CN106532886A - 抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器 - Google Patents

抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器 Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for

Abstract

一种微电子技术领域的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,包括:设置于目字形基座内的永磁体组件、悬浮磁振子和抗磁发电组件,目字形基座的内部隔板竖直设置形成三个空槽,其中:中部空槽内设有竖向移动的悬浮磁振子,抗磁发电组件以悬浮磁振子为中心对称设置于中部空槽内,两侧空槽内对称设有永磁体组件。本发明能够在较宽的频率范围内俘获振动能量,不存在机械摩擦,克服了现有电磁式能量俘获器应用频域窄,能量俘获效率低的问题。

Description

抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种微电子领域的技术,具体是一种抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器。背景技术
[0002] 随着微电子技术的不断发展,微电子器件在机械工程、医疗工程、通讯工程等领域得到广泛应用。然而,当这些器件工作在较恶劣的环境或植入被检测的物体中时,由于电源设备储存能量有限,使微电子器件的应用受到阻碍。俘获自然环境下的能量为电子器件供电,不仅节能,而且使电子器件工作更稳定、可靠。机械振动是最普遍可以俘获的能量。目前振动能量俘获主要分为三种方式:(1)利用静电发生装置将机械振动能量转换为电能的静电式;(2)利用压电效应将机械振动能量转换为电能的压电式;(3)利用电磁能量转换装置将机械振动能量转换为电能的电磁式。由于电磁式能量俘获器结构简单,便于集成一体化, 有利于工程实践。但是,电磁式振动能量俘获技术面临的主要问题是较窄的带宽和较低的能量俘获效率。
[0003] 能量俘获装置的工作频率与自然频率匹配产生共振现象可以有更多的能量输出。 为此,人们设计了许多不同的结构。很多学者利用自由端附有线圈或者磁铁的悬臂梁支撑构件,当外界环境存在振动时,悬臂梁自由端的线圈或磁铁与固定的磁铁或线圈之间的相对位移引起磁通量的变化,从而产生电压以达到能量俘获的目的。很多学者通过降低振动能量俘获装置的固有频率使其与自然环境下振动频率匹配,设计了弹簧支撑结构的振动能量俘获器、振动膜支撑的振动能量俘获器。由于非线性系统具有更宽的频域响应,有的学者研究了将非线性磁力等效为弹力弹簧的能量俘获器,该能量俘获器主要由三块永磁体、感应线圈和微管组成,利用永磁体之间的排斥力使得中间磁铁在微管内悬浮,当受到外界振动时,悬浮磁铁在微管内振动切割磁感线产生电压。发明内容
[0004] 本发明针对现有装置的适用频域范围小、俘获效率低等缺陷,提出了一种抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,能够在较宽的频率范围内俘获振动能量,不存在机械摩擦,克服了现有电磁式能量俘获器应用频域窄,能量俘获效率低的问题。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的,
[0006] 本发明包括设置于目字形基座内的永磁体组件、悬浮磁振子和抗磁发电组件,目字形基座的内部隔板竖直设置形成三个空槽,其中:中部空槽内设有竖向移动的悬浮磁振子,抗磁发电组件以悬浮磁振子为中心对称设置于中部空槽内,两侧空槽内对称设有永磁体组件。
[0007] 所述的永磁体组件作用于悬浮磁振子磁力的竖直分量在纵向两个位置实现与悬浮磁振子重力的平衡,悬浮磁振子的重心位置点为上稳定点、下稳定点。
[0008] 所述的永磁体组件包括沿纵向上下设置的抗重力永磁体和双稳态永磁体,所述的抗重力永磁体的数量为两个。
[0009] 所述的悬浮磁振子、抗重力永磁体和双稳态永磁体的磁极方向相同。
[0010] 所述的抗磁发电组件包括:上稳定点圆形热解石墨板、上稳定点发电线圈、下稳定点圆形热解石墨板、下稳定点发电线圈和方形热解石墨板,其中:上、下稳定点圆形热解石墨板固定在目字形基座内部隔板上,上稳定点发电线圈套设在上稳定点圆形热解石墨板上,下稳定点发电线圈套设在下稳定点圆形热解石墨板上,方形热解石墨板固定在圆形热解石墨板表面分隔发电线圈和悬浮磁振子。
[0011] 所述的上稳定点圆形热解石墨板、上稳定点发电线圈、下稳定点圆形热解石墨板和下稳定点发电线圈的轴向厚度相同。
[0012] 所述的悬浮磁振子达到上稳定点时,其重心位于上稳定点圆形热解石墨板、上稳定点发电线圈的轴线上,所述的悬浮磁振子达到下稳定时,其重心位于下稳定点圆形热解石墨板、下稳定点发电线圈的轴线上。
[0013] 所述的抗磁发电组件中的接线端用于输出电能,可直接与其他电子设备或储能电路相连接。技术效果
[0014] 与现有技术相比,本发明左右对称设置的抗重力永磁体与双稳态永磁体在激励状态下悬浮磁振子发生谐振后,通过磁场作用实现悬浮磁振子的非线性双稳态,使悬浮磁振子具有较宽的工作频域;而抗磁发电组件中热解石墨的存在,使得悬浮磁振子在水平方向上受力平衡得以稳定悬浮,消除了机械摩擦的影响,提高了能量俘获的效率。附图说明
[0015] 图1为本发明整体结构示意图;
[0016] 图2为本发明中永磁体组件结构示意图;
[0017] 图3为本发明中抗磁发电组件爆炸结构示意图;
[0018] 图4是本发明的工作原理示意图;
[0019] 图中:目字形基座1、永磁体组件2、悬浮磁振子3、抗磁发电组件4、抗重力永磁体5、 双稳态永磁体6、上稳定点圆形热解石墨板7、上稳定点发电线圈8、下稳定点圆形热解石墨板9、下稳定点发电线圈10、方形热解石墨板11、上稳定点1、下稳定点n。具体实施方式
[0020] 下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
[0021] 如图1所示,本实施例包括设置于目字形基座1内的永磁体组件2、悬浮磁振子3和抗磁发电组件4,其中:目字形基座1的内部隔板竖直设置形成三个空槽,目字形基座1中间的空槽内设有竖向移动的悬浮磁振子3,抗磁发电组件4以悬浮磁振子3为中心对称粘接在目字形基座1中间的空槽内,永磁体组件2对称粘接在目字形基座1两侧的空槽内;
[0022] 所述的永磁体组件2作用于悬浮磁振子3磁力的竖直分量在纵向两个位置实现与悬浮磁振子3重力的平衡,悬浮磁振子的重心位置点为上稳定点1、下稳定点n。
[0023] 如图2所示,所述的永磁体组件2包括沿纵向上下设置的抗重力永磁体5和双稳态永磁体6,所述的抗重力永磁体5的数量为两个。
[0024] 如图4所示,所述的悬浮磁振子3、抗重力永磁体5和双稳态永磁体6的磁极方向相同。
[0025] 如图3所示,所述的抗磁发电组件4包括:上稳定点圆形热解石墨板7、上稳定点发电线圈8、下稳定点圆形热解石墨板9、下稳定点发电线圈10和方形热解石墨板11,其中:上稳定点圆形热解石墨板7和下稳定点圆形热解石墨板9固定在目字形基座1内部隔板上,上稳定点发电线圈8套设在上稳定点圆形热解石墨板7上,下稳定点发电线圈10套设在下稳定点圆形热解石墨板9上,方形热解石墨板11固定在上稳定点圆形热解石墨板7和下稳定点圆形热解石墨板9表面分隔抗磁发电组件4和悬浮磁振子3。
[0026] 所述的左右对称设置的上稳定点圆形热解石墨板7之间形成上平衡区域,所述的对称设置的下稳定点圆形热解石墨板8之间形成下平衡区域。
[0027] 所述的上稳定点圆形热解石墨板7、上稳定点发电线圈8的径向尺寸取决处于上平衡区域谐振状态下悬浮磁振子的振幅,所述的下稳定点圆形热解石墨板9、下稳定点发电线圈10的径向尺寸取决处于下平衡区域谐振状态下悬浮磁振子的振幅。
[0028] 所述的上稳定点圆形热解石墨板7、上稳定点发电线圈8、下稳定点圆形热解石墨板9和下稳定点发电线圈10的轴向厚度相同。
[0029] 所述的悬浮磁振子3达到上稳定点I时,其重心位于上稳定点圆形热解石墨板7、上稳定点发电线圈8的轴线上,所述的悬浮磁振子3达到下稳定n时,其重心位于下稳定点圆形热解石墨板9、下稳定点发电线圈10的轴线上。
[0030] 所述的抗磁发电组件4中的接线端用于输出电能,可直接与其他电子设备或储能电路相连接。
[0031] 如图4所示,本发明实施例在工作时,[〇〇32] 当目字形基座1未受到外界激励时,通过永磁体组件2对悬浮磁振子3的作用,可以使悬浮磁振子3在上稳定点I或下稳定点n位置处实现磁力的竖直分量与悬浮磁振子3重力的平衡,即悬浮磁振子3在竖直方向上处于平衡状态;左右对称设置的热解石墨板对悬浮磁振子3水平方向上的斥力作用,可以使悬浮磁振子3达到稳定悬浮状态;[〇〇33] 当目字形基座1受到外界激励时,永磁体组件2与悬浮磁振子3产生相对位移而导致磁力发生变化,从而使悬浮磁振子3受迫振动;悬浮磁振子3在受迫振动过程中,抗磁发电组件4与悬浮磁振子3间存在相对运动,使通过上稳定点发电线圈8和下稳定点发电线圈10 的磁通量发生变化产生电压,产生的电压经电路处理后可直接使用或存储备用,从而将振动能量转化为电能;
[0034] 当激励频率接近谐振频率时,由于磁力的作用使悬浮磁振子3处于非线性稳态状态中,可以在较宽的频率范围内俘获振动能量。

Claims (8)

1.一种抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征在于,包括:设置于目字形基座内的永 磁体组件、悬浮磁振子和抗磁发电组件,目字形基座的内部隔板竖直设置形成三个空槽,其 中:中部空槽内设有竖向移动的悬浮磁振子,抗磁发电组件以悬浮磁振子为中心对称设置 于中部空槽内,两侧空槽内对称设有永磁体组件。
2.根据权利要求1所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的永磁体组 件作用于悬浮磁振子磁力的竖直分量在纵向两个位置实现与悬浮磁振子重力的平衡,悬浮 磁振子的重心位置点为上稳定点、下稳定点。
3.根据权利要求1所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的永磁体组 件包括沿纵向上下设置的抗重力永磁体和双稳态永磁体,所述的抗重力永磁体的数量为两 个。
4.根据权利要求1所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的悬浮磁振 子、抗重力永磁体和双稳态永磁体的磁极方向相同。
5.根据权利要求1所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的抗磁发电 组件包括:上稳定点圆形热解石墨板、上稳定点发电线圈、下稳定点圆形热解石墨板、下稳 定点发电线圈和方形热解石墨板,其中:上、下稳定点圆形热解石墨板固定在目字形基座内 部隔板上,上稳定点发电线圈套设在上稳定点圆形热解石墨板上,下稳定点发电线圈套设 在下稳定点圆形热解石墨板上,方形热解石墨板固定在上、下稳定点圆形热解石墨板表面 分隔抗磁发电组件和悬浮磁振子。
6.根据权利要求5所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的上稳定点 圆形热解石墨板、上稳定点发电线圈、下稳定点圆形热解石墨板和下稳定点发电线圈的轴 向厚度相同。
7.根据权利要求5所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的上稳定点 圆形热解石墨板、上稳定点发电线圈的轴线过上稳定点,所述的下稳定点圆形热解石墨板、 下稳定点发电线圈的轴线过下稳定点。
8.根据权利要求1所述的抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器,其特征是,所述的抗磁发电 组件中的接线端用于输出电能,可直接与其他电子设备或储能电路相连接。
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