CN110649779B - 一种振动微能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动微能量的收集装置。包括盖板、四个运动件、四块挡板、四个L形连接件和底座；挡板等间距布置在盖板和底座内，围成的正方形内装有带磁芯的三个十字形绕线件，每个绕线件四端绕制感应线圈；运动件分别置于相邻挡板间隙中，连接件均位于各自挡板外，将连接件和各自运动件用连接杆连接成一个整体，能在四块挡板上滑动。每个运动件内均有二块永磁体与导磁件组成，各自相邻且磁极相反的两端与运动件形成一个完整的闭合磁路。当受到外界振动时，运动件在上中磁芯与中下磁芯间运动，使中央磁芯内的磁通量发生反转，上下磁芯内的磁通量发生变化，绕制在各端上的感应线圈内产生感应电动势。本发明可收集工作台及人体运动中产生的能量。

Description

一种振动微能量收集装置

技术领域

本发明涉及能量收集装置，尤其是涉及一种振动微能量收集装置。

背景技术

随着传感器网络的发展被应用在各种各样复杂的环境中，而传统的化学材料电池存在着储存的能量有限；寿命短，需要经常更换；使用时间过长可能会导致其中的化学原料的泄漏等缺点，人们需要寻找一种相对于传统电池来说能持续发电、使用寿命更长、受环境因素影响较小的新型供电方式，而能量收集技术因为符合这些特性而受到了人们的关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振动微能量收集装置，能够实现外界振动转化成电能，给后续低功耗电路进行供电。

为上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括盖板、四个运动件、四块挡板、四个L形连接件和底座；四块挡板等间距正方形布置在盖板和底座内，相邻挡板间形成间隙，在四块挡板围成的正方形内装有相同尺寸、平行对齐且等距布置的三个十字形的绕线件，每个绕线件内分别装有十字形磁芯，分别为上磁芯、中磁芯和下磁芯，每个绕线件的四端外均绕制感应线圈；四个运动件分别置于相邻挡板间形成的间隙内，通过相邻挡板间隙限定四个运动件的运动轨迹，四个L形连接件均位于各自挡板外，为了保证四个运动件能够运动同步，分别将四个L形连接件和各自运动件用连接杆连接成一个整体，能在四块挡板作上、下滑动；

位于四个运动件上方的盖板下端面设有橡胶磁条，位于四个运动件下方的底座上端面设有橡胶磁条；四个运动件的上、下端面也均设有橡胶磁条，四个运动件上、下端面的橡胶磁条与盖板下端面的橡胶磁条和底座上端面的橡胶磁条相对应。

所述每个运动件均由上、下两块相同的永磁体和外侧的一块导磁件通过运动件塑料框架固定在一起，分别形成一块马蹄形磁铁。

当所述运动件在上磁芯和中磁芯或者中磁芯和下磁芯时，各自相邻且磁极相反的两端与每个运动件都会形成一个完整的闭合磁路，通过外界振动带动运动件沿各自挡板向上或者向下运动。

所述十字形磁芯，根据充磁方向不同，存在两种不同的磁路；当两个相对的运动件中的相对面磁极相反时，形成一种磁芯内磁路；当设置两个相对的运动件的相对面磁极相同时，各自相邻两端磁极相反时，形成另一种磁芯内磁路。

所述上磁芯、中磁芯和下磁芯材料为铁氧体或工业纯铁，感应线圈为铜导线。

所述四个运动件中的永磁体材料为钕铁硼，导磁件材料为工业纯铁或铁氧体。

所述永磁体的截面为长方形。

本发明具有的有益效果是：

本发明结构较为简单，装置包含的部件数量少，各个部件可分开单独加工，装配简单；体积较小，可以集成到无线开关等需要振动微能量收集装置的产品中；在运动件与固定件碰撞位置各放置一个橡胶磁条，可以有效减小碰撞造成的损伤并可以将运动件的动能转换为势能；使用了感应线圈阵列，在三个磁芯的四端皆装有感应线圈，装置中央磁芯内磁通量发生一次完全的反转，能够产生较大感应电动势，同时上下两个磁芯内磁通量也在运动过程中发生变化，也能够产生感应电动势；同时，永磁体与磁芯之间所留间隙小，漏磁较小，能够保证能产生较大的感应电动势。

本发明不仅可以收集工作台等工作环境中产生的振动能量，还可以收集人体运动等生物环境中产生的能量。

附图说明

图1是本发明的结构三维示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是本发明的原理示意图。

图4是相对永磁体磁极相反、运动件位于上中磁芯位置时的环形磁路图。

图5是相对永磁体磁极相反、运动件位于中下磁芯位置时的环形磁路图。

图6是相对永磁体磁极相反，环形磁路中相对位置在上磁芯的磁路俯视图。

图7是相对永磁体磁极相同、运动件位于上中磁芯位置时的环形磁路图。

图8是相对永磁体磁极相同、运动件位于中下磁芯位置时的环形磁路图。

图9是相对永磁体磁极相同，环形磁路中相对位置在上磁芯的磁路俯视图。

图10是本发明的固定件结构三维示意图。

图11是本发明的四个运动件通过连接件连接到一起的结构三维示意图。

图12是图11的B-B剖面图。

图13是绕线件结构三维示意图。

图中：1、盖板，2、运动件，3、挡板，4、L形连接件，5、底座，6、上磁芯，7、中磁芯，8、下磁芯，9、感应线圈，10、绕线件，11、橡胶磁条，12、永磁体，13、导磁件，14、运动件塑料框架，15隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图10、图11、图12、图13所示，本发明包括盖板1、四个运动件2、四块挡板3、四个L形连接件4和底座5；四块挡板3(挡板截面为正方形或L形)等间距正方形布置在盖板1和底座5内，相邻挡板3间形成间隙，在四块挡板3围成的正方形内装有相同尺寸、平行对齐且等距布置的三个十字形的绕线件10(相邻两绕线件10间可加隔板15等距隔开，如图2所示)，每个绕线件10内分别装有十字形磁芯，分别为上磁芯6、中磁芯7和下磁芯8，每个绕线件10的四端外均绕制感应线圈9；四个运动件2分别置于相邻挡板3间形成的间隙内，通过相邻挡板3间隙限定四个运动件2的运动轨迹，四个L形连接件4均位于各自挡板3外，为了保证四个运动件2能够运动同步，分别将四个L形连接件4和各自运动件2用连接杆连接成一个整体，能在四块挡板3作上、下滑动。

所述各个绕线件10的四端外均绕制感应线圈9，组成一个线圈阵列，当运动2件运动时，中央磁芯内的磁通量会发生反转，而上下磁芯中的磁通量则会发生变化，从而使得各个感应线圈9内都会产生感应电动势，在通过外接电路将各个感应线圈产生的感应电动势整流到一起。

如图1、图2、图10所示，装置通过外界的振动来带动运动件2的上下运动，为防止装置运动过于剧烈而撞坏框架，在运动件2的四个类马蹄形磁铁部分与盖板1和底座5接触部分分别设置橡胶磁条11用来缓冲冲击力，同时可以将动能转换为势能。即位于四个运动件2上方的盖板1下端面设有橡胶磁条11，位于四个运动件2下方的底座5上端面设有橡胶磁条11；四个运动件2的上、下端面也均设有橡胶磁条11，四个运动件2上、下端面的橡胶磁条11与盖板1下端面的橡胶磁条11和底座5上端面的橡胶磁条11相对应。

如图1、图2、图11所示，所述每个运动件2均由上、下两块相同的永磁体12和外侧的一块导磁件13通过运动件塑料框架14固定在一起，分别形成一块马蹄形磁铁。

如图2所示，当所述运动件2在上磁芯6和中磁芯7或者中磁芯7和下磁芯8时，各自相邻且磁极相反的两端与每个运动件2都会形成一个完整的闭合磁路，通过外界振动带动运动件2沿各自挡板3向上或者向下运动。

如图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，所述十字形磁芯，根据充磁方向不同，存在两种不同的磁路；当两个相对的运动件中的相对面磁极相反时，形成一种磁芯内磁路；当设置两个相对的运动件的相对面磁极相同时，各自相邻两端磁极相反时，形成另一种磁芯内磁路；两种不同磁路状态下，运动件分别位于上中磁芯或中下磁芯位置时，其内闭合磁路如图所示。

所述上磁芯6、中磁芯7和下磁芯8材料为铁氧体或工业纯铁，感应线圈9为铜导线。

所述四个运动件2中的永磁体12材料为钕铁硼，导磁件13材料为工业纯铁或铁氧体。

所述永磁体12的截面为长方形。

本发明的工作原理：

如图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，同一组永磁体12面对磁芯的磁极相反，即若一个运动件2中的永磁体12面向磁芯的为N极，则同一个运动件2中的永磁体12面向磁芯的为S极，而同一个磁芯上相对的两个永磁体12的磁极可以相同也可以相反，而同一磁芯相邻两端正对磁芯的两个永磁体12的磁极则必定相反，这样两个运动件2的马蹄形磁体可与上磁芯6和中磁芯7或中磁芯7和下磁芯8构成一个完整的环形磁路。

当永磁体和磁芯的截面相对齐时，即处于图4、图5或图7、图8所示位置时，永磁体—磁芯—永磁体—磁芯构成了一个闭合的磁环，气隙小、漏磁率小，提高了磁场的利用率。

如图1、图2、图4、图5、图7、图8所示，当装置受到外界振动激励时，运动件2在上磁芯6和中磁芯7与中磁芯7和下磁芯8之间运动，使中磁芯7内通过的磁感线反向、上磁芯6和下磁芯8中的磁通量发生变化，因而，根据电磁感应原理，各个感应线圈9内会产生感应电动势。这些感应电动势需要经过外接电路整流到一起，再由电容进行能量收集，作为某些低功耗应用电路的供电源。

Claims (7)

1.一种振动微能量收集装置，其特征在于：包括盖板(1)、四个运动件(2)、四块挡板(3)、四个L形连接件(4)和底座(5)；四块挡板(3)等间距正方形布置在盖板(1)和底座(5)内，相邻挡板间形成间隙，在四块挡板(3)围成的正方形内装有相同尺寸、平行对齐且等距布置的三个十字形的绕线件(10)，每个绕线件内分别装有十字形磁芯，分别为上磁芯(6)、中磁芯(7)和下磁芯(8)，每个绕线件的四端外均绕制感应线圈(9)；四个运动件(2)分别置于相邻挡板间形成的间隙内，通过相邻挡板间隙限定四个运动件(2)的运动轨迹，四个L形连接件(4)均位于各自挡板(3)外，为了保证四个运动件(2)能够运动同步，分别将四个L形连接件(4)和各自运动件用连接杆连接成一个整体，能在四块挡板(3)作上、下滑动；

位于四个运动件(2)上方的盖板(1)下端面设有橡胶磁条(11)，位于四个运动件(2)下方的底座(5)上端面设有橡胶磁条(11)；四个运动件(2)的上、下端面也均设有橡胶磁条(11)，四个运动件(2)上、下端面的橡胶磁条(11)与盖板(1)下端面的橡胶磁条(11)和底座(5)上端面的橡胶磁条(11)相对应。

2.根据权利要求1所述的一种振动微能量收集装置，其特征在于：所述每个运动件均由上、下两块相同的永磁体(12)和外侧的一块导磁件(13)通过运动件塑料框架(14)固定在一起，分别形成一块马蹄形磁铁。

3.根据权利要求1所述的一种振动微能量收集装置，其特征在于：当所述运动件在上磁芯(6)和中磁芯(7)或者中磁芯(7)和下磁芯(8)时，各自相邻且磁极相反的两端与每个运动件都会形成一个完整的闭合磁路，通过外界振动带动运动件沿各自挡板(3)向上或者向下运动。

4.根据权利要求1所述的一种振动微能量收集装置，其特征在于：所述十字形磁芯，根据充磁方向不同，存在两种不同的磁路；当两个相对的运动件中的相对面磁极相反时，形成一种磁芯内磁路；当设置两个相对的运动件的相对面磁极相同时，各自相邻两端磁极相反时，形成另一种磁芯内磁路。

5.根据权利要求1所述的一种振动微能量收集装置，其特征在于：所述上磁芯(6)、中磁芯(7)和下磁芯(8)材料为铁氧体或工业纯铁，感应线圈(9)为铜导线。

6.根据权利要求2所述的一种振动微能量收集装置，其特征在于：所述四个运动件(2)中的永磁体(12)材料为钕铁硼，导磁件(13)材料为工业纯铁或铁氧体。

7.根据权利要求2所述的一种振动微能量收集装置，其特征在于：所述永磁体(12)的截面为长方形。

Images