CN110266175B - 一种模块化设计的微能源采集装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种能量收集装置，包括：外壳，其内具有筒形结构，所述外壳底部设有一安装位，第一磁铁仓，其与所述外壳底部的安装位可抽拉式连接，所述第一磁铁仓设有第一凹槽，第一磁铁，其设置在所述第一凹槽内，第三磁铁，其与所述第一磁铁同极相对设置并悬浮设置在所述筒形结构内部，以及，至少一个线圈仓，其可拆卸设置在所述外壳上，所述线圈仓内容纳有发电线圈。本申请采用模块化设计，通过第一磁铁、第二磁铁与第三磁铁的匹配关系，确定第三磁铁最佳的平衡位置、切割磁力线位置、振幅及谐振频率，以实现在不同振动环境下电能的输出最大化，通过模块化设计提高其在不同振动环境下的高适应性和谐振频率最佳化。

Description

一种模块化设计的微能源采集装置

技术领域

本申请属于能量采集技术领域，具体涉及一种模块化设计的微能源采集装置。

背景技术

近年来，随着集成电路向着微型化和小型化发展，电子设备的功耗越来越低。通常，这些设备都是由电池供电，传统的电池存在不能连续供电的缺点，电池电量用完就需要更换或者充电，尤其在一些特殊领域，如电子设备放在环境恶劣的地方，如野外或者井下，还有一些人员不方便到达的地方，更换电池就成了一个极大的问题。

振动能量无处不在，如海浪波动，机器机械振动，人行走产生振动等，但这些能量往往被忽略。如果能把振动产生的能量收集起来，替代电池给一些低功耗设备供电，既减少了电池对环境造成的污染，又突破了电池电量及使用寿命对电子设备的限制。

根据能量转换机理的不同，振动能量收集装置可以分成压电式、磁电式和静电式三类。当振动频率较低，加速度较小时，磁电式振动发电效率较高。目前，振动能量收集装置存在工作频率范围窄、环境自适应性差、可调节性受限的缺点，一旦装配成型，难以匹配复杂的外界振动环境。

申请内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种能量收集装置，其采用模块化设计，通过第一磁铁、第二磁铁与第三磁铁的匹配关系，确定第三磁铁最佳的平衡位置、切割磁力线位置、振幅及谐振频率，以实现在不同振动环境下电能的输出最大化，通过模块化设计提高其在不同振动环境下的高适应性和谐振频率最佳化。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

一种能量收集装置，包括：外壳，其内具有筒形结构，所述外壳底部设有一安装位，第一磁铁仓，其与所述外壳底部的安装位可抽拉式连接，所述第一磁铁仓设有第一凹槽，第一磁铁，其设置在所述第一凹槽内，第三磁铁，其与所述第一磁铁同极相对设置并悬浮设置在所述筒形结构内部，以及，至少一个线圈仓，其可拆卸设置在所述外壳上，所述线圈仓内容纳有发电线圈。

作为进一步地改进，本申请还包括第二磁铁仓，其与所述筒形结构可抽拉式连接，所述第二磁铁仓上还设于用于放置第二磁铁的第二凹槽，其中，所述第二磁铁与所述第三磁铁同极相对设置。

作为进一步地改进，所述第二磁铁仓上设有第一滑动块，其与设置在所述筒形结构内部的第一安装槽匹配设置。

作为进一步地改进，本申请还包括一盖板，其与所述筒形结构可拆卸连接，其中，所述盖板设置在所述第二磁铁仓的上方，所述盖板部分覆盖第二凹槽。

作为进一步地改进，所述盖板上设有第二滑动块，其与设置在所述筒形结构内部的第二安装槽匹配设置。

作为进一步地改进，所述筒形结构内部还固定安装有第一限位结构。

作为进一步地改进，所述线圈仓上还固定安装有第二限位结构，所述第二限位结构为环形结构，其中，所述环形结构的直径小于等于所述第三磁铁的直径。

作为进一步地改进，所述第二限位机构与盖板之间的垂直距离小于所述第三磁铁的直径。

作为进一步地改进，所述外壳由非磁性材料制成。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请发电效率高，能量转换效率高，采用磁铁振动方式，发电线圈与外壳保持相对静止，发电线圈不易被振动影响而断裂，第一磁铁、第二磁铁以及发电线圈模块化设计可随时拆卸更换，方便在不同振动频率和振动幅度下实现最大化输出电流；

本申请结构紧凑合理，由于第三磁铁受到第一磁铁和(或)第二磁铁的斥力而悬浮空中，因此受到的阻力非常小，反应灵敏，能够将外界振动幅度和频率更好的传递给第三磁铁。

本申请中第三磁铁可在外界振动刺激下上下振动，切割磁感线产生感应电流和感应电动势，第一限位结构和第二限位结构可限制第三磁铁的位置，使其上下振动时不侧翻。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请能量收集装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1所示，本实施例能量收集装置，包括：外壳10、第一磁铁仓20、第一磁铁21、第三磁铁30以及至少一个线圈仓40，其中，所述外壳10内具有筒形结构，所述外壳10底部还设有一安装位11；所述第一磁铁仓20可抽拉式安装在所述外壳10底部的安装位11上，所述第一磁铁仓20设有第一凹槽22，所述第一磁铁21设置在所述第一凹槽22内；所述第三磁铁30与所述第一磁铁21同极相对设置并悬浮设置在所述筒形结构内部，其相互之间为排斥作用力，使第三磁铁30悬浮在筒形结构之中，上下不与外壳10接触；所述线圈仓40可拆卸设置在所述外壳10上，所述线圈仓40内容纳有发电线圈41。

在本实施例中，外壳10底部的安装位11为沿所述外壳10的其中一侧边的开口结构，所述第一磁铁仓20与所述开口结构为可抽拉式结构，如抽屉式结构。上述结构设计可以方便地对第一磁铁仓20以及第一磁铁21进行更换，以满足不同应用场景的需求。

在本实施例中，所述线圈仓40和发电线圈41优选设置为四个，其中，线圈仓40和发电线圈41竖直排列在外壳10上方的四面，第三磁铁30可在外界振动刺激下上下振动，发电线圈41切割第三磁铁30的磁感线产生感应电流和感应电动势。

进一步地，所述线圈仓40上还设有导线引导槽，以便于发电线圈40将感应电流传递出来。

本实施例还包括第二磁铁仓50，其与所述筒形结构可抽拉式连接，所述第二磁铁仓50上还设于用于放置第二磁铁51的第二凹槽52，其中，所述第二磁铁51与所述第三磁铁30同极相对设置，相互之间为排斥作用力，使第三磁铁30更加稳定的在筒形结构内上下振动，通过调整第一磁铁21和第二磁铁51参数，可将第三磁铁30位置正好悬浮于发电线圈41的中心位置，以获得最大的切割磁力线密度。

所述第二磁铁仓50上设有第一滑动块501，其与设置在所述筒形结构内部的第一安装槽12匹配设置。在本实施例中，所述第一滑动块501可为条形结构，一体成型设置在所述第二磁铁仓50的侧边，所述第一安装槽12为凹槽型结构，其为所述第一滑动块501提供用于滑动连接的轨道，以便于抽拉。进一步地，所述第二磁铁仓50优选为板型结构，利于抽拉以便根据不同应用场景进行更换。

在本实施例中，所述第一磁铁仓20和第二磁铁仓50可以随时更换以适应不同振动频率和振动幅度的场合。

进一步地，本实施例还包括一盖板60，其与所述筒形结构可抽拉式连接，其中，所述盖板60设置在所述第二磁铁仓50的上方。在本实施例中，所述盖板60用于限制第二磁铁51的活动，防止由于振动而导致第二磁铁51脱离第二凹槽52，该盖板60可以保证第二磁铁51对第三磁铁30稳定的斥力作用。

在本实施例中，所述盖板60亦与筒形结构可抽拉式连接，具体为，所述盖板60上设有第二滑动块601，其与设置在所述筒形结构内部的第二安装槽13匹配设置。所述第二滑动块601可为条形结构，一体成型设置在所述盖板60的侧边，所述第二安装槽13为凹槽型结构，其为所述第二滑动块601提供用于滑动连接的轨道，以便于抽拉。进一步地，所述盖板60优选为板型结构，利于抽拉，是否需要更换可以根据实际应用场景进行选择。

本申请的一实施例中，所述筒形结构内部还固定安装有第一限位结构70。其中，所述第三磁铁30由于斥力作用是悬浮设置在所述筒形结构中的，所述第一限位结构70用于限制第三磁铁30上下振动时的移动下限。当然，本实施例中，当不设置第二磁铁仓50以及盖板60时，所述第一限位结构70才起到限位作用；否则，所述盖板60对第三磁铁30的移动下限予以限位。

作为进一步地改进，所述线圈仓40上还固定安装有第二限位结构80。其中，所述第二限位结构80用于限制所述第三磁铁30的振动上限。在本实施例中，所述第一限位机构70与第二限位机构80配合使用以限制第三磁铁30的最大可振动范围。

所述第二限位结构80优选为环形结构，其中，所述环形结构的直径小于等于所述第三磁铁30的直径。所述环形结构相比于圆型结构等，具有一定的缓冲减振作用，当所述第三磁铁30振动接触到所述环形结构时，该环形结构可以起到一定的缓冲减振作用，以降低对由于振动对第三磁铁30造成的损坏等。

所述第二限位机构80与盖板60之间的垂直距离小于所述第三磁铁30的直径。上述设置方式可以较好地保护第三磁铁30在上下振动时不侧翻。

在本实施例中，所述外壳10由非磁性材料制成，以避免磁性材料对磁铁磁场的干扰。

在本实施例中，所述第一磁铁仓20、第二磁铁仓50均采用模块化设计，便于更换，以根据不同的振动环境选择相应参数的第一磁铁21和/或第二磁铁51，从而使第三磁铁30的位置正好悬浮于发电线圈41的中心位置，以最终获得最大的切割磁力线密度。

本申请发电效率高，能量转换效率高，采用磁铁振动方式，发电线圈与外壳保持相对静止，发电线圈不易被振动影响而断裂，第一磁铁仓、第二磁铁仓的模块化设计可随时自由更换，方便在不同振动频率和振动幅度下实现最大化输出电流。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种能量收集装置，其特征在于，包括：

外壳，其内具有筒形结构，所述外壳底部设有一安装位，

第一磁铁仓，其与所述外壳底部的安装位可抽拉式连接，所述第一磁铁仓设有第一凹槽，

第一磁铁，其设置在所述第一凹槽内，

第三磁铁，其与所述第一磁铁同极相对设置并悬浮设置在所述筒形结构内部，

以及，

至少一个线圈仓，其可拆卸设置在所述外壳上，所述线圈仓内容纳有发电线圈；其中，所述线圈仓和所述发电线圈竖直排列在所述外壳上方的四面。

2.根据权利要求1所述的能量收集装置，其特征在于，还包括第二磁铁仓，其与所述筒形结构可抽拉式连接，所述第二磁铁仓上还设于用于放置第二磁铁的第二凹槽，其中，所述第二磁铁与所述第三磁铁同极相对设置。

3.根据权利要求2所述的能量收集装置，其特征在于，所述第二磁铁仓上设有第一滑动块，其与设置在所述筒形结构内部的第一安装槽匹配设置。

4.根据权利要求2或3所述的能量收集装置，其特征在于，还包括一盖板，其与所述筒形结构可抽拉式连接，其中，所述盖板设置在所述第二磁铁仓的上方。

5.根据权利要求4所述的能量收集装置，其特征在于，所述盖板上设有第二滑动块，其与设置在所述筒形结构内部的第二安装槽匹配设置。

6.根据权利要求1所述的能量收集装置，其特征在于，所述筒形结构内部还固定安装有第一限位结构。

7.根据权利要求1所述的能量收集装置，其特征在于，所述线圈仓上还固定安装有第二限位结构，所述第二限位结构为环形结构，其中，所述环形结构的直径小于等于所述第三磁铁的直径。

8.根据权利要求7所述的能量收集装置，其特征在于，所述第二限位机构与盖板之间的垂直距离小于所述第三磁铁的直径。

9.根据权利要求1所述的能量收集装置，其特征在于，所述外壳由非磁性材料制成。

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