱應敏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K7/06
• 代理公司: 西安吉順和知識產權代理有限公司 61238
• 代理人: 邱志賢

本發明屬于可再生能源和微小型發電技術領域，尤其涉及一種將振動、直線往返運動轉換為旋轉運動的兩自由度電磁式俘能器，該裝置，其特征是：至少包括底座、轉子、頂蓋、彈簧、線繩、磁鐵、線圈、徑向軸承、鐵磁性貼片；徑向軸承與圓柱形軸固定連接；轉子與徑向軸承的外圈固定連接；彈簧的兩端分別與頂蓋和底座固定連接以支撐頂蓋上下運動；若干組磁鐵固定在轉子上；兩塊鐵磁性貼片固定在圓柱筒的外圓柱面上；當外部激勵作用在頂蓋時，線繩將驅動轉子旋轉，固定在轉子的磁鐵與線圈產生相對運動，通過電磁感應原理持續輸出電能；該俘能器具有輸出功率大、工作頻帶寬、不受放置方向影響、應用范圍廣等特點。

技術領域

本發明屬于可再生能源和微小型發電技術領域，尤其涉及一種將振動或直線往返運動轉化為旋轉運動的電磁式俘能器，可將環境中的機械能轉換成電能為便攜式電子設備、空氣質量監測裝置、無線傳感器等低功耗器件供電。

背景技術

近些年，隨著微細加工技術及電子設備微小型化的快速發展，可穿戴電子設備、隧道和橋梁狀態監測設備等低功耗電子器件不斷涌現。目前，這些器件主要依賴傳統的電池供電，但電池存在對環境污染大、需要定期更換、成本高昂等缺點。因而，尋找一種新的能源來代替傳統電池為低功耗電子器件供電成為一個重要的研究領域。一個理想的能源解決方案是俘獲環境中蘊藏的各種形式的可再生能源（太陽能、風能、潮汐能、機械能等），并將其轉換為可供微小型電子設備使用的電能。

在各種可再生能源中，太陽能、風能、潮汐能等的收集容易受到時間、天氣和地形等因素的影響。相比而言，機械能在自然界中分布廣泛，易于收集，成為了現有俘能發電裝置的主要能源收集對象。機械能轉換為電能的主要原理有電磁感應、壓電效應、靜電感應、摩擦起電。

典型的電磁式俘能器如Kangqi Fan, Qinxue Tan, Haiyan Liu, Meiling Cai,Hengheng Qu在《Smart Materials and Stuctures》2019, 28 : 07LT01撰文:

“Harvesting energy from twisting vibration of a rotor suspended by apiece of string”（“從線繩懸掛轉子的扭擺振動中收集能量”《智能材料與結構》）。該文設計的俘能器采用線繩將轉子懸掛在頂蓋和底座之間，并用彈簧支撐頂蓋上下運動。當外界激勵作用于頂蓋時，線繩驅動轉子扭擺振動。轉子的扭擺振動導致轉子內嵌入的磁鐵與底座上的線圈產生相對運動，從而通過電磁感應原理產生電能。該俘能器的主要缺點是轉子的扭擺角度和速度都偏小、輸出功率低。

典型的電磁式俘能器如Kangqi Fan, Meiling Cai, Fei Wang, Lihua Tang,Junrui Liang, Yipeng Wu, Hengheng Qu, Qinxue Tan在《Energy Conversion andManagement》2019,198:111820撰文“Astring-suspended and driven rotor forefficient ultra-low frequency mechanical energyharvesting”（“用于高效超低頻機械能收集的線繩懸掛和驅動的轉子”《能量轉換與管理》）。該文設計了一種將振動或直線往返運動轉化為旋轉運動的電磁式俘能器，通過線繩將拖拉運動轉換為轉子的高速旋轉運動，從而基于電磁感應原理產生電能。該俘能器具有單自由度特性，因而工作頻率范圍較窄。

在上述俘能器中，轉子與筒壁間存在碰撞、摩擦，能量損耗大，降低了輸出功率；并且，上述俘能器只有在豎直安裝的情況下才能工作，應用范圍有限。

發明內容

本發明的目的是針對現有俘能技術的不足，提供一種成本低、易加工、使用方式靈活、結構尺寸小、可將環境中的超低頻振動、直線往返運動轉換為高速旋轉運動的電磁式俘能器。