CN112737403A - 冲击振动能量采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量采集设备技术领域，提供一种冲击振动能量采集装置。该冲击振动能量采集装置包括线圈骨架、线圈、磁钢、弹簧和压电膜，磁钢设置于线圈骨架的内部，线圈缠绕设置于线圈骨架的外侧，磁钢的第一端与线圈骨架的第一端连接，磁钢的第二端伸出至线圈骨架的外部，线圈骨架的内侧壁与磁钢的外侧壁之间通过弹簧连接，在线圈骨架的外部对称设有两个压电膜，两个压电膜的第一端分别与线圈骨架的第一端连接，各压电膜分别与线圈电连接。本发明提供的冲击振动能量采集装置，能够满足冲击振动环境使用，将环境冲击振动能量转换为电能输出，结构简单，使用方便，电能输出稳定、可靠，能量转换效率高。

Description

冲击振动能量采集装置

技术领域

本发明涉及能量采集设备技术领域，尤其涉及一种冲击振动能量采集装置。

背景技术

目前，用于能量采集的能量源本质上主要有三种：电磁辐射能、热能和振动机械能。其中振动机械能是一种最容易从周围环境中获得的能量源，可作为环境能量采集技术的主要能量源。振动能量采集器作为一种可维持微电源，由于可以把系统周围广泛存在的机械振动能转换成电能，进而能全天候地为各种低功耗传感器供电。

工业环境振动源主要来源于电机，包括采煤机、掘进机、装载机、刮板输送机、乳化液泵、风机、凿岩机、煤电钻等。电机工作时，由于负载变化或人工操作会产生冲击振动和持续振动。然而现有技术还没有能够将环境冲击振动能量转换为电能输出的振动能量采集设备。

发明内容

本发明提供一种冲击振动能量采集装置，能够将环境冲击振动能量转换为电能输出，用于为低功耗传感器供电。

本发明提供一种冲击振动能量采集装置，包括线圈骨架、线圈、磁钢、弹簧和压电膜，所述磁钢设置于所述线圈骨架的内部，所述线圈缠绕设置于所述线圈骨架的外侧，所述磁钢的第一端与所述线圈骨架的第一端连接，所述磁钢的第二端伸出至所述线圈骨架的外部，所述线圈骨架的内侧壁与所述磁钢的外侧壁之间通过所述弹簧连接；在所述线圈骨架的外部对称设有两个所述压电膜，两个所述压电膜位于所述线圈骨架的相对两侧，两个所述压电膜的第一端分别与所述线圈骨架的第一端连接，且各所述压电膜分别与所述线圈电连接。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，在所述线圈骨架的外侧还设有套筒，所述套筒的第一端与所述线圈骨架的第一端连接，各所述压电膜分别设置于所述套筒的外侧。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，所述线圈骨架为中空的筒状结构，在所述线圈骨架的第一端安装有磁性座，所述线圈骨架的第二端设有开口；所述磁钢的第一端、所述套筒的第一端以及各所述压电膜的第一端分别通过所述磁性座与所述线圈骨架相连，所述磁钢的第二端穿过所述开口伸出至所述线圈骨架的外部。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，在所述线圈骨架的外侧壁上靠近所述磁性座的位置处设有线圈安装槽，所述线圈缠绕设置于所述线圈安装槽中。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，所述弹簧设置于所述线圈骨架中远离所述磁性座的位置处。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，在所述磁性座上还设有接线柱。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，所述磁钢设置于所述线圈骨架的中心位置处；所述磁钢的第一端、所述线圈骨架的第一端、所述套筒的第一端以及各所述压电膜的第一端平齐设置，所述线圈骨架的第二端与所述套筒的第二端平齐设置，所述磁钢的第二端与各所述压电膜的第二端平齐设置。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，在两个所述压电膜的第二端相面对的侧壁上分别设有质量块。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，还包括拨动件，所述拨动件的中部与固定轴转动连接，所述拨动件的第一端和第二端分别位于所述固定轴的两侧，所述拨动件的第一端能够接收冲击力，以通过所述拨动件的第二端与所述磁钢的第二端进行冲击接触，用以拨动所述磁钢振动。

根据本发明提供一种的冲击振动能量采集装置，各所述压电膜分别通过铜丝与所述线圈电连接。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明提供的冲击振动能量采集装置，将磁钢设置于线圈骨架的内部，将线圈缠绕设置于线圈骨架的外侧，使磁钢的第一端与线圈骨架的第一端连接，使磁钢的第二端伸出至线圈骨架的外部，将线圈骨架的内侧壁与磁钢的外侧壁之间通过弹簧连接，在线圈骨架的外部对称设置两个压电膜，使两个压电膜位于线圈骨架的相对两侧，使两个压电膜的第一端分别与线圈骨架的第一端连接，并将各压电膜分别与线圈电连接；当向磁钢的第二端施加一定的冲击振动力时，将拨动磁钢动作，磁钢动作时会带动弹簧拉伸或压缩，进而带动线圈骨架动作，从而在线圈中产生感应电流，同时，由于各压电膜的与第一端分别与线圈骨架的第一端连接，使得各压电膜随磁钢同步动作，从而输出压电电流，由于压电膜与线圈的串联关系，从而使得该冲击振动能量采集装置能够输出电能。由此，本发明提供的冲击振动能量采集装置，能够满足冲击振动环境使用，将环境冲击振动能量转换为电能输出，结构简单，使用方便，电能输出稳定、可靠，能量转换效率高。

将本发明提供的冲击振动能量采集装置与低功耗传感器电连接时，能够为低功耗传感器进行稳定供电，特别是能够满足无线传感器长时间无需更换电池工作的需求，解决无线传感器携带电池能量有限而要求工作周期长的问题，有力提升无线传感器现场长期工作的工作效率，大幅降低无线传感器的运维成本，而且由于无需采用化学电池，解决了电池的环境污染问题，具有重要的环保意义。

本发明提供的冲击振动能量采集装置，不仅能够用于矿山、隧道等环境，还能广泛用于林业、消防、安全、智能家居等多种行业领域，具有广泛的市场前景。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的冲击振动能量采集装置的结构示意图。

附图标记：

1：线圈骨架；2：线圈；3：磁钢；

4：弹簧；5：压电膜；6：套筒；

7：磁性座；8：质量块；9：拨动件；

10：固定轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1描述本发明的冲击振动能量采集装置的具体实施例，图1中的箭头方向为磁钢3的受冲击方向。

本发明实施例提供一种冲击振动能量采集装置，包括线圈骨架1、线圈2、磁钢3、弹簧4和压电膜5，其中磁钢3设置于线圈骨架1的内部，线圈2缠绕设置于线圈骨架1的外侧，磁钢3的第一端与线圈骨架1的第一端连接，磁钢3的第二端伸出至线圈骨架1的外部，线圈骨架1的内侧壁与磁钢3的外侧壁之间通过弹簧4连接。

在线圈骨架1的外部对称设有两个压电膜5，两个压电膜5位于线圈骨架1的相对两侧，两个压电膜5的第一端分别与线圈骨架1的第一端连接，并且各压电膜5分别与线圈2电连接。

在使用时，向磁钢3的第二端施加一定的冲击振动力时，将拨动磁钢3动作，磁钢3的动作将会带动弹簧4拉伸或压缩，进而通过弹簧4带动线圈骨架1动作，使得磁钢3能够与线圈2相对运动，从而在线圈2中产生感应电流；同时，由于各压电膜5的与第一端分别与线圈骨架1的第一端连接，使得各压电膜5能够随磁钢3进行同步动作，从而输出压电电流；又由于各压电膜5与线圈2的串联方式，从而使得该冲击振动能量采集装置能够输出电能。

由此，本发明实施例的冲击振动能量采集装置，能够满足冲击振动环境使用，将环境冲击振动能量转换为电能输出，结构简单，使用方便，电能输出稳定、可靠，能量转换效率高。

在进行矿山环境监测时，需要通过传感器进行监测工作。工业现场虽然有无线传感器，但应用多为短时间周期监测，无法满足现场长时间监测的需求。电池供电的无线传感器长时间监测使用时，需要周期性更换电池，一旦传感器安装在不便于更换和挪动的位置时，传感器将无法保证长时间正常工作，而且无线传感器的电池更换不仅增大了运维成本，同时耗费的电池也带来一定的环境污染。

因此，可以将本发明实施例的冲击振动能量采集装置与低功耗传感器电连接，从而为低功耗传感器进行供电，特别是能够满足无线传感器长时间无需更换电池工作的需求，解决无线传感器携带电池能量有限而要求工作周期长的问题，有力提升无线传感器现场长期工作的工作效率，大幅降低无线传感器的运维成本，而且由于无需采用化学电池，解决了电池的环境污染问题，具有重要的环保意义。

当然，还可以将本发明实施例的冲击振动能量采集装置与其他类型的低功耗电子元件电连接，从而为其他类型的低功耗电子元件进行供电。

具体来说，各压电膜5分别通过铜丝与线圈2电连接，从而实现各压电膜5与线圈2之间的串联。

在本发明的一些实施例中，在线圈骨架1的外侧还设有套筒6，也即，套筒6套设在线圈骨架1的外侧，套筒6的内侧壁与线圈骨架1的外壁之间间隔设置。该套筒6为两端开口设置，该套筒6采用钢材制成。将该套筒6的第一端与线圈骨架1的第一端连接，将各压电膜5分别设置于套筒6的外侧。通过设置套筒6，不仅能够对缠绕设置于线圈骨架1外侧的线圈2起到保护作用，而且便于实现压电膜5的安装布置。

其中，各压电膜5的内侧壁与套筒6的外侧壁相接触，但各压电膜5的内侧壁与套筒6的外侧壁之间不连接，也即，各压电膜5与套筒6之间能够相对动作。

在本发明的一些实施例中，线圈骨架1为中空的筒状结构，在线圈骨架1的第一端安装有磁性座7，在线圈骨架1的第二端设有开口，也即，线圈骨架1的第一端通过磁性座7进行封堵，磁钢3的第二端穿过开口伸出至线圈骨架1的外部，以使磁钢3的第二端能够在冲击振动力的作用下进行振动。

其中，磁钢3的第一端、套筒6的第一端以及各压电膜5的第一端分别通过磁性座7与线圈骨架1相连，也即，磁钢3的第一端、套筒6的第一端以及各压电膜5的第一端分别固定在磁性座7上。

在本发明的一些实施例中，在线圈骨架1的外侧壁上靠近磁性座7的位置处设有线圈安装槽，线圈2缠绕设置于线圈安装槽中，从而实现线圈2在线圈骨架1外侧的稳定、可靠安装。

在本发明的一些实施例中，弹簧4设置于线圈骨架1中远离磁性座7的位置处，也即，弹簧4设置于线圈骨架1中靠近开口端的位置处，从而在向磁钢3的第二端施加冲击振动力并将磁钢3拨动至一定位置时，能够在弹簧4的作用下带动磁钢3进行反向运动。

在本发明的一些实施例中，在磁性座7上还设有接线柱，该接线柱用于进行供电线路连接，从而能够将该冲击振动能量采集装置连接至有供电需求的低功耗传感器上。

在本发明的一些实施例中，将磁钢3设置于线圈骨架1的中心位置处，从而确保磁钢3在线圈骨架1中安装时的结构稳定性和可靠性。

其中，磁钢3的第一端、线圈骨架1的第一端、套筒6的第一端以及各压电膜5的第一端平齐设置，线圈骨架1的第二端与套筒6的第二端平齐设置，磁钢3的第二端与各压电膜5的第二端平齐设置。也即，线圈骨架1和套筒6的长度相同，磁钢3和各压电膜5的长度相同，以使磁钢3的第二端以及各压电膜5的第二端具有更大的动作空间。

在本发明的一些实施例中，在两个压电膜5的第二端相面对的侧壁上分别设有质量块8，从而确保各压电膜5能够在磁钢3的带动下相对于线圈2进行相对运动，进而在各压电膜5中产生压电电流。

在本发明的一些实施例中，该冲击振动能量采集装置还包括拨动件9，该拨动件9的中部与固定轴10转动连接，拨动件9的第一端和第二端分别位于固定轴10的两侧。也即，通过固定轴10能够定位拨动件9安装位置，拨动件9能够绕固定轴10转动，并且拨动件9的第一端和第二端的运动方向相反。

其中，拨动件9的第一端能够接收电机工作产生的冲击振动力，从而在拨动件9的转动作用下，通过拨动件9的第二端与磁钢3的第二端进行冲击接触，用以拨动磁钢3振动，磁钢3的振动会带动弹簧4拉伸或压缩，当拨动件9将磁钢3拨动至一定位置时，拨动件9的第二端将与磁钢3脱离，从而自动释放磁钢3，然后磁钢3会在弹簧4的作用下反向运动，从而使得磁钢3与线圈骨架1之间产生相对运动，以在线圈2中产生感应电流。也即，通过设置拨动件9，能够实现对冲击振动力的从传导，避免较强的冲击力直接作用在磁钢3上造成损坏，保证了冲击振动能量采集装置的工作稳定性和可靠性。

其中，拨动件9可以为拨动片或拨动杆。应当理解的是，拨动件9的形式并不局限于如上所述的类型，只要能够实现对冲击力的传导即可。

综上所述，本发明实施例的冲击振动能量采集装置，能够满足冲击振动环境使用，将环境冲击振动能量转换为电能输出，结构简单，使用方便，电能输出稳定、可靠，能量转换效率高。该冲击振动能量采集装置，不仅能够用于矿山、隧道等环境，还能广泛用于林业、消防、安全、智能家居等多种行业领域，具有广泛的市场前景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种冲击振动能量采集装置，其特征在于：包括线圈骨架、线圈、磁钢、弹簧和压电膜，所述磁钢设置于所述线圈骨架的内部，所述线圈缠绕设置于所述线圈骨架的外侧，所述磁钢的第一端与所述线圈骨架的第一端连接，所述磁钢的第二端伸出至所述线圈骨架的外部，所述线圈骨架的内侧壁与所述磁钢的外侧壁之间通过所述弹簧连接；在所述线圈骨架的外部对称设有两个所述压电膜，两个所述压电膜位于所述线圈骨架的相对两侧，两个所述压电膜的第一端分别与所述线圈骨架的第一端连接，且各所述压电膜分别与所述线圈电连接。

2.根据权利要求1所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：在所述线圈骨架的外侧还设有套筒，所述套筒的第一端与所述线圈骨架的第一端连接，各所述压电膜分别设置于所述套筒的外侧。

3.根据权利要求2所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：所述线圈骨架为中空的筒状结构，在所述线圈骨架的第一端安装有磁性座，所述线圈骨架的第二端设有开口；所述磁钢的第一端、所述套筒的第一端以及各所述压电膜的第一端分别通过所述磁性座与所述线圈骨架相连，所述磁钢的第二端穿过所述开口伸出至所述线圈骨架的外部。

4.根据权利要求3所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：在所述线圈骨架的外侧壁上靠近所述磁性座的位置处设有线圈安装槽，所述线圈缠绕设置于所述线圈安装槽中。

5.根据权利要求3所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：所述弹簧设置于所述线圈骨架中远离所述磁性座的位置处。

6.根据权利要求3所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：在所述磁性座上还设有接线柱。

7.根据权利要求2所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：所述磁钢设置于所述线圈骨架的中心位置处；所述磁钢的第一端、所述线圈骨架的第一端、所述套筒的第一端以及各所述压电膜的第一端平齐设置，所述线圈骨架的第二端与所述套筒的第二端平齐设置，所述磁钢的第二端与各所述压电膜的第二端平齐设置。

8.根据权利要求7所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：在两个所述压电膜的第二端相面对的侧壁上分别设有质量块。

9.根据权利要求1至8任一项所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：还包括拨动件，所述拨动件的中部与固定轴转动连接，所述拨动件的第一端和第二端分别位于所述固定轴的两侧，所述拨动件的第一端能够接收冲击力，以通过所述拨动件的第二端与所述磁钢的第二端进行冲击接触，用以拨动所述磁钢振动。

10.根据权利要求1至8任一项所述的冲击振动能量采集装置，其特征在于：各所述压电膜分别通过铜丝与所述线圈电连接。

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