[發明專利]一種磁旋擺碰撞式的非線性電磁振動能量俘獲裝置

在審

• 申請號: 202210055496.7
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114400860A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 王偉;胡志鑫;衛洪濤;衛榮漢
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02K5/04;H02K1/12;H02K1/18;H02K1/34
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 蘇志洋

本發明提供了一種磁旋擺碰撞式的非線性電磁振動能量俘獲裝置，包括中心固定磁鐵、運動磁鐵、限位磁鐵、若干線圈和兩塊限位擋板；中心固定磁鐵為圓環狀，運動磁鐵為圓柱狀或圓環狀，運動磁鐵與中心固定磁鐵之間為吸引力，運動磁鐵的運動軌道為環繞中心固定磁鐵的環形軌道；限位磁鐵固定于運動軌道上，限位磁鐵與運動磁鐵之間為排斥力；兩塊限位擋板固定于運動軌道的對稱位置處；線圈分布于運動軌道下方并對應運動磁鐵的運動軌跡設置，線圈外接電流引出端口。裝置可水平放置，可豎直放置，調節限位磁鐵的大小和磁鐵類型，可在不同情況下實現單穩態和雙穩態特點，使系統具有不同的共振頻帶，以適應不同的環境振動頻率、提高能量俘獲效率。

技術領域

本發明涉及電磁式振動能量收集技術領域，具體的說，涉及了一種磁旋擺碰撞式的非線性電磁振動能量俘獲裝置。

背景技術

近年來，隨著微電子技術和鋰電池技術的迅猛發展，大量的無線傳感器被應用到設備狀態監測領域。在人們的日常生活中，大量的嵌入式電子設備被用來進行人體健康監測或輔助治療，如藥物泵、心臟起搏器等。目前，這些設備多采用鋰電池進行供電，雖然鋰電池的容量越來越大，能夠滿足設備的日常需求，然而，需要定期對鋰電池進行充電或替換。為了克服這一問題，研究人員開始考慮從設備工作的周圍環境中獲取能量為設備供電，其中最受關注的是振動能量俘獲技術。振動能量俘獲技術屬于綠色能源領域，是將環境中的振動能量轉換為電能的一種方法，而電磁式能量俘獲結構由于結構簡單、電流大、功率大等特點，備受工業界和學術界關注。根據振動環境的振動特點，設計合理的能量俘獲結構，能夠在環境振動頻率范圍內最大程度地收集能量，提高能量俘獲效率。

環境振動和人體運動具有一定的隨機性，傳統的線性電磁式能量俘獲結構不能在較寬的頻帶內收集能量，應用受到了限制。

為了解決以上問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種可實現單穩態和雙穩態特點、具有不同共振頻帶、可適應不同的環境振動頻率、提高俘能效率的磁旋擺碰撞式的非線性電磁振動能量俘獲裝置。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種磁旋擺碰撞式的非線性電磁振動能量俘獲裝置，包括中心固定磁鐵、運動磁鐵、限位磁鐵、若干線圈和兩塊限位擋板；

所述中心固定磁鐵為圓環狀，所述運動磁鐵為圓柱狀或圓環狀，所述運動磁鐵與中心固定磁鐵之間為吸引力，所述運動磁鐵的運動軌道為環繞所述中心固定磁鐵的環形軌道，所述運動磁鐵可圍繞所述中心固定磁鐵在運動軌道上轉動；

所述限位磁鐵固定于所述運動軌道上，所述限位磁鐵與運動磁鐵之間為排斥力；

兩塊所述限位擋板固定于運動軌道的對稱位置處，所述運動磁鐵位于兩塊限位擋板的夾角之間，所述限位磁鐵位于兩塊限位擋板的夾角之外，所述限位擋板用于限制運動磁鐵的運動范圍；

所述線圈分布于所述運動軌道下方并對應所述運動磁鐵的運動軌跡設置，以便運動磁鐵在運動過程中在線圈中產生感應電流，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狀。

基上所述，所述中心固定磁鐵、運動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應中心固定磁鐵和限位磁鐵設置固定結構，所述基座的底盤上對應線圈設置有固定框，所述固定框和線圈形成限制運動磁鐵轉動的底部限位面。

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，所述頂蓋的內表面形成限制運動磁鐵轉動的頂部限位面。

基上所述，對應中心固定磁鐵和限位磁鐵設置的固定結構為環形凸臺，所述頂蓋上對應環形凸臺的內孔設置定位凸臺。

基上所述，所述基座的側壁上設置有孔，所述線圈的外接線通過孔穿出。

基上所述，所述限位擋板的位置可調。