CN111490703A - 一种电磁复合振动能采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁复合振动能采集器，该采集器包括：基础层、永磁铁组件、压电层和放置于基底振动台上的支撑框架；所述基础层为圆弧形拱圈结构，其两端通过扭转弹簧可拆卸地安装在所述支撑框架的两个相对的内侧壁上。本发明的目的在于提供一种电磁复合振动能采集器，由于基础层是通过扭转弹簧可拆卸地安装在支撑框架上，可以通过替换不同刚度的扭转弹簧即可实现拱圈的不同约束状态，从而达到调整拱圈结构固有频率的目的。再则，该采集器能够同时采集由压电效应和电磁效应产生的电流，极大提高了采集器的能效。
Description
技术领域
本发明涉及振动能量采集技术领域，具体涉及一种电磁复合振动能采集器。
背景技术
现有的压电式振动能采集器只能实现单一能量的采集，采集能效低，因此，亟需提供一种新式振动能采集器，以解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种电磁复合振动能采集器。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种电磁复合振动能采集器，该采集器包括：基础层、永磁铁组件、压电层和放置于基底振动台上的支撑框架；
所述基础层为圆弧形拱圈结构，其两端通过扭转弹簧可拆卸地安装在所述支撑框架的两个相对的内侧壁上；
所述永磁铁组件包括：第一永磁铁、第二永磁铁和第三永磁铁；所述第一永磁铁设置在所述基础层的中心位置处；所述第二永磁铁、第三永磁铁与所述第一永磁铁在同一竖直平面内，且所述第一永磁铁位于所述第二永磁铁和第三永磁铁之间；其中，所述第一永磁铁的上表面磁性与所述第二永磁铁的下表面磁性相同，所述第一永磁铁的下表面磁性与所述第三永磁铁的上表面磁性相同；
所述第二永磁铁通过第二弹性部件安装在所述支撑框架的内顶壁上，且在竖直方向上，所述第二永磁铁被第一闭合线圈包围；和/或，所述第三永磁铁通过第三弹性部件安装在所述支撑框架的内底壁上，且在竖直方向上，所述第三永磁铁被第二闭合线圈包围；
所述压电层沿着所述基础层的长度方向设置在所述基础层上。
在一种可选的实施方式中，所述压电层包括：第一压电层和第二压电层，所述第一压电层和第二压电层分布在所述基础层上下两侧，并与所述基础层构成一三明治结构。
在一种可选的实施方式中，所述压电层设置在所述第一永磁铁的一侧或者两侧。
在一种可选的实施方式中，所述压电层以所述第一永磁铁为中心，呈对称状态设置在所述第一永磁铁的两侧。
在一种可选的实施方式中，所述第二弹性部件为：螺旋弹簧、橡胶弹簧中的一种或者多种；
所述第三弹性部件为：：螺旋弹簧、橡胶弹簧中的一种或者多种。
本发明的有益效果为：本发明的目的在于提供一种电磁复合振动能采集器，由于基础层是通过扭转弹簧可拆卸地安装在支撑框架上，可以通过替换不同刚度的扭转弹簧即可实现拱圈的不同约束状态，从而达到调整拱圈结构固有频率的目的。再则，该采集器能够同时采集由压电效应和电磁效应产生的电流，极大提高了采集器的能效。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种磁电复合振动能采集器的结构图。
附图标记：基底振动台1，基础层2，压电层3，支撑框架4，扭转弹簧5，第一永磁铁6，第二永磁铁7，第三永磁铁8，第三弹性部件9，第二闭合线圈10，第二弹性部件11，第一闭合线圈12。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了一种磁电复合振动能采集器的结构图，该采集器包括：基础层2、永磁铁组件、压电层3和放置于基底振动台1上的支撑框架4。
基础层2为圆弧形拱圈结构，其两端通过扭转弹簧5可拆卸地安装在支撑框架4的两个相对的内侧壁上。由于基础层2是通过扭转弹簧5可拆卸地安装在所述支撑框架4的两个相对的内侧壁上的，当需要调整该拱圈结构的固定频率时，只需要选择刚度不同的扭转弹簧即可实现。通过选择不同刚度的扭转弹簧，能够实现该拱圈结构的不同约束状态，如固支约束、较支约束、不对称约束和弹性约束等，从而达到调整该拱圈结构固有频率的目的。
永磁铁组件包括：第一永磁铁6，第二永磁铁7和第三永磁铁8；第一永磁铁6设置在基础层2的中心位置处；第二永磁铁7、第三永磁铁8与所述第一永磁铁6在同一竖直平面内，且所述第一永磁铁6位于所述第二永磁铁7和第三永磁铁8之间；其中，所述第一永磁铁6的上表面磁性与所述第二永磁铁7的下表面磁性相同，其均为N极。所述第一永磁铁6的下表面磁性与所述第三永磁铁8的上表面磁性相同，其均为S极。在另一种可行的实施方式中，所述第一永磁铁6的上表面磁性与所述第二永磁铁7的下表面磁性均为S极，所述第一永磁铁6的下表面磁性与所述第三永磁铁8的上表面磁性均为N极。
所述第二永磁铁7通过第二弹性部件11安装在所述支撑框架4的内顶壁上，且在竖直方向上，所述第二永磁铁7被第一闭合线圈12包围；优选地，第二弹性部件11为螺旋弹簧，在其他可选的实施方式中，该第二弹性部件11也可以为橡胶弹簧等其他具有弹性性质的部件。
所述第三永磁铁8通过第三弹性部件9安装在所述支撑框架7的内底壁上，且在竖直方向上，所述第三永磁铁8被第二闭合线圈10包围；优选地，第三弹性部件9为螺旋弹簧，在其他可选的实施方式中，该第三弹性部件9也可以为橡胶弹簧等其他具有弹性性质的部件。
所述压电层3沿着所述基础层2的长度方向设置在所述基础层2上。优选的，压电层3包括：第一压电层和第二压电层，所述第一压电层和第二压电层分布在所述基础层2上下两侧，并与所述基础层2构成一三明治结构。在其他可选的实施方式中，压电层3可以分布在所述基础层2的上侧或者下侧，与所述基础层2一起构成叠层结构。
在一种可选的实施方式中，压电层3设置在所述第一永磁铁6的两侧，且压电层3以所述第一永磁铁6为中心，呈对称状态设置在所述第一永磁铁6的两侧。在其他可选的实施方式中，也可以只在基础层2的任意一侧设置压电层，也可以在基础层2的两侧同时设置压电层，而无需保证其第一永磁铁6两侧的压电层完全相同或者对称。作为最佳实施方式，所述压电层3以所述第一永磁铁6为中心，沿所述基础层2呈对称状态分布在所述第一永磁铁6的两侧，且所述压电层3越靠近所述第一永磁铁6，该采集器的压电效率更高。
本发明上述实施例提供的采集器的工作原理是：基础层2在基底振动台1的作用下发生大幅度振动，从而导致压电层3发生机械变形产生电荷变化，形成电流，同时基础层2在往复振动过程中，由于磁极相斥作用引起框架上第二永磁铁7以及第三永磁铁8在第二弹性部件11和第三弹性部件的带动下发生往复运动，由此引起第一闭合线圈12和第二闭合线圈10中的磁通量发生变化，产生感应电流。由此，该采集器同时采集了由压电效应和电磁效益产生的电流，从而极大提高了采集器的能效。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种电磁复合振动能采集器，其特征在于，包括：基础层、永磁铁组件、压电层和放置于基底振动台上的支撑框架；
所述基础层为圆弧形拱圈结构，其两端通过扭转弹簧可拆卸地安装在所述支撑框架的两个相对的内侧壁上；
所述永磁铁组件包括：第一永磁铁、第二永磁铁和第三永磁铁；所述第一永磁铁设置在所述基础层的中心位置处；所述第二永磁铁、第三永磁铁与所述第一永磁铁在同一竖直平面内，且所述第一永磁铁位于所述第二永磁铁和第三永磁铁之间；其中，所述第一永磁铁的上表面磁性与所述第二永磁铁的下表面磁性相同，所述第一永磁铁的下表面磁性与所述第三永磁铁的上表面磁性相同；
所述第二永磁铁通过第二弹性部件安装在所述支撑框架的内顶壁上，且在竖直方向上，所述第二永磁铁被第一闭合线圈包围；和/或，所述第三永磁铁通过第三弹性部件安装在所述支撑框架的内底壁上，且在竖直方向上，所述第三永磁铁被第二闭合线圈包围；
所述压电层沿着所述基础层的长度方向设置在所述基础层上。
2.根据权利要求1所述的一种电磁复合振动能采集器，其特征在于，所述压电层包括：第一压电层和第二压电层，所述第一压电层和第二压电层分布在所述基础层上下两侧，并与所述基础层构成一三明治结构。
3.根据权利要求2所述的一种电磁复合振动能采集器，其特征在于，所述压电层设置在所述第一永磁铁的一侧或者两侧。
4.根据权利要求3所述的一种电磁复合振动能采集器，其特征在于，所述压电层以所述第一永磁铁为中心，呈对称状态设置在所述第一永磁铁的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种电磁复合振动能采集器，其特征在于，所述第二弹性部件为：螺旋弹簧、橡胶弹簧中的一种或者多种；
所述第三弹性部件为：：螺旋弹簧、橡胶弹簧中的一种或者多种。
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