CN103762890A

CN103762890A - 采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器

Info

Publication number: CN103762890A
Application number: CN201410015625.5A
Authority: CN
Inventors: 孟爱华; 陈文艺; 刘成龙; 杨剑锋; 祝甲明
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Zhejiang Ningsong Thermal Boiler Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: CN103762890B

Abstract

本发明公开了一种采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器。本发明由拾取外界振动的振动收集模块和能量转换模块组成。振动收集模块主要由配重、柔性铰链、碟形弹簧和输入顶杆组成，能量转换模块主要由超磁致伸缩棒、线圈、线圈骨架和永磁体组成。能量收集器固定在振动源上，当振动源工作时，配重由于惯性发生振动，柔性铰链放大了作用于输入顶杆的压力，输入顶杆将压力传递给磁致伸缩棒使其发生压缩变形。超磁致伸缩棒的磁化强度发生变化。由电磁感应定律，周围磁场的变化会使闭合线圈内产生感应电动势，通过导线可将线圈上的电能引到外接电路进行储存。本发明结构简单紧凑，易于微型化，对微型振动灵敏度高，工作稳定可靠。

Description

采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器

技术领域

本发明涉及一种能量收集装置，具体涉及一种采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器。

背景技术

近年来，微机电技术快速发展，人们生产生活过程中出现了越来越多的微电子产品，微电子系统的尺寸越来越小，功耗越来越低。随着微电子设备应用环境的日益复杂化和应用领域的多样化，人们对器件各方面的性能提出了更高的要求，尤其是系统的可持续性。传统的化学电池由于寿命短、储存能量有限以及污染严重等缺陷，使其在微电子系统的应用中受到限制。而且在一些人类无法到达、无法接触的环境下，传统化学电池的更换根本难以实现，供电持续性难以保证。因此，与微机电技术相关的微型能源技术受到广泛的关注。

机械振动能是环境中最为普遍存在的一种能量形式，相比于太阳能和热能，机械振动能量具有持续、稳定和能量密度高等优点，而且对振动能量的收集利用不会对环境造成污染。因此，对振动能量进行收集并利用具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器，该装置能够将周围环境的振动能量转换为电能，为微电子系统的运转提供能量。该振动能量收集器具有结构简单紧凑，能量转换效率高等优点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明包括套筒、永磁体、超磁致伸缩棒、线圈、线圈骨架、端盖、柔性铰链、配重、碟形弹簧、输入顶杆、预紧螺杆和导线孔。柔性铰链、配重、碟形弹簧和输入顶杆组成了振动收集模块，配重到柔性铰链节点的距离与输入顶杆到柔性铰链节点的距离比为N:1，从而将压力放大N倍作用在输入顶杆上，起到压力放大的作用，柔性铰链节点固定在基座上，N为自然数。超磁致伸缩棒、线圈、线圈骨架和永磁体组成的能量转换模块集成在套筒内，永磁体嵌在套筒内，线圈缠绕在线圈骨架上，超磁致伸缩棒位于套筒的中心轴线上，由线圈骨架对其进行径向固定，永磁体和线圈骨架由套筒和端盖对其进行轴向的固定。套筒和线圈骨架上开有导线孔，通过导线孔将线圈上的电能引至外接电路。超磁致伸缩棒的顶端与输入顶杆接触，输入顶杆与上端盖之间装有碟形弹簧，输入顶杆可沿端盖的通孔轴向往复运动；超磁致伸缩棒的底端与预紧螺杆接触，由预紧螺杆对超磁致伸缩棒进行预紧。

与现有的振动能量收集技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1 ) 结构简单紧凑，易于微型化，对微型振动灵敏度高，工作稳定可靠；

2 ) 超磁致伸缩棒相比与传统的压电陶瓷材料具有更高的能量转换效率

3 ) 柔性铰链机构利用弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除了传动过程中的空程和机械摩擦，具有较高的传动效率、稳定性和运动灵敏度，特别适合收集微小的振动。

附图说明

图1所示为采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器剖视图；

图2所示为采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器三维装配图；

图中：1、套筒，2、永磁体，3、超磁致伸缩棒，4、线圈，5、线圈骨架，6、端盖，7、螺钉，8、柔性铰链，9、配重，10、碟形弹簧，11、输入顶杆，12、预紧螺杆，13、导线孔。

具体实施方式

本发明提供了一种采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器，该装置能够将周围环境的振动能量转换为电能，为微电子系统的运转提供能量。

如图1和图2所示，该采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器主要包括套筒1、永磁体2、超磁致伸缩棒3、线圈4、线圈骨架5、端盖6、螺钉7、柔性铰链8、配重9、碟形弹簧10、输入顶杆11、预紧螺杆12和导线孔13。柔性铰链8、配重9、碟形弹簧10和输入顶杆11组成了振动收集模块，通过调节配重、输入顶杆和柔性铰链节点之间的距离，可以将压力放大不同的倍数作用于超磁致伸缩棒，起到压力放大的作用。超磁致伸缩棒3、线圈4、线圈骨架5和永磁体2组成的能量转换模块集成在套筒1内，永磁体2嵌在套筒1内，线圈4缠绕在线圈骨架5上，超磁致伸缩棒3位于套筒1的中心轴线上，由线圈骨架5对其进行径向固定，永磁体2和线圈骨架5由套筒1和端盖6对其进行轴向的固定。套筒1和线圈骨架5上开有导线孔13，通过导线孔13可将线圈4上的电能引至外接电路。超磁致伸缩棒3的顶端与输入顶杆11接触，输入顶杆11与上端盖6之间装有碟形弹簧10，输入顶杆11可沿端盖6的通孔轴向往复运动；超磁致伸缩棒3的底端与预紧螺杆12接触，由预紧螺杆12对超磁致伸缩棒进行预紧。套筒1与端盖6由螺钉7连接。

所述振动能量收集器的振动收集模块和能量转换模块分别位于套筒的外部和内部，整个装置结构紧凑，安装方便。

所述振动能量收集器的功能材料为超磁致伸缩棒，当超磁致伸缩棒发生变形时，超磁致伸缩棒的磁化强度发生变化，由电磁感应定律可知，周围磁场的变化会使闭合线圈内产生感应电动势，通过导线将线圈上的电能引到外接电路进行储存，达到能量收集的目的。

所述振动能量收集器的振动收集模块由配重、柔性铰链、螺栓、螺母、碟形弹簧和输入顶杆组成，通过调节配重、输入顶杆和柔性铰链节点之间的距离，可以将压力放大不同的倍数作用于超磁致伸缩棒。

所述振动收集模块是由柔性铰链机构进行振动能量的收集，柔性铰链机构通过螺钉连接固定在基座上，安装和更换非常方便。柔性铰链机构利用弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除了传动过程中的空程和机械摩擦，具有较高的传动效率、稳定性和运动灵敏度，特别适合收集微小的振动。

所述振动收集模块采用碟形弹簧为输入顶杆提供回复力，碟形弹簧刚度大，能以小变形承受大载荷，实现低行程高补偿力的效果。

振动能量收集器通过螺栓连接固定在振动源上，振动源工作时，配重由于惯性会产生振动，柔性铰链将振动传递给输入顶杆，同时放大了输入顶杆作用于超磁致伸缩棒的压力，超磁致伸缩棒受到周期性的压力而产生伸缩变形。由超磁致伸缩材料的维拉里效应，形状变化会使超磁致伸缩棒的磁化强度发生变化，又由电磁感应定律，变化的磁场使闭合线圈产生感应电动势。通过套筒上的导线孔，可用导线将线圈上的电能引到外部电路，为微电子系统的运转提供电能。

Claims

1. 采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器，包括套筒、永磁体、超磁致伸缩棒、线圈、线圈骨架、端盖、柔性铰链、配重、碟形弹簧、输入顶杆、预紧螺杆和导线孔，其特征在于：柔性铰链、配重、碟形弹簧和输入顶杆组成了振动收集模块，配重到柔性铰链节点的距离与输入顶杆到柔性铰链节点的距离比为N:1，从而将压力放大N倍作用在输入顶杆上，起到压力放大的作用，柔性铰链节点固定在基座上；超磁致伸缩棒、线圈、线圈骨架和永磁体组成的能量转换模块集成在套筒内，永磁体嵌在套筒内，线圈缠绕在线圈骨架上，超磁致伸缩棒位于套筒的中心轴线上，由线圈骨架对其进行径向固定，永磁体和线圈骨架由套筒和端盖对其进行轴向的固定；套筒和线圈骨架上开有导线孔，通过导线孔将线圈上的电能引至外接电路；超磁致伸缩棒的顶端与输入顶杆接触，输入顶杆与上端盖之间装有碟形弹簧，输入顶杆可沿端盖的通孔轴向往复运动；超磁致伸缩棒的底端与预紧螺杆接触，由预紧螺杆对超磁致伸缩棒进行预紧。