CN105703598A - 一种小型电磁摆动式俘能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型电磁摆动式俘能器，特别是一种利用机械摆动和电磁感应原理的俘能器，属于新能源和发电技术领域领域。在外壳中安装驱动装置、支撑弹簧、电磁发电装置、储能电路、开关和输出接口；驱动装置与电磁发电装置以齿轮方式传动；电磁发电装置与开关、储能电路连接，储能电路与输出接口连接。本发明利用驱动装置半齿轮的机械往复转动以及发电装置的切割磁感线运动发电，相对于传统的电磁俘能器更加可靠稳定。且可以充分利用人体的动作或者环境的振动，将摆动动能转化为电能。本发明采用封闭式结构，并且免去更换电池所需的外壳接缝，符合在恶劣环境下的使用要求。

Description

一种小型电磁摆动式俘能器
技术领域
本发明涉及一种小型电磁摆动式俘能器，特别是一种利用机械摆动和电磁感应原理的俘能器，属于新能源和发电技术领域领域。
背景技术
目前，随着现代集成电路技术和微机电系统(MEMS)技术的迅速发展，各种微机电器件或系统和低功耗电子产品越来越多地应用到航空航天、兵器工业、生物医药、结构健康监测等领域。目前仍然采用化学电池为这些系统或器件供电，但是使用化学电池存在着比较突出的问题：重量和体积较大，无法在工作空间较小的系统中使用；供能寿命有限，能量耗尽需重复充电或更换；对环境的污染较大。这些已经成为微机电系统和低功耗电子产品进一步应用的不利因素。因此，为微机电系统和低功耗电子器件供能的小型供电技术成为亟待解决的关键技术问题。
近年来，国内外科学家都在积极研究新的供能方式，其中一种非常有前途的方法就是设计一种装置直接从环境中提取能量为无线传感器等低功耗电子器件供能。可从环境获得有限电能的方式包括光、温度梯度场、振动、风、水流、电磁波等等。其中，具有结构简单、不发热、便于实现小型化和集成化等优点的电磁俘能装置备受关注。现有的电磁俘能器必须工作在特定的振动频率范围内，并且该频率范围通常较高。另外，传统的电磁俘能器通常是开放式结构，无法在极端环境下工作。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的电磁俘能器所具有的上述缺陷，提供一种可以在多种振动环境下工作的，利用摆动动作带动转子切割磁力线产生电能，从而输出电能的电磁俘能器。为了使其在恶劣条件下可以正常工作，需要将俘能器设计成封闭的结构，避免在水下或者雨雪天气中进水导致俘能器不能工作。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明所述的小型电磁摆动式俘能器采用以下技术方案：其包括驱动装置、电磁发电装置、支撑弹簧、外壳、储能电路、开关以及输出接口；在外壳中安装驱动装置、支撑弹簧、电磁发电装置、储能电路、开关和输出接口；驱动装置与电磁发电装置以齿轮方式传动；电磁发电装置与开关、储能电路连接，储能电路与输出接口连接。
所述驱动装置为带有连杆的扇形齿轮；
电磁发电装置与外壳固定连接；电机轴上安装齿轮；齿轮与驱动装置的扇形齿轮啮合；驱动装置的连杆穿过质量块固定在外壳上；质量块通过支撑弹簧连接在外壳上；能量储存电路分别于电磁发电装置、开关和输出接口连接；
所述的能量储存电路，为桥式整流电路；二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4构成桥式整流电路，电流输出端连接电阻和电容。在电磁发电装置正向转动时，二极管D2和二极管D3导通；在电磁发电装置负向转动时，二极管D1和二极管D4导通，负载上得到的始终是正向直流电压。
工作过程：由于环境的振动，驱动装置在支撑弹簧的支撑下做垂直于齿轮轴向的往复转动；驱动装置中的扇形齿轮与电机轴上的齿轮相互啮合带动电磁发电装置中的转子在线圈中做往复转动，根据法拉第电磁感应定律，当磁铁的磁力线与感应线圈发生相对运动时，在感应线圈内就会产生感应电流。电磁发电装置用于给能量储存电路提供能量；开关用于控制能量储存电路；
有益效果
1.本发明的小型电磁摆动式俘能器，利用驱动装置半齿轮的机械往复转动以及发电装置的切割磁感线运动发电，相对于传统的电磁俘能器更加可靠稳定。
2.本发明的这种小型电磁摆动式俘能器，可以充分利用人体的动作或者环境的振动，将摆动动能转化为电能。
3.本发明的这种小型电磁摆动式俘能器，采用封闭式结构，并且免去更换电池所需的外壳接缝，符合在恶劣环境下的使用要求。
4.本发明的这种小型电磁摆动式俘能器，设计了开关，在不需要供电时可以将摆动的电能存储在能量储存电路中，以供后续使用。
附图说明
图1为小型电磁摆动式俘能器工作流程图；
图2为小型电磁摆动式俘能器结构示意图；
图3为小型电磁摆动式俘能器装配图。
其中，1—外壳，2—电磁发电装置，3—开关，4—驱动装置，5—输出接口，6—能量储存电路，7—质量块，8—支撑弹簧。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达到预期目的所采取的技术手段及功效，使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效做如下详细说明。
实施例1
一种小型电磁摆动式俘能器，包括外壳1，开关3，支撑弹簧8，驱动装置4，质量块7，电磁发电装置2，能量储存电路6，质量块7，输出接口5，如图2、3所示。
外壳1中设有固定驱动装置的轴孔和固定电磁驱动装置的方孔。驱动装置4的用轴固定在外壳1上，一端固定有质量块7，质量块7通过支撑弹簧8与外壳1相连接，另一端为扇形齿轮，驱动装置4整体固定在外壳1上做一定角度的往复转动；驱动装置4的部分齿轮与电磁发电装置2中的齿轮相互啮合传动。电磁发电装置2的定子与能量存储电路6相连，能量存储电路6通过开关3与输出接口5连接。
装置工作时，由于环境的振动，驱动装置4做垂直于齿轮轴向的一定角度的往复转动；驱动装置4中的部分齿轮与电磁发电装置2中的齿轮相互啮合带动电磁发电装置中的转子在线圈中做往复转动，根据法拉第电磁感应定律，当磁铁的磁力线与感应线圈发生相对运动时，在感应线圈内就会产生感应电流。导线将电磁发电装置的输出电能输入到能量存储电路中，能量储存电路的输出端口连接开关，并与能量存储装置另一端输出共同连接到输出端口。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，如改变齿轮的角度，改变质量块的放置位置等，都应当视为属于本发明的保护范围。
传统的电磁俘能器通常使用金属悬臂梁等结构方式，使得系统固有频率较高，并且俘能频带较窄，对应用的环境要求较高。本发明的这种小型电磁摆动式俘能器，由于使用弹簧作为支撑结构，可以有效降低系统的固有频率。并可以利用非线性弹簧等方式增加俘能器的俘能带宽。
一种小型电磁摆动式俘能器，应用于汽车胎压传感器中。传统的汽车胎压传感器通常使用电池作为功能装置。这种功能方式的缺点是传感器的使用寿命有限。采用本发明的这种小型电磁摆动式俘能器，可以利用路面的振动以及车轮转动产生的向心加速度使驱动装置4产生相对转动，获得电能从而给胎压传感器中的气压传感器、加速度传感器等供电。

Claims (5)

1.一种小型电磁摆动式俘能器，其特征在于：包括驱动装置(4)、电磁发电装置(2)、支撑弹簧(8)、外壳(1)、能量储存电路(6)、开关(3)以及输出接口(5)；在外壳(1)中安装驱动装置(4)、支撑弹簧(8)、电磁发电装置(2)、能量储存电路(6)、开关(3)和输出接口(5)；驱动装置(4)与电磁发电装置(2)以齿轮方式传动；电磁发电装置(2)与开关(3)、能量储存电路(6)连接，能量储存电路(6)与输出接口(5)连接。
2.如权利要求1所述的一种小型电磁摆动式俘能器，其特征在于：所述驱动装置(4)为带有连杆的扇形齿轮。
3.如权利要求1所述的一种小型电磁摆动式俘能器，其特征在于：电磁发电装置(2)与外壳(1)固定连接；电机轴上安装齿轮；齿轮与驱动装置(4)的扇形齿轮啮合；驱动装置(4)的连杆穿过质量块(7)固定在外壳(1)上；质量块(7)通过支撑弹簧(8)连接在外壳(1)上；能量储存电路(6)分别于电磁发电装置(2)、开关(3)和输出接口(5)连接。
4.如权利要求1或3所述的一种小型电磁摆动式俘能器，其特征在于：所述的能量储存电路(6)，为桥式整流电路；二极管D1、二极管D2、二极管D3与二极管D4构成桥式整流电路，电流输出端连接电阻和电容；在电磁发电装置(2)正向转动时，二极管D2和二极管D3导通；在电磁发电装置(2)负向转动时，二极管D1和二极管D4导通，负载上得到的始终是正向直流电压。
5.如权利要求1所述的一种小型电磁摆动式俘能器，其特征在于：所述俘能器工作过程：由于环境的振动，驱动装置(4)在支撑弹簧(8)的支撑下做垂直于齿轮轴向的往复转动；驱动装置(4)中的扇形齿轮与电机轴上的齿轮相互啮合带动电磁发电装置(2)中的转子在线圈中做往复转动，根据法拉第电磁感应定律，当磁铁的磁力线与感应线圈发生相对运动时，在感应线圈内就会产生感应电流；电磁发电装置(2)用于给能量储存电路(6)提供能量；开关(3)用于控制能量储存电路(6)。
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