CN106532886B - 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

Info

Publication number
CN106532886B
CN106532886B CN201611019835.7A CN201611019835A CN106532886B CN 106532886 B CN106532886 B CN 106532886B CN 201611019835 A CN201611019835 A CN 201611019835A CN 106532886 B CN106532886 B CN 106532886B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stable point
suspension
diamagnetic
graphite plate
magnon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611019835.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106532886A (zh
Inventor
高秋华
张文明
邹鸿翔
孟光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201611019835.7A priority Critical patent/CN106532886B/zh
Publication of CN106532886A publication Critical patent/CN106532886A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106532886B publication Critical patent/CN106532886B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding 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
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
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。
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
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。
本发明是通过以下技术方案实现的，
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中永磁体组件结构示意图；
图3为本发明中抗磁发电组件爆炸结构示意图；
图4是本发明的工作原理示意图；
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Ⅰ、下稳定点Ⅱ。
具体实施方式
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
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；
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Ⅰ、下稳定点Ⅱ。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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Ⅱ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。
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。
如图4所示，本发明实施例在工作时，
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Ⅱ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；
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；
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 (7)

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；
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。
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。
6.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。
7.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。
CN201611019835.7A 2016-11-17 2016-11-17 抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器 Active CN106532886B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611019835.7A CN106532886B (zh) 2016-11-17 2016-11-17 抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611019835.7A CN106532886B (zh) 2016-11-17 2016-11-17 抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106532886A CN106532886A (zh) 2017-03-22
CN106532886B true CN106532886B (zh) 2019-01-18

Family

ID=58352312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611019835.7A Active CN106532886B (zh) 2016-11-17 2016-11-17 抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106532886B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070162B (zh) * 2017-04-20 2024-01-16 四川易尚天交实业有限公司 自供能头盔
CN110107446B (zh) * 2019-05-07 2020-08-18 湖南工程学院 磁场耦合波浪能量采集器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1776366A (zh) * 2005-11-24 2006-05-24 上海交通大学 永磁介磁组合悬浮转子微陀螺
CN1831540A (zh) * 2006-04-20 2006-09-13 上海交通大学 抗磁性悬浮永磁转子微加速度计
CN201854207U (zh) * 2010-10-26 2011-06-01 温州大学 双稳态结构式压电能量收集装置
CN102694452A (zh) * 2012-06-06 2012-09-26 郑州大学 基于mems的振动能量采集器
CN105375818A (zh) * 2015-12-11 2016-03-02 中国地质大学（武汉） 双曲臂型压电-电磁复合发电装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1776366A (zh) * 2005-11-24 2006-05-24 上海交通大学 永磁介磁组合悬浮转子微陀螺
CN1831540A (zh) * 2006-04-20 2006-09-13 上海交通大学 抗磁性悬浮永磁转子微加速度计
CN201854207U (zh) * 2010-10-26 2011-06-01 温州大学 双稳态结构式压电能量收集装置
CN102694452A (zh) * 2012-06-06 2012-09-26 郑州大学 基于mems的振动能量采集器
CN105375818A (zh) * 2015-12-11 2016-03-02 中国地质大学（武汉） 双曲臂型压电-电磁复合发电装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Horizontal Diamagnetic Levitation Based Low Frequency Vibration Energy Harvester";S. Palagummi 等;《Journal of Vibration and Acoustics》;20151201;第137卷(第6期);论文第061004-1页至061004-09页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106532886A (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tan et al. Review of MEMS electromagnetic vibration energy harvester
CN107567427B (zh) 用于从机械振动产生电能的微型动能采集器
CN102790547B (zh) 双稳态双悬臂梁压电发电装置
CN104242725B (zh) 一种二级振动式宽频带能量采集器
CN101621258B (zh) 基于压电晶体频率转换机构的微型发电装置
CN206341125U (zh) 振动电机
CN105680720B (zh) 多自由度压电‑电磁复合式多方向宽频带动能采集器
CN105226994A (zh) 多频耦合振动能量俘获器
CN102594203A (zh) 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置
KR101251412B1 (ko) 압전-복합재료 발전 소자를 이용한 자기력 구동형 발전 장치
CN106532886B (zh) 抗磁悬浮双稳态振动能量俘获器
CN103762888B (zh) 杠杆式超磁致伸缩振动能量收集装置
CN202524321U (zh) 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置
JP2012165561A (ja) 多次元振動発電機
CN105958865A (zh) 基于等腰梯形悬臂梁的压电-电磁俘能装置
Wang et al. Design and analysis of a plane vibration-based electromagnetic generator using a magnetic spring and ferrofluid
Munaz et al. An electromagnetic energy harvester based on multiple magnet scavenging power from low frequency vibration
CN103762889A (zh) 基于超磁致伸缩薄膜的杠杆式振动能量收集器
Ashraf et al. Energy harvesting in a low frequency environment
CN103762891A (zh) 柱状超磁致伸缩式俘能器
CN203708140U (zh) 一种杠杆式超磁致伸缩振动能量收集装置
CN107994807A (zh) 基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器
Ye et al. Analysis of multi-direction low-frequency vibration energy harvester using diamagnetic levitation
He et al. Energy harvesting from stray power-frequency magnetic field employing a piezoelectric unimorph based heterostructure
CN203708139U (zh) 一种基于超磁致伸缩薄膜的杠杆式振动能量收集器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant