[發(fā)明專利]一種磁旋擺式多穩(wěn)態(tài)電磁振動(dòng)能量俘獲裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210054952.6
• 申請(qǐng)日: 2022-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN114400859A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉;胡志鑫;衛(wèi)洪濤;衛(wèi)榮漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K35/02
• 分類號(hào): H02K35/02;H02K5/04;H02K1/12;H02K1/18;H02K1/34
• 代理公司: 鄭州德勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41128
• 代理人: 蘇志洋

本發(fā)明提供了一種磁旋擺式多穩(wěn)態(tài)電磁振動(dòng)能量俘獲裝置，包括中心固定磁鐵、運(yùn)動(dòng)磁鐵、限位磁鐵和若干線圈；中心固定磁鐵為圓環(huán)狀，運(yùn)動(dòng)磁鐵為圓柱狀或圓環(huán)狀，運(yùn)動(dòng)磁鐵與中心固定磁鐵之間為吸引力，運(yùn)動(dòng)磁鐵的運(yùn)動(dòng)軌道為環(huán)繞中心固定磁鐵的環(huán)形軌道；限位磁鐵固定于運(yùn)動(dòng)軌道的某一點(diǎn)，限位磁鐵與運(yùn)動(dòng)磁鐵之間為排斥力；若干線圈分布于運(yùn)動(dòng)軌道下方并對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)磁鐵的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)置，可在運(yùn)動(dòng)磁鐵的運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈外接電流引出端口；裝置可水平放置，可豎直放置，調(diào)節(jié)限位磁鐵和運(yùn)動(dòng)磁鐵的大小和類型，可在不同情況下實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)，使系統(tǒng)具有不同的共振頻帶，以適應(yīng)不同的環(huán)境振動(dòng)頻率、提高能量俘獲效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁式振動(dòng)能量收集技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及了一種磁旋擺式多穩(wěn)態(tài)電磁振動(dòng)能量俘獲裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大量的低功耗無線傳感器被應(yīng)用到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，而在人們的日常生活中，手機(jī)、手表等便攜式電子設(shè)備的應(yīng)用也給人們的生活帶來了極大的便利。

目前，這些低功耗的無線傳感器和便攜式電子設(shè)備多采用傳統(tǒng)電池進(jìn)行供電，需要定期更換或充電來維持設(shè)備的正常工作。振動(dòng)能量俘獲技術(shù)具有將環(huán)境振動(dòng)和人體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能的能力，利用這些能量為便攜式電子設(shè)備供電受到了廣泛關(guān)注。電磁式振動(dòng)能量俘獲裝置結(jié)構(gòu)簡單、輸出功率較大，成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。

傳統(tǒng)電磁式振動(dòng)能量俘獲結(jié)構(gòu)多基于線性振動(dòng)機(jī)理設(shè)計(jì)，其只能在較窄的頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生較大的能量。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，大量具有寬頻帶響應(yīng)的電磁式能量俘獲結(jié)構(gòu)被提出，其設(shè)計(jì)原理主要基于非線性機(jī)理與機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)制。將電磁式能量俘獲結(jié)構(gòu)與外接電路集成，能夠構(gòu)成一套完整的自供能體系，替代電池以為低功耗電子設(shè)備供電。

截止目前，已存在的電磁式振動(dòng)能量俘獲裝置中多采用磁鐵的直線運(yùn)動(dòng)形式，其占用空間較大，且不能根據(jù)具體的環(huán)境振動(dòng)及人體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)調(diào)整其固有頻率以滿足現(xiàn)實(shí)需求。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種可實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)、具有不同共振頻帶、可適應(yīng)不同環(huán)境振動(dòng)頻率、提高能量俘獲效率的磁旋擺式多穩(wěn)態(tài)電磁振動(dòng)能量俘獲裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種磁旋擺式多穩(wěn)態(tài)電磁振動(dòng)能量俘獲裝置，包括中心固定磁鐵、運(yùn)動(dòng)磁鐵、限位磁鐵和若干線圈；

所述運(yùn)動(dòng)磁鐵為圓柱狀或圓環(huán)狀，所述中心固定磁鐵為圓環(huán)狀，所述運(yùn)動(dòng)磁鐵與中心固定磁鐵之間為吸引力，所述運(yùn)動(dòng)磁鐵的運(yùn)動(dòng)軌道為環(huán)繞所述中心固定磁鐵的環(huán)形軌道，所述運(yùn)動(dòng)磁鐵可圍繞所述中心固定磁鐵在運(yùn)動(dòng)軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述限位磁鐵固定于運(yùn)動(dòng)軌道的某一點(diǎn)，所述限位磁鐵與運(yùn)動(dòng)磁鐵之間為排斥力，若干所述線圈分布于運(yùn)動(dòng)軌道下方并對(duì)應(yīng)所述運(yùn)動(dòng)磁鐵的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)置，以便運(yùn)動(dòng)磁鐵在運(yùn)動(dòng)過程中在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，所述線圈外接電流引出端口。

基上所述，所述限位磁鐵為圓環(huán)狀。

基上所述，所述中心固定磁鐵、運(yùn)動(dòng)磁鐵和限位磁鐵的厚度相等。

基上所述，還包括基座，所述基座的底盤上對(duì)應(yīng)中心固定磁鐵和限位磁鐵設(shè)置固定結(jié)構(gòu)，所述基座的底盤上對(duì)應(yīng)線圈設(shè)置有固定框，所述固定框周圍的空余位置設(shè)置有補(bǔ)充限位面結(jié)構(gòu)，所述補(bǔ)充限位結(jié)構(gòu)與固定框等高。

基上所述，所述基座的上方安裝有頂蓋，所述頂蓋扣合在所述基座上，所述頂蓋的內(nèi)表面形成限制運(yùn)動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的頂面限位面。

基上所述，所述基座的底盤上對(duì)應(yīng)中心固定磁鐵設(shè)置環(huán)形凸臺(tái)，所述頂蓋上對(duì)應(yīng)環(huán)形凸臺(tái)的內(nèi)孔設(shè)置圓柱凸臺(tái)。

基上所述，所述頂蓋和基座上對(duì)應(yīng)設(shè)置有定位孔。

基上所述，所述基座的側(cè)壁上設(shè)置有孔，所述線圈的外接線通過孔穿出。