CN108880170A - 一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器 - Google Patents
一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108880170A CN108880170A CN201810644638.7A CN201810644638A CN108880170A CN 108880170 A CN108880170 A CN 108880170A CN 201810644638 A CN201810644638 A CN 201810644638A CN 108880170 A CN108880170 A CN 108880170A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coil
- pick
- piece
- magnet
- vibration
- 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.)
- Granted
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 3
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical group [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/34—Reciprocating, oscillating or vibrating parts of the magnetic circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
- H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，包括自下而上依次设置的拾振片、拾振片补强板、磁铁和组合线圈；其中，拾振片固定在两个拾振片夹板之间，拾振片补强板紧贴拾振片设置，磁铁紧贴拾振片补强板设置，组合线圈固定在两个线圈夹板之间，最上方的拾振片夹板与最下方的线圈夹板之间以磁铁为中心，周向均匀设置有若干铜柱，使得磁铁与组合线圈之间留有间隙。其中，组合线圈方便调节输出电压和内阻。拾振片采用补强方式，能够延长拾振梁有效长度，进一步降低采集器谐振频率。相比于其他振动能量采集器，本发明初次采用组合线圈和补强式拾振片来改善振动能量采集器，使输出电压和能量密度都大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量采集器，具体涉及一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器。
背景技术
随着微机电系统技术的不断发展，微型能量采集器逐渐渗入微电子设备、微传感器以及微机电设备等领域。这些由小型电子装置组成的传感器网络应用场合复杂，已被应用于智能家居、城市智能交通管理、精准农业设施、航空航天、环境监测与预防、医疗卫生、健康护理、建筑物状态监控、装备制造等各个方面。
目前振动能量采集器主要有压电式、静电式及电磁式。静电式存在需要外加电压进行充电，谐振频率高，输出电流较小，输出阻抗高的缺点；压电式能量采集器也存在输出阻抗高，输出电流小的缺点，且可选结构较少。相比于静电式和压电式，电磁式振动能量采集器可以脱离电源，且与IC工艺兼容，有多种可选结构。通常电磁式振动能量采集器线圈层数的增加可通过不同加工形式实现，例如在PCB加工中，可采用多层板加工工艺，MEMS加工也可实现多层板的加工。以上方法虽得到了多层线圈使得线圈匝数得到提高，但其复杂的工艺使得加工成本大幅度提高。
发明内容
为了解决现有电磁式振动能量采集器线圈匝数和层数受工艺及尺寸限制的问题，基于柔性电路板加工工艺，本发明提出了一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器。该采集器拾振方式采用磁铁振动，质量块的加大提高了相对振动振幅和输出电压。同时采用组合式线圈和补强拾振片来加强采集器的输出电压。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，包括自下而上依次设置的拾振片、拾振片补强板、磁铁和组合线圈；其中，
拾振片固定在两个拾振片夹板之间，拾振片补强板紧贴拾振片设置，磁铁紧贴拾振片补强板设置，组合线圈固定在两个线圈夹板之间，最上方的拾振片夹板与最下方的线圈夹板之间以磁铁为中心，周向均匀设置有若干铜柱，使得磁铁与组合线圈之间留有间隙。
本发明进一步的改进在于，两个拾振片夹板、拾振片、两个线圈夹板以及组合线圈通过周向上设置的螺钉以及螺母串连在一起。
本发明进一步的改进在于，螺钉采用304不锈钢M1.6圆头十字螺钉。
本发明进一步的改进在于，组合线圈以柔性双层板为单元，柔性双层板包含顶层线圈和底层线圈，线圈中心通过孔连接，顶层线圈和底层线圈的末端分别连接裸露铜片。
本发明进一步的改进在于，磁铁为钕铁硼N50永磁体。
本发明进一步的改进在于，拾振片补强板为树脂板，磁铁通过胶固定在拾振片补强板上。
本发明进一步的改进在于，拾振片采用聚酰亚胺制成，呈圆形状，且在圆形拾振片周向均匀开设有四个槽。
本发明具有如下有益的技术效果：
结合柔性电路板线圈结构设计加工技术，本发明提出了组合线圈的振动能量采集器，该采集器采用组合式线圈，可以灵活方便增大输出电压的大小，使微量增加采集器体积，便可很大程度提高输出电压。且可以方便得改变能量采集器的内阻大小。同时柔性局部补强的设计方法能够有效延长梁有效长度，进一步降低了采集器谐振频率和输出电压。综上所述，本发明提供的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，质量块的加大提高了相对振动振幅和输出电压。同时该采集器还解决了线圈匝数受限和直梁长度受限的问题。大大提高了功率密度。
附图说明
图1是本发明一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器的结构示意图。
图2为本发明一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器中拾振片的结构示意图。
图3为在±1g加速度下，组合线圈为9个的输出电压实验曲线。
图中：1-螺钉，2-组合线圈，3-线圈夹板，4-铜柱，5-磁铁，6-拾振片补强板，7-拾振片，8-拾振片夹板，9-螺母。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1至图2所示，本发明提供的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，包括螺钉1、组合线圈2、线圈夹板3、铜柱4、磁铁5、拾振片补强板6、拾振片7、拾振片夹板8和螺母9。通过带有焊盘的线圈夹板3把组合线圈2串联起来，通过螺钉1和螺母9固定紧。组合线圈2和磁铁5通过铜柱4隔开一定的距离。磁铁5通过胶固定在拾振片补强板6上，拾振片补强板6通过胶固定在拾振片7上。拾振片7通过拾振片夹板8以及螺钉1和螺母9固定。
所述螺钉1采用304不锈钢M1.6圆头十字螺钉，起到固定作用。
所述组合线圈2以柔性双层板为单元，柔性双层板包含顶层线圈和底层线圈，线圈中心通过孔连接，顶层线圈和底层线圈的末端分别连接裸露铜片。同时，设计有线圈夹板3对组合线圈2进行固定。组合时，每个单元相互叠加，同时需保证每个柔性板裸露铜片和与之相连的单元裸露铜片相互连接，最后通过夹板将多个单元固定则可实现线圈的串联，从而通过多个单元(线圈)的叠加实现线圈匝数的成倍增长。
所述线圈夹板3起固定线圈，和与其他零件组合作用。
所述铜柱4能够将磁铁5与线圈夹板3间隔开。可通过安装不同高度的铜柱对磁铁与线圈间的距离进行调节，从而对采集器进行距离参数优化，使其输出功率最大化。
所述磁铁5为钕铁硼N50永磁体。钕铁硼磁铁剩磁较大且能够提供稳定的磁源，延长振动能量采集器的使用寿命。
所述拾振片补强板6为树脂板，垫高了磁铁和拾振片的粘接位置，能够避免粘接过程中横梁接触磁铁和胶而造成材料硬化，同时能够有效避免横梁和磁铁接触而导致有效长度减小的情况。
所述拾振片7的材料为聚酰亚胺。通过在圆形拾振片周向均匀开设有四个槽，有效得延长了横梁的长度。
所述拾振片夹板8起固定拾振片和与其他零件组合的作用。
图3为激振台振动加速度在±1g下，线圈个数为9个的组合线圈电磁式振动能量采集器输出电压实验曲线。当改变激振台振动频率后，系统输出电压按照正弦不断变化。其输出电压在外界频率为66Hz时达到最大为0.78V(峰值1.56V)。
综上所述，本发明提供的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，通过引入聚酰亚胺柔性梁和T型梁设计降低了采集器谐振频率，提高了采集器能量采集效率。
Claims (7)
1.一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，包括自下而上依次设置的拾振片(7)、拾振片补强板(6)、磁铁(5)和组合线圈(2)；其中，
拾振片(7)固定在两个拾振片夹板(8)之间，拾振片补强板(6)紧贴拾振片(7)设置，磁铁(5)紧贴拾振片补强板(6)设置，组合线圈(2)固定在两个线圈夹板(3)之间，最上方的拾振片夹板(8)与最下方的线圈夹板(3)之间以磁铁(5)为中心，周向均匀设置有若干铜柱(4)，使得磁铁(5)与组合线圈(2)之间留有间隙。
2.根据权利要求1所述的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，两个拾振片夹板(8)、拾振片(7)、两个线圈夹板(3)以及组合线圈(2)通过周向上设置的螺钉(1)以及螺母(9)串连在一起。
3.根据权利要求2所述的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，螺钉(1)采用304不锈钢M1.6圆头十字螺钉。
4.根据权利要求1所述的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，组合线圈(2)以柔性双层板为单元，柔性双层板包含顶层线圈和底层线圈，线圈中心通过孔连接，顶层线圈和底层线圈的末端分别连接裸露铜片。
5.根据权利要求1所述的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，磁铁(5)为钕铁硼N50永磁体。
6.根据权利要求1所述的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，拾振片补强板(6)为树脂板，磁铁(5)通过胶固定在拾振片补强板(6)上。
7.根据权利要求1所述的一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器，其特征在于，拾振片(7)采用聚酰亚胺制成，呈圆形状，且在圆形拾振片周向均匀开设有四个槽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810644638.7A CN108880170B (zh) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810644638.7A CN108880170B (zh) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108880170A true CN108880170A (zh) | 2018-11-23 |
| CN108880170B CN108880170B (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=64340185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810644638.7A Active CN108880170B (zh) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108880170B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102420517A (zh) * | 2011-11-29 | 2012-04-18 | 上海交通大学 | 基于图形化永磁体完全集成的微型电磁式振动能量采集器 |
| JP2012119400A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Japan Science & Technology Agency | ハイブリッド発電素子 |
| CN107943277A (zh) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 意美森公司 | 薄型电磁触觉致动器 |
-
2018
- 2018-06-21 CN CN201810644638.7A patent/CN108880170B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012119400A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Japan Science & Technology Agency | ハイブリッド発電素子 |
| CN102420517A (zh) * | 2011-11-29 | 2012-04-18 | 上海交通大学 | 基于图形化永磁体完全集成的微型电磁式振动能量采集器 |
| CN107943277A (zh) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 意美森公司 | 薄型电磁触觉致动器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108880170B (zh) | 2020-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104836478B (zh) | 一种压电‑电磁复合式低频宽带俘能器 | |
| CN103229383B (zh) | 可无线充电的电池和电力传输器 | |
| CN102684550B (zh) | 一种y型复合式振动发电机 | |
| Li et al. | An upconversion management circuit for low-frequency vibrating energy harvesting | |
| CN103516256B (zh) | 一种基于振动能与太阳能的复合能源收集装置 | |
| CN105099234B (zh) | 磁场能量采集设备 | |
| CN104022685B (zh) | 运用于压电俘能器的调频阵列式压电悬臂梁俘能方法 | |
| CN107710567A (zh) | 一种高效叠片式无铁芯发电机及其制作方法 | |
| CN1258853C (zh) | 电子钟表 | |
| CN104038102A (zh) | 一种基于复合磁耦合效应的从导线磁场中采集能量的装置 | |
| CN108347196B (zh) | 一种基于磁电复合材料的振动能量采集系统 | |
| CN2896674Y (zh) | 汽车振动能量电磁发电装置 | |
| CN111130387A (zh) | 一种非对称复合式宽频带振动能量收集器 | |
| CN113315408A (zh) | 面向限域空间的高度集成复合式振动能量转化模块 | |
| CN102882344A (zh) | 用于小功率电子设备的永磁振动发电装置 | |
| CN108880170B (zh) | 一种基于组合线圈电磁式振动能量采集器 | |
| CN104578910A (zh) | 一种l型梁结构内共振宽频振动能量采集器 | |
| CN105591516A (zh) | 一种基于震动机械能的自发电装置 | |
| CN108701533B (zh) | 无线电力传送系统 | |
| CN105811805A (zh) | 一种基于列车转向架轨道振动能收集的微型发电机 | |
| CN205070746U (zh) | 一种基于震动机械能的自发电装置 | |
| CN214799327U (zh) | 一种抗磁悬浮电磁压电复合式能量采集器 | |
| CN102097894B (zh) | 一种交流发电机的发电方法及其发电机 | |
| CN203339924U (zh) | 振动板梁结构的发电及被动控制系统 | |
| CN204361938U (zh) | 一种l型梁结构内共振宽频振动能量采集器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | 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 |