CN106941308B - 基于振动效应的能量采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于振动效应的能量采集装置。本发明公开了一种基于振动效应的能量采集装置，可以提高振动能量采集效率和灵敏度。本发明的基于振动效应的能量采集装置，包括六面体外壳、弹性支撑、质量块、永磁体、感应线圈、电流转换器和储能装置，所述感应线圈设置在六面体外壳上，所述质量块通过弹性支撑悬挂在六面体外壳中，所述永磁体安装在质量块上，所述感应线圈与电流转换器电连接，所述电流转换器与储能装置电连接。本发明采用弹性支撑悬浮结构的质量块接收振动能，利用感应线圈输出电流将振动能转换成电能。由于六面体外壳可以布置六组感应线圈，对空间各个方向的振动都能够响应，大大提高了振动灵敏度和转换效率。

Description

基于振动效应的能量采集装置
技术领域
本发明涉及杂散能量采集技术领域，特别涉及振动能量采集技术。具体而言是一种基于振动效应的能量采集装置。
背景技术
随着微机电系统与无线传感网络技术的广泛应用，低功耗电子设备的供电成为制约其应用的瓶颈问题。目前广泛采用的化学电池供电方式普遍存在寿命短和特种环境下不易更换等问题。为解决此问题，可通过收集自然界中普遍存在的振动能，将其转化为电能为微型低功耗电子设备供电。现有技术一般都是通过电磁感应将振动能转换成电能的，通常称为电磁感应发电。或者利用压电效应将振动能转换成电能，如压电悬臂梁，就可以在受到振动时输出电能。基于振动的电磁感应发电，与振动幅度、振动频率等有关。装置结构在很大程度上决定了能量采集的效率，人们为此做出了不懈努力。现有技术基于振动效应的能量采集装置，要么结构复杂，要么灵敏度低，尚不能满足人们的需求。为了提高振动能量采集能力，压电-电磁复合型俘能器也是一种不错的选择。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于振动效应的能量采集装置，提高振动能量采集效率和灵敏度。
为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种基于振动效应的能量采集装置，包括六面体外壳、弹性支撑、质量块、永磁体、感应线圈、电流转换器和储能装置，所述感应线圈设置在六面体外壳上，所述质量块通过弹性支撑悬挂在六面体外壳中，所述永磁体安装在质量块上，所述感应线圈与电流转换器电连接，所述电流转换器与储能装置电连接。
具体的，所述弹性支撑为螺旋弹簧。
进一步的，所述质量块上安装有压电悬臂梁，所述压电悬臂梁输出端与电流转换器电连接。
具体的，所述压电悬臂梁一端固定在质量块上，另一端悬空。
具体的，所述储能装置为超级电容。
具体的，所述六面体外壳为正六面体外壳，所述质量块位于正六面体外壳中心位置。
进一步的，所述质量块为正六面体，所述永磁体分别置于正六面体六个面的中心。
进一步的，所述质量块的六个面分别与六面体外壳的六个面平行。
进一步的，所述感应线圈分别置于六面体外壳六个面的中心。
进一步的，所述弹性支撑共四根，分别置于正六面体外壳四个顶点和质量块四个顶点之间。
本发明可以为诸多低功耗电子设备提供稳定可靠的能量源，并可应用于特种振动环境下的能量收集领域，实现能量的“自供给”，也是一种应对能源危机的解决途径。本发明采用弹性支撑悬浮结构的质量块接收振动能，利用感应线圈输出电流将振动能转换成电能。由于六面体外壳可以布置六组感应线圈，对空间各个方向的振动都能够响应，大大提高了振动灵敏度和转换效率。本发明进一步的方案中增加了压电效应发电，进一步提高了振动能量的采集利用。六面体外壳封闭稳定的结构，可以将本发明的装置安装到几乎任何需要的地方。并且由于六面体结构为较简单的多面体结构，本发明还具有结构简单牢固，成本低廉的优点，可以适用于一些特殊环境的低功耗电子设备的供能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的示意图。
图2为质量块与六面体外壳配置关系示意图。
其中：1、背板；2、压电悬臂梁；3、感应线圈；4、螺旋弹簧；5、质量块；6、永磁体；7、左侧板；8、面板；9、右侧板；10、底板；A、B、C、D为正六面体外壳的四个顶角；a、b、c、d为质量块的四个顶角。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例
如图1和图2所示，本例基于振动效应的能量采集装置，由正六面体外壳100、四根螺旋弹簧4、正六面体形状的质量块5、镶嵌在质量块5六个面中心的永磁体6、安装在正六面体外壳100六个面中心的感应线圈3，以及电流转换器和储能装置(图1和图2中均未示出)组成。如图1所示，正六面体外壳100由左侧板7、右侧板9、背板1、面板8、底板10和面板(图1中未示出)构成，本发明的正六面体外壳100对材料厚度没有要求，只要能够保证结构强度就可以了。为了便于布置感应线圈并降低对永磁体的干扰，正六面体外壳100通常采用非金属材料，如塑料、木板等。静止状态下，本例质量块5通过其顶角的四根螺旋弹簧4直接连接到正六面体外壳100的对应顶角处，即图2中，四根螺旋弹簧分别连接在A-a、B-b、C-c和D-d之间，使质量块5悬挂在正六面体外壳100的中心位置。质量块5的六个面分别与正六面体外壳的六个面平行，正六面体外壳100六个面上的感应线圈3正好处于质量块5上的永磁体6的对应位置处。当质量块5受到外部振动激励运动时，感应线圈3由于磁通量的变化而产生电流，该电流通过柔软的导线输入电流转换器，经过适当变换输出直流电到储能装置进行存储。为了充分利用振动能，本例质量块5上安装了四只压电悬臂梁2，压电悬臂梁2一端固定在质量块5上，另一端处于悬空状态，质量块5运动时压电悬臂梁由于变形输出电流，通过电流转换器后输入储能装置。本例储能装置采用超级电容，具有电能存储量大，无过冲等优点。
本例这种配置结构，质量块安装了六个永磁铁，正六面体外壳上安装了六个感应线圈，不但增加了感应线圈的数量，而且质量块5对各个方向的振动都很敏感，能够积极响应外界振动发电。由于六个感应线圈与永磁铁距离都相等，感应线圈输出比较平衡，方便电流转换器进行处理。通过选择合适的质量块质量和弹性支撑的弹性系数，可以适用于不同的振动环境。本发明正六面体结构的外壳，是一种简单稳固的外形结构，可以方便地固定在各种振动源处，为低功耗电子设备提供能量。

Claims (7)

1.基于振动效应的能量采集装置，包括六面体外壳、弹性支撑、质量块、永磁体、感应线圈、电流转换器和储能装置，所述感应线圈设置在六面体外壳上，所述质量块通过弹性支撑悬挂在六面体外壳中，所述永磁体安装在质量块上，所述感应线圈与电流转换器电连接，所述电流转换器与储能装置电连接；
所述质量块上安装有压电悬臂梁，所述压电悬臂梁输出端与电流转换器电连接，所述压电悬臂梁一端固定在质量块上，另一端悬空；
所述弹性支撑为螺旋弹簧。
2.根据权利要求1所述的基于振动效应的能量采集装置，其特征在于，所述储能装置为超级电容。
3.根据权利要求1～2任意一项所述的基于振动效应的能量采集装置，其特征在于，所述六面体外壳为正六面体外壳，所述质量块位于正六面体外壳中心位置。
4.根据权利要求3所述的基于振动效应的能量采集装置，其特征在于，所述质量块为正六面体，所述永磁体分别置于正六面体六个面的中心。
5.根据权利要求4所述的基于振动效应的能量采集装置，其特征在于，所述质量块的六个面分别与六面体外壳的六个面平行。
6.根据权利要求5所述的基于振动效应的能量采集装置，其特征在于，所述感应线圈分别置于六面体外壳六个面的中心。
7.根据权利要求6所述的基于振动效应的能量采集装置，其特征在于，所述弹性支撑共四根，分别置于正六面体外壳四个顶点和质量块四个顶点之间。
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