CN113824291A - 一种能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能量采集器，包括：盖板，盖板设置有相对布置的两个；限位板位于两个盖板之间且在其板面均布有多个限位通孔，限位通孔内填充有常温液态金属；磁板嵌装在盖板上；线组由一至多根导线组成，各自位于两个盖板上的导线通过常温液态金属导通，分别位于两个盖板上的导线能够各自任意引出一至多个连接端与负载的一至多个输入端各自接通，且多根导线与外部负载连接的一端能够相互接通形成闭合的线圈。本发明通过将具有良好的流动性的常温液态金属应用到能量采集器中，该设置能够保证该能量采集器能够接收非常微小的振动，并有效的将其转化为电动势；通过设置盖板以及限位板，该设置能够有效的将常温液态金属封存在限位通孔内部。
Description
技术领域
本发明涉及能量收集领域，更具体地说是涉及一种能量采集器。
背景技术
随着微机电系统技术的不断发展，各类微电子设备、微传感器和可携带电子器件等微型机电设备的技术水平和应用范围不断扩大，在各类军事和民用领域有着广泛的应用前景。
振动作为最为常见且广泛存在的一种能量存在形式，利用法拉第电磁感应定律，通过能量收集技术收集振动能，并将其转化为电能进行存储和使用，是目前国际上较为成熟的方式。
传统电磁式能量采集器采用动铁、动圈或者铁圈同振的设计方式，从目前国内外研究状况分析，虽然已成功报道多种实验样机，但是输出功率和输出电压小，线圈匝数多，制备工艺复杂，精准装配难度大，产品良率低。
因此，如何提供一种能量采集器，使其能够克服上述问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能量采集器。解决了现有的能量采集器加工装配复杂且输出电压低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种能量采集器，与外部负载电性连接，将环境振动能量转换为电能，包括：
盖板，所述盖板设置有两个且二者相对布置；
限位板，所述限位板平行所述盖板布置且其位于两个所述盖板之间，在所述限位板上呈放射状均布有多个长条状的限位通孔，所述限位板的两侧板面各自与所述盖板的板面密封抵接，对应所述限位通孔的位置形成容纳腔，所述容纳腔内部分填充有常温液态金属；
磁板，所述磁板设置有多个，所述磁板嵌装在两个所述盖板各自远离所述限位板的一侧板面上且与所述限位板位置对应；
线组，所述线组固定在两块所述盖板各自靠近所述限位板的一侧板面上，所述线组与所述限位通孔的位置对应，所述线组由一至多根导线组成，各自位于两个所述盖板上的所述导线通过所述常温液态金属导通，分别位于两个所述盖板上的所述导线能够各自任意引出一至多个连接端与负载的一至多个输入端各自接通,且多根所述导线与外部负载连接的一端能够相互接通形成闭合的线圈。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种能量采集器，本发明通过将具有良好的流动性的常温液态金属应用到能量采集器中，该设置能够保证该能量采集器能够接收非常微小的振动，并有效的将其转化为电动势，振动能的采集灵敏度高，且输出电压高；通过设置盖板以及限位板，该设置在保证结构简单易加工的同时，也能够有效的将常温液态金属封存在限位通孔内部，防止其洒出。
优选的，所述盖板的板面具有对称中心，所述盖板远离所述限位板的一侧板面居中开设有用于嵌装所述磁板的圆形凹槽，所述盖板远离所述圆形凹槽的一侧板面开设有多道线槽，所述导线与所述线槽位置对应且其各自嵌设在所述线槽内部，所述盖板靠近其侧边的位置沿其周向均布有多个通孔一，两个所述盖板上的多个所述通孔一各自位置对应，所述通孔一的直径为0.3-2mm。该设置能够保证导线和磁板可靠的固定在盖板上。
优选的，所述盖板采用半导体材料或绝缘材料制成，其最大轮廓直径为3-100mm，且其最大厚度为0.5-5mm。该设置能够保证盖板能够有效地绝缘。
优选的，所述限位板的板面具有对称中心，所述限位板靠近其侧边的位置沿其周向均布有多个通孔二，所述通孔二与所述通孔一位置对应，所述通孔二的直径为0.3-2mm，所述限位板采用半导体材料或绝缘材料制成，其最大轮廓直径为3-95mm，且其最大厚度为0.05-10mm。该设置能够保证限位板能够可靠的固定在两个盖板之间且保证其具有良好的绝缘效果。
优选的，所述导线采用电镀或溅射沉积的方式固定在所述线槽内部，所述导线的线宽为0.01-2mm，长度为2-48mm。该设置能够保证导线可靠的固定在盖板上，避免其脱落。
优选的，所述限位通孔为一矩形孔且其宽度为0.5-5mm，长度为0.05-10mm。该设置能够保证限位通孔具有一定的长度，确保常温液态金属能在其内部顺利地流动。
优选的，所述常温液态金属为汞、镓基液态金属、铋基液态金属中的一种。汞具有良好的导电性和流动性。
优选的，所述磁板的轮廓为圆形且其直径为2-90mm，厚度为0.5-4mm，所述磁板采用具有强磁性的永久磁性材料制成。该设置能够有效地提高限位板处磁场的强度。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种能量采集器。可以实现如下技术效果：
本发明通过将具有良好的流动性的常温液态金属应用到能量采集器中，该设置能够保证该能量采集器能够接收非常微小的振动，并有效的将其转化为电动势，振动能的采集灵敏度高，且输出电压高；通过设置盖板以及限位板，该设置在保证结构简单易加工的同时，也能够有效的将常温液态金属封存在限位通孔内部，防止其洒出；常温液态金属为汞，汞具有良好的导电性和流动性，能够保证与导线的可靠电性连接；限位通孔设置有多个，该设置能够一方面能够提高该能量收集器的收集振动的灵敏度，另一方面能够提高其总的输出电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是一种能量采集器的整体轴测图；
图2是一种能量采集器的盖板的轴测图一；
图3是图2A处的局部放大图；
图4是一种能量采集器的盖板的轴测图二；
图5是一种能量采集器的限位板的轴测图；
图6是一种能量采集器的磁板的轴测图；
图7是一种能量采集器的局部轴测图；
图8是图7B处的局部放大图。
在图中：
01为盖板、010为圆形凹槽、011为线槽、012为通孔一、02为限位板二、020为限位通孔、021为通孔二、03为常温液态金属、04为磁板、05为线组、050为导线。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明公开了一种能量采集器，本发明通过将具有良好的流动性的常温液态金属03应用到能量采集器中，该设置能够保证该能量采集器能够接收非常微小的振动，并有效的将其转化为电动势，振动能的采集灵敏度高，且输出电压高；通过设置盖板01以及限位板02，该设置在保证结构简单易加工的同时，也能够有效的将常温液态金属03封存在限位通孔020内部，防止其洒出；常温液态金属03为汞，汞具有良好的导电性和流动性，能够保证与导线050的可靠电性连接；限位通孔020设置有多个，该设置能够一方面能够提高该能量收集器的收集振动的灵敏度，另一方面能够提高其总的输出电压。
实施例
参见附图1-8为本发明的一种实施方式的整体和部分结构示意图，本发明具体公开了一种能量采集器，与外部负载电性连接，将环境振动能量转换为电能，包括：
盖板01，盖板01设置有两个且二者相对布置；
限位板02，限位板02平行盖板01布置且其位于两个盖板01之间，在限位板02上呈放射状均布有多个长条状的限位通孔020，限位板02的两侧板面各自与盖板01的板面密封抵接，对应限位通孔020的位置形成容纳腔，容纳腔内部分填充有常温液态金属03，在容纳腔内的常温液态金属03的表面张力大于或等于重力；
磁板04，磁板04设置有多个，磁板04嵌装在两个盖板01各自远离限位板02的一侧板面上且与限位板02位置对应；
线组05，线组05呈放射状均布固定在两块盖板01各自靠近限位板02的一侧板面上，线组05与限位通孔020的位置对应，线组05包括多根长度方向与限位通孔020的长度方向平行的导线050，各自位于两个盖板01上且位置对应的导线050通过常温液态金属03导通，导线050远离限位板02的一端与负载的输入端接通。
进一步具体的，盖板01的板面具有对称中心，盖板01远离限位板02的一侧板面居中开设有用于嵌装磁板04的圆形凹槽010，盖板01远离圆形凹槽010的一侧板面开设有多道线槽011，导线050与线槽011位置对应且其各自嵌设在线槽011内部，盖板01靠近其侧边的位置沿其周向均布有多个通孔一012，两个盖板01上的多个通孔一012各自位置对应，通孔一012的直径为0.3-2mm。
进一步具体的，盖板01采用硅、硅酸盐玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、石英玻璃、聚二甲基硅氧烷等半导体材料或绝缘材料制成，其形状为圆形或者边数为3-36的正多边形，其最大轮廓直径为3-100mm，且其最大厚度为0.5-5mm。
进一步具体的，限位板02的板面具有对称中心，限位板02靠近其侧边的位置沿其周向均布有多个通孔二021，通孔二021与通孔一012位置对应，通孔二021的直径为0.3-2mm，限位板02采用硅、硅酸盐玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、石英玻璃、聚二甲基硅氧烷等半导体材料或绝缘材料制成，其形状为圆形或者边数为3-36的正多边形，其最大轮廓直径为3-95mm，且其最大厚度为0.05-10mm，限位板02与盖板01之间采用一体成型的加工方式制造。
进一步具体的，导线050采用电镀或溅射沉积的方式固定在线槽011内部，导线050的线宽为0.01-2mm，长度为2-48mm，导线050的材料是铜、镍、金等导电金属材料，一个线组05中导线050的数量2-2000条。
进一步具体的，限位通孔020为一矩形孔且其宽度为0.5-5mm，长度为0.05-10mm。
进一步具体的，常温液态金属03为汞，因为其表面张力大于或等于重力，故附图7和附图8中的常温液态金属03整体呈球状。
进一步具体的，磁板04的轮廓为圆形且其直径为2-90mm，厚度为0.5-4mm，磁板04采用具有强磁性的永久磁性材料制成，本实施例中的磁板04材质为铷铁硼磁铁。
该能量采集器的工作原理：
盖板01的板面竖直布置，当该采集器振动冲击时，常温液态金属03会在限位通孔020内流动，并且切割两个分别嵌装在盖板01上的磁板04形成的磁场，由于各自位于两个盖板01上且位置对应的导线050通过常温液态金属03导通，导线050远离限位板02的一端与负载的输入端接通，常温液体金属在切割上述磁场时会产生电动势，进而在各自位于两个盖板01上的导线050和与其电性连通的负载之间会产生电流，使得该能量采集器将自身接收到的振动能转化为电能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种能量采集器，与外部负载电性连接，将环境振动能量转换为电能，其特征在于，包括：
盖板(01)，所述盖板(01)设置有两个且二者相对布置；
限位板(02)，所述限位板(02)平行所述盖板(01)布置且其位于两个所述盖板(01)之间，在所述限位板(02)上呈放射状均布有多个长条状的限位通孔(020)，所述限位板(02)的两侧板面各自与所述盖板(01)的板面密封抵接，对应所述限位通孔(020)的位置形成容纳腔，所述容纳腔内部分填充有常温液态金属(03)；
磁板(04)，所述磁板(04)设置有多个，所述磁板(04)嵌装在两个所述盖板(01)各自远离所述限位板(02)的一侧板面上且与所述限位板(02)位置对应；
线组(05)，所述线组(05)固定在两块所述盖板(01)各自靠近所述限位板(02)的一侧板面上，所述线组(05)与所述限位通孔(020)的位置对应，所述线组(05)由一至多根导线(050)组成，各自位于两个所述盖板(01)上的所述导线(050)通过所述常温液态金属(03)导通，分别位于两个所述盖板(01)上的所述导线(050)能够各自任意引出一至多个连接端与外部负载的一至多个输入端各自接通,且多根所述导线(050)与外部负载连接的一端能够相互接通形成闭合的线圈。
2.根据权利要求1所述的一种能量采集器，其特征在于，所述盖板(01)的板面具有对称中心，所述盖板(01)远离所述限位板(02)的一侧板面居中开设有用于嵌装所述磁板(04)的圆形凹槽(010)，所述盖板(01)远离所述圆形凹槽(010)的一侧板面开设有多道线槽(011)，所述导线(050)与所述线槽(011)位置对应且其各自嵌设在所述线槽(011)内部，所述盖板(01)靠近其侧边的位置沿其周向均布有多个通孔一(012)，两个所述盖板(01)上的多个所述通孔一(012)各自位置对应，所述通孔一(012)的直径为0.3-2mm。
3.根据权利要求2所述的一种能量采集器，其特征在于，所述盖板(01)采用半导体材料或绝缘材料制成，其最大轮廓直径为3-100mm，且其最大厚度为0.5-5mm。
4.根据权利要求2所述的一种能量采集器，其特征在于，所述限位板(02)的板面具有对称中心，所述限位板(02)靠近其侧边的位置沿其周向均布有多个通孔二(021)，所述通孔二(021)与所述通孔一(012)位置对应，所述通孔二(021)的直径为0.3-2mm，所述限位板(02)采用半导体材料或绝缘材料制成，其最大轮廓直径为3-95mm，且其最大厚度为0.05-10mm。
5.根据权利要求2所述的一种能量采集器，其特征在于，所述导线(050)采用电镀或溅射沉积的方式固定在所述线槽(011)内部，所述导线(050)的线宽为0.01-2mm，长度为2-48mm。
6.根据权利要求1所述的一种能量采集器，其特征在于，所述限位通孔(020)为一矩形孔且其宽度为0.5-5mm，长度为0.05-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种能量采集器，其特征在于，所述常温液态金属(03)为汞、镓基液态金属、铋基液态金属中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种能量采集器，其特征在于，所述磁板(04)的轮廓为圆形且其直径为2-90mm，厚度为0.5-4mm，所述磁板(04)采用具有强磁性的永久磁性材料制成。
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2020
- 2020-12-14 CN CN202011474299.6A patent/CN113824291B/zh active Active
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