CN109245481A - 一种动能收集传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动能收集传感器，属于能量回收利用技术领域。该动能收集传感器包括底座，底座的顶部均匀地设置有多个电磁线圈，电磁线圈通过导线与外部的电器元件连接，底座的顶部中心旋转连接有蓄能摆锤和加速摆锤，蓄能摆锤的固定端与加速摆锤的固定端处于同一个轴心上；靠近蓄能摆锤的固定端的位置处设置有一个加速轴承，其分别与蓄能摆锤和加速摆锤的固定端啮合传动；加速摆锤上设置有两块永磁体，两块永磁体分别以不同的磁极正对电磁线圈。该动能收集传感器通过设置加速摆锤和加速轴承，使得当蓄能摆锤的转速较低时，通过加速轴承，将能量转到加速摆锤上，提高加速摆锤的转速，使得磁铁切割线圈的速度加快，能量收集效率更高。

Description

一种动能收集传感器

技术领域

本发明属于能量回收利用技术领域，具体涉及一种动能收集传感器。

背景技术

能量收集器可拾取环境能量(如辐射、温差、振动等)并转化为电能为系统供电。与传统的电化学电池比较，能量收集器具有经济、环保且理论上无寿命限制等优点，因此符合能源的未来发展趋势，非常适合于为物联网、可穿戴设备等新兴领域提供电能。太阳能、电磁辐射、温差、振动等都是可拾取的环境能源，与其它环境能源相比，振动是一种分布广泛的能量源，因此，振动能量收集器具有广阔的发展和应用前景。

然而由于环境中的振动源普遍频率低且频带宽，振动幅值、频率和方向的随机性大，当前谐振式振动能量收集器普遍工作频率高，且往往具有较窄的工作频带和单一振动方向，环境适应性差。装置在低频振动环境下电量输出低，因此普遍存在的问题是能量收集效率低、输出功率密度低的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述一个或几个问题，本发明提供了一种动能收集传感器。

本发明的技术方案如下：

一种动能收集传感器，包括底座，所述底座的顶部均匀地设置有多个电磁线圈，所述电磁线圈通过导线与外部的电器元件连接，所述底座的顶部中心旋转连接有蓄能摆锤和加速摆锤，所述蓄能摆锤的固定端与所述加速摆锤的固定端处于同一个轴心上；靠近所述蓄能摆锤的固定端的位置处设置有一个加速轴承，所述加速轴承呈阶梯状，其分别与所述蓄能摆锤和所述加速摆锤的固定端啮合传动；所述加速摆锤上设置有两块永磁体，两块所述永磁体分别以不同的磁极正对所述电磁线圈。

优选的，所述蓄能摆锤和所述加速摆锤呈扇形结构。

优选的，所述蓄能摆锤的自由端设置有加速蓄能块。

进一步优选的，所述加速蓄能块沿所述蓄能摆锤的自由端的外缘设置。

进一步优选的，所述加速蓄能块与所述蓄能摆锤为一体化成型结构。

优选的，所述电磁线圈不少于4个。

优选的，所述加速摆锤的固定端位于所述底座与所述蓄能摆锤的固定端之间。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果或优点：

本发明所提供的动能收集传感器工艺简单，应用范围广，通过设置加速摆锤和加速轴承，当所述动能收集传感器随着物体运动时，带动蓄能摆锤转动，蓄能摆锤带动加速轴承的转动，加速轴承再带动加速摆锤转动，由于加速轴承的作用，能够使得加速摆锤转动的速度大于蓄能摆锤，从而使得加速摆锤上的永磁体更快地切割电磁线圈，提高了感应电动势，使得后续电路的能量收集效率更高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中加速摆锤的结构示意图；

图3为本发明实施例中加速摆锤与蓄能摆锤的连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种动能收集传感器，包括底座1，底座1的顶部对称设置有多个电磁线圈2，电磁线圈2通过导线与外部的电器元件连接，底座1的顶部中心旋转连接有蓄能摆锤3和加速摆锤4，蓄能摆锤3的固定端与加速摆锤4的固定端处于同一个轴心上；靠近蓄能摆锤3的固定端的位置处设置有一个加速轴承5，加速轴承5呈阶梯状，其分别与蓄能摆锤3和加速摆锤4的固定端啮合传动；加速摆锤4上设置有两块永磁体41、42，两块永磁体41、42分别以不同的磁极正对电磁线圈2。

本发明实施例提供的动能收集传感器的工作过程如下：

将该动能收集传感器安装于一个物体上，当该物体运动时，带动蓄能摆锤3转动，蓄能摆锤3带动加速轴承5的转动，加速轴承5再带动加速摆锤4转动，从而使得设置于加速摆锤4上的两块永磁体41、42切割电磁线圈2，使得电磁线圈2上产生感应电动势，输出电压。

由于本发明实施例设置了加速摆锤和加速轴承，使得当物体运动较为缓慢，蓄能摆锤的转速较低时，通过加速轴承，将能量转到加速摆锤上，同时提高加速摆锤的转速，使得磁铁切割线圈的速度加快，提高了感应电动势，使得后续电路的能量收集效率更高。

在具体的实施过程中，为了能够更加高效地将动能转化为电能，作为优选的，本发明实施例中的蓄能摆锤3和加速摆锤4均采用扇形结构，采用扇形结构，在转动过程中的摩擦损失小，能够提高能量的转化效率。

在具体的实施过程中，为了增加蓄能摆锤3在转动时所携带的动能，作为优选的，本发明实施例在蓄能摆锤3的自由端设置有加速蓄能块31，通过设置加速蓄能块，当蓄能摆锤3转动时，能够携带更大的动能，从而提高蓄能效果。

进一步的，为了获得尽可能高的蓄能增益效果，作为优选的，本发明实施例将加速蓄能块31沿蓄能摆锤3的自由端的外缘设置，由于最外环部分的旋转速度最快，因此，在蓄能摆锤的最外环增加重量，可以得到最大的储能增益效果。

进一步的，当该动能收集传感器随着物体运动时，蓄能摆锤3可能会受到不同大小、不同方向的作用力，而加速蓄能块31设置于蓄能摆锤3的自由端的外缘，会相对地受到更大的作用力，如果加速蓄能块31与蓄能摆锤3连接不够稳固的话，有可能会从蓄能摆锤3上脱落，影响该动能收集传感器的使用。因此，为了避免上述情况的发生，作为优选的，本发明实施例中的加速蓄能块31与蓄能摆锤3采用一体化成型结构，采用一体化成型结构能够有效避免上述问题的出现，能够大大延长该动能收集传感器的使用寿命。

在具体的实施过程中，为了尽可能地将动能转换为电能，作为优选的，本发明实施例中的圆形电磁线圈4不少于4个，均匀的设置于底座1的顶部。

在具体的实施过程中，为了提高转换效率，作为优选的，本发明实施例中将加速摆锤4的固定端设置于底座1与蓄能摆锤3的固定端之间。即加速摆锤4的转动平面在底座与蓄能摆锤3的转动平面之间，使得加速摆锤4更靠近电磁线圈2，提高转换效率。

此外，本发明实施例所提供的动能收集传感器整体呈圆形，能够节约空间，适合MEMS传感器、电子手表等物体的能量收集。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动能收集传感器，其特征在于，包括底座，所述底座的顶部均匀地设置有多个电磁线圈，所述电磁线圈通过导线与外部的电器元件连接，所述底座的顶部中心旋转连接有蓄能摆锤和加速摆锤，所述蓄能摆锤的固定端与所述加速摆锤的固定端处于同一个轴心上；靠近所述蓄能摆锤的固定端的位置处设置有一个加速轴承，所述加速轴承呈阶梯状，其分别与所述蓄能摆锤和所述加速摆锤的固定端啮合传动；所述加速摆锤上设置有两块永磁体，两块所述永磁体分别以不同的磁极正对所述电磁线圈。

2.根据权利要求1所述的动能收集传感器，其特征在于，所述蓄能摆锤和所述加速摆锤呈扇形结构。

3.根据权利要求1所述的动能收集传感器，其特征在于，所述蓄能摆锤的自由端设置有加速蓄能块。

4.根据权利要求3所述的动能收集传感器，其特征在于，所述加速蓄能块沿所述蓄能摆锤的自由端的外缘设置。

5.根据权利要求4所述的动能收集传感器，其特征在于，所述加速蓄能块与所述蓄能摆锤为一体化成型结构。

6.根据权利要求1所述的动能收集传感器，其特征在于，所述电磁线圈不少于4个。

7.根据权利要求1所述的动能收集传感器，其特征在于，所述加速摆锤的固定端位于所述底座与所述蓄能摆锤的固定端之间。