CN114039507B - 利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，包括第一永磁铁、发电振子组件、压电组件、永磁铁组件、弹簧组件以及支撑组件；所述发电振子组件安装在所述支撑组件上；所述压电组件与所述永磁铁组件均安装在所述发电振子组件上。所述第一永磁铁能够在竖直方向上运动，当所述第一永磁铁运动时，所述第一永磁铁能够驱动所述永磁铁组件带动所述发电振子组件振动从而通过所述压电组件输出电能。本发明利用弹簧的失稳突跳产生的非线性特性设计了非线性宽频压电能量收集装置，并通过耦合非线性永磁力实现了多方向振动能量收集和调控非线性能量势垒，为非线性压电能量收集装置的设计提供了一类新的设计方案。

Description

利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置

技术领域

本发明涉及压电振动能量收集领域，具体地，涉及一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，特别地，涉及非线性宽频压电能量收集和多方向压电能量收集技术。

背景技术

无线传感器及其互联网络是构成物联网系统的重要组成元素，随着万物互联的重要性日益加深以及生活中智能化水平的提升，构建大规模物联网络系统成为包括智慧家居，智慧大楼和智慧城市建设的热点。相比于物联网的快速发展，无线传感网络的供能方式仍停留在化学原电池或电网布线供能的方式。化学原电池虽能在一段时间内作为稳定的电源为无线传感器件提供能量，但其能量有限，需要在其电能耗尽前及时更换才能保障系统的稳定性。此外随着无线传感网络规模的增加，传感器供电的节点数量也随之爆发性增加，如果依赖化学原电池供给电能，需要频繁的更换大批量的电池，极大增加了人力物力成本并污染环境。利用电网布线的供能方式也存在相应的局限性，随着传感网络规模的增加，布线的复杂性与建设成本将会极大提高。特别的对于一些偏远地区例如山区，海底等环境中，利用电网供能难以实现。目前制约物联网技术发展的最大障碍就是其网络节点的供能问题。利用一些材料中的正压电效应转换环境中的振动能量为电能，可以实现对无线传感网络节点的供能。由于压电能量收集装置的成本较低，结构简单紧凑，且环境中的振动无处不在，所以可以适用于很多场合。常见的压电能量收集装置是基于线性振子为主体结构的振动能量收集装置，常见的结构形式为悬臂梁振子或悬臂梁振子组。如专利CN111313756B公开一种机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器。其压电俘能单元的主体结构为压电悬臂梁，通过将上下电极分别固定在振子上下两端实现将压电元件转换的振动能量产生的交变电压通过机械整流方式转换为直流电压。如专利CN113271037A公开了一种应用于轨道的圆周分布式压电能量收集装置及方法。该装置的俘能单元为分布在箱体的四周并呈圆周分布的悬臂片状压电材料。以线性振子为主体结构的线性压电能量收集装置结构紧凑，设计简单。但其工作带宽主要集中在主体结构的共振频率附近，造成其只能在极窄的频带内高效工作，环境中振动频率分布较宽，从而使这类装置在实际应用中具有俘能效率较低，工作带宽极窄等缺陷。

为了拓宽压电能量收集装置的工作带宽从而提高其在实际应用中的工作效率，引入非线性特性设计非线性压电能量收集装置成为近些年的研究以及设计热点。目前已有的非线性压电能量收集装置主体结构为线性悬臂梁结合非线性永磁力或两端固支的板状结构形成的非线性振子单元。如专利CN109791975A公开了一种使用非线性屈曲梁的压电能量收集装置，利用屈曲梁(板)的非线性特性实现非线性压电能量收集。专利CN109791975A公开了一种使用非线性屈曲梁的压电能量收集装置，利用屈曲梁(板)的非线性特性实现非线性压电能量收集。如专利CN106953545B公开了一种对角压缩的双稳态板式压电能量收集装置，利用向心压缩的柔性矩形板实现非线性双稳态压电能量收集。如专利CN107317511B公开了一种易越过势垒的双稳态压电能量收集装置，该装置利用永磁铁间互相排斥的永磁力实现非线性能量收集。非线性能量收集装置中的非线性特性有效的拓宽了振子的工作带宽，并进一步提升其工作效率，有助于提高振动俘能装置的实用性。

但目前的非线性能量收集装置的工作原理较为单一，大多数非线性能量收集装置都是基于非线性永磁力或两端固支的屈曲梁板结构实现非线性特性。此外大多数非线性能量收集装置不能实现多方向振动能量收集且其能量势垒在工作过程中不能动态调节，并且这些缺陷制约了非线性能量收集装置在实际应用中的场景且其工作效率极大依赖于外界激励强度。

专利文献CN 110492787 A公开一种均布应力压电简支梁振动能量收集器及能量收集方法，包括外壳以及封装于外壳内的压电简支梁和两个圆弧形质量块，两个圆弧形质量块对称设置于压电简支梁的上下两侧并连接为一体结构，两个圆弧形质量块朝向压电简支梁的一侧均为圆弧面，两个圆弧形质量块圆弧面的顶部将压电简支梁夹紧；两个圆弧形质量块的两端分别延伸至压电简支梁两端的端部。但该方案仍然只能在单一方向收集振动能量，仍然没有解决现有技术存在的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置。

根据本发明提供的一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，包括第一永磁铁、发电振子组件、压电组件、永磁铁组件、弹簧组件以及支撑组件；

所述发电振子组件安装在所述支撑组件上；所述压电组件安装在所述发电振子组件上；

所述永磁铁组件安装在发电振子组件上；所述第一永磁铁的两侧面通过所述弹簧组件与所述发电振子组件连接，所述第一永磁铁的正面与所述发电振子组件连接；

所述第一永磁铁能够在竖直方向上运动，当所述第一永磁铁运动时，所述第一永磁铁能够驱动所述永磁铁组件带动所述发电振子组件振动从而通过所述压电组件输出电能。

优选的，所述支撑组件包括固定底座与立柱，所述立柱垂直安装在所述固定底座上。

优选的，所述发电振子组件包括第二侧向悬臂梁、第一侧向悬臂梁以及水平悬臂梁；所述第一侧向悬臂梁、所述第二侧向悬臂梁以及所述水平悬臂梁均采用具有弹性形变特性的材料制成；

所述第二侧向悬臂梁、第一侧向悬臂梁安装在所述固定底座上；所述第一永磁铁的两侧面通过所述弹簧组件与所述第二侧向悬臂梁、第一侧向悬臂梁连接，所述第一永磁铁的正面与所述水平悬臂梁的端部连接；所述第二侧向悬臂梁与第一侧向悬臂梁上均安装有永磁铁组件；

所述水平悬臂梁安装在所述立柱上且与第一永磁铁的正面连接。

优选的，所述永磁铁组件包括第二永磁铁、第三永磁铁、第四永磁铁以及第五永磁铁；

所述第三永磁铁与第五永磁铁均安装在所述第二侧向悬臂梁的内侧，且所述第三永磁铁安装在所述第二侧向悬臂梁的顶部，所述第五永磁铁安装在所述第二侧向悬臂梁的中部；

第二永磁铁与第四永磁铁均安装在第一侧向悬臂梁的内侧，且第二永磁铁安装在第一侧向悬臂梁的顶部，第四永磁铁安装在所述第一侧向悬臂梁的中部。

优选的，所述弹簧组件包括第一弹簧与第二弹簧；所述第一永磁铁的一侧通过第二弹簧与所述第二侧向悬臂梁连接，所述第一永磁铁的另一侧通过所述第一弹簧与所述第一侧向悬臂梁连接。

优选的，所述第一永磁铁与所述第二永磁铁相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁与所述第三永磁铁相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁与所述第四永磁铁相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁与所述第五永磁铁相对面的磁极性相同。

优选的，所述压电组件包括多个压电元件，所述压电元件安装在所述发电振子组件上。

优选的，所述第一侧向悬臂梁与第二侧向悬臂梁之间的距离满足如下要求：

当所述第一弹簧与第二弹簧处于水平状态时，所述第一弹簧与第二弹簧均处于压缩状态。

优选的，所述第一永磁铁、第二永磁铁、第三永磁铁、第四永磁铁以及第五永磁铁均为钕铁硼永磁铁。

优选的，压电元件可选用压电陶瓷或柔性压电元件聚偏氟乙烯。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明第一次利用弹簧的失稳突跳产生的非线性特性设计了非线性宽频压电能量收集装置，并通过耦合非线性永磁力实现了多方向振动能量收集和调控非线性能量势垒，为非线性压电能量收集装置的设计提供了一类新的设计方案。

2、本发明通过引入弹簧的非线性突跳效应实现非线性能量收集装置的设计，拓宽了其工作带宽。

3、本发明通过耦合非线性永磁力实现了多方向振动能量收集和调控非线性能量势垒，拓展了其应用场景并减少了对外界激励强度的依赖。

4、本发明结构简单紧凑，同时具有宽频多向以及势垒可调的功能，其实用性较强，可以用于各种不同振动能量收集的场合。本发明同时也是一种环境友好型的装置，通过对外界激励能量的转换，可以在不消耗任何化石能源的条件下为低功耗器件供能。

附图说明

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

图1为本发明一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置的上稳定平衡位置正视图示意图；

图2为本发明一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置的初始不稳定平衡位置正视图示意图；

图3为本发明一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置的下稳定平衡位置正视图示意图；

图4为本发明一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置整体结构的示意图示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，包括第一永磁铁1、发电振子组件、压电组件、永磁铁组件、弹簧组件以及支撑组件；如图4所示，所述发电振子组件安装在所述支撑组件上；所述压电组件安装在所述发电振子组件上；所述永磁铁组件安装在发电振子组件上；所述第一永磁铁1的两侧面通过所述弹簧组件与所述发电振子组件连接，所述第一永磁铁1的正面与所述发电振子组件连接；所述第一永磁铁1能够在竖直方向上运动，当所述第一永磁铁1运动时，所述第一永磁铁1能够驱动所述永磁铁组件带动所述发电振子组件振动从而通过所述压电组件输出电能。

所述支撑组件包括固定底座8与立柱7，所述立柱7垂直安装在所述固定底座8上，且所述固定底座8与立柱7均采用铝合金材料制造。所述固定底座8的底端设置有安装面，所述安装面与外界部件连接，所述外界部件为所述利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置提供外部激励。

所述发电振子组件包括第二侧向悬臂梁12、第一侧向悬臂梁4以及水平悬臂梁6；所述第二侧向悬臂梁12、第一侧向悬臂梁4安装在所述固定底座8上，具体的，所述第二侧向悬臂梁12、第一侧向悬臂梁4垂直安装在所述固定底座8的顶面，且分别设置在所述固定底座8宽度方向的两端。所述水平悬臂梁6安装在所述立柱7上且与第一永磁铁1的正面连接。具体的，水平悬臂梁6垂直安装在所述立柱7上，与固定底座8平行布置。所述第一侧向悬臂梁4、所述第二侧向悬臂梁12以及所述水平悬臂梁6均采用具有弹性形变特性的材料制成，在一个优选例中，所述第一侧向悬臂梁4、所述第二侧向悬臂梁12以及所述水平悬臂梁6均采用铜合金材料制作。

所述第一永磁铁1的两侧面通过所述弹簧组件与所述第二侧向悬臂梁12、第一侧向悬臂梁4连接，所述第一永磁铁1的正面与所述水平悬臂梁6的端部连接；所述第二侧向悬臂梁12与第一侧向悬臂梁4上均安装有永磁铁组件；在一个优选例中，所述第二侧向悬臂梁12、第一侧向悬臂梁4以及水平悬臂梁6的尺寸均相同。

所述永磁铁组件包括第二永磁铁3、第三永磁铁13、第四永磁铁5以及第五永磁铁10；在一个优选例中，所述第一永磁铁1、第二永磁铁3、第三永磁铁13、第四永磁铁5以及第五永磁铁10为块状，且尺寸均相同，所述第一永磁铁1、第二永磁铁3、第三永磁铁13、第四永磁铁5以及第五永磁铁10均为钕铁硼永磁铁。

所述第三永磁铁13与第五永磁铁10均安装在所述第二侧向悬臂梁12的内侧，且所述第三永磁铁13安装在所述第二侧向悬臂梁12的顶部，所述第五永磁铁10安装在所述第二侧向悬臂梁12的中部；

第二永磁铁3与第四永磁铁5均安装在第一侧向悬臂梁4的内侧，且第二永磁铁3安装在第一侧向悬臂梁4的顶部，第四永磁铁5安装在所述第一侧向悬臂梁4的中部；在一个优选例中，所述第一永磁铁1运动的最高点低于第三永磁铁13所在的高度，第一永磁铁1运动的最低点高于第五永磁铁10所在的高度。

所述弹簧组件包括第一弹簧2与第二弹簧11；所述第一永磁铁1的一侧通过第二弹簧11与所述第二侧向悬臂梁12连接，所述第一永磁铁1的另一侧通过所述第一弹簧2与所述第一侧向悬臂梁4连接，所述第一弹簧2与第二弹簧11安装在同一高度，且第一弹簧2与第二弹簧11的安装高度在所述第三永磁铁13的安装高度与第五永磁铁10的安装高度之间。在一个优选例中，所述第一弹簧2固定在第一侧向悬臂梁4前半中段，第二弹簧11固定在第二侧向悬臂梁12前半中段。在一个优选例中，在一个优选例中，所述第一弹簧2与第二弹簧11规格相同，且均采用螺旋弹簧，优选的所述第一弹簧2与第二弹簧11采用不锈钢材料制造。

为保证弹簧失稳过程中产生非线性突跳效应，所述第一侧向悬臂梁4与第二侧向悬臂梁12之间的距离满足如下要求：当所述第一弹簧2与第二弹簧11处于水平状态时，所述第一弹簧2与第二弹簧11均处于压缩状态。

为实现磁铁间的相互排斥作用，从而动态调整所述利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置的非线性能量势垒，所述第一永磁铁1与所述第二永磁铁3相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁1与所述第三永磁铁13相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁1与所述第四永磁铁5相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁1与所述第五永磁铁10相对面的磁极性相同。

所述压电组件包括多个压电元件9，所述压电元件9安装在所述发电振子组件上。在一个优选例中，所述多个压电元件9分别粘接在第一侧向悬臂梁4的底端的两侧、第二侧向悬臂梁12的底端的两侧以及水平悬臂梁6的靠近立柱7一端的两侧。在一个优选例中，所述压电元件9可选用压电陶瓷PZT或柔性压电元件聚偏氟乙烯PVDF。

本发明的工作原理如下：

外部激励为竖直激励时：

初始状态，即没有外部激励状态下，所述第一弹簧2与所述第二弹簧11处于水平压缩状态。当外部竖直激励通过固定底座8传递至所述第一永磁铁1时，所述第一永磁铁1产生偏离初始位置的运动趋势。以外部激励先使第一永磁铁1相对于固定底座8向上运动为例，当所述第一永磁铁1偏离初始静止位置时，其两端固接的所述第一弹簧2和所述第二弹簧11将失去初始压缩状态，随着所述第一永磁铁1偏离初始不稳定平衡位置(图如2所示，所述不稳定平衡位置为第一永磁铁1受外界激励作用时，初始受力不平衡的位置)所述第一弹簧2和所述第二弹簧11会逐渐伸长，此时依然会给第一永磁铁1提供压力，直至第一永磁铁1稳定平衡(如图1所示，此时第一永磁铁1受力平衡，)随后所述第一弹簧2和所述第二弹簧11回弹到其原长状态，该过程中所述第一弹簧2和所述第二弹簧11发生非线性突跳效应，将会加速所述第一永磁铁1偏离初始平衡状态，然后第一弹簧2和所述第二弹簧11继续伸长，给第一永磁铁1提供拉力，直至第一永磁铁1运动到第一永磁铁1能够运动到的最高点，所述第一永磁铁1在所述第一弹簧2和所述第二弹簧11提供的弹性力以及其自身重力的共同作用下运动到上下对称的另一稳定平衡位置，即下稳定平衡位置(如图3所示，此时第一永磁铁1受力平衡)，随后第一永磁铁1继续向下运动，直至运动到的最低点。在所述第一永磁铁1经过上稳定平衡位置的过程中，固定在所述第一侧向悬臂梁4顶部的所述第二永磁铁3和固定在所述第二侧向悬臂梁12的顶部的所述第三永磁铁13受到所述第一永磁铁1的排斥将激励所述第一侧向悬臂梁4和所述第二侧向悬臂梁12向内外振动。

在所述第一永磁铁1经过下稳定平衡位置的过程中，固定在所述第一侧向悬臂梁4的中段的所述第四永磁铁5和固定在所述第二侧向悬臂梁12的中段的所述第五永磁铁10受到所述第一永磁铁1的排斥将激励所述第一侧向悬臂梁4和所述第二侧向悬臂梁12向内外振动。所述第一侧向悬臂梁4和所述第二侧向悬臂梁12向内外振动实现了所述利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置实现多向振动能量收集,。此外，所述第一侧向悬臂梁4和所述第二侧向悬臂梁12向内外振动动态改变了所述第一弹簧2和所述第二弹簧11在中间初始不稳定平衡位置处的压缩程度，从而调节了所述利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置内的非线性能量势垒。固定在所述第一侧向悬臂梁4、所述第二侧向悬臂梁12以及所述水平悬臂梁6上的所述压电元件9将外界振动激励能量转换为可用电能输出。

外部激励的方向为沿固定底座8的宽度方向时：

由于第三永磁铁13安装在所述第二侧向悬臂梁12的顶端，且仅位于第二侧向悬臂梁12的一侧，第二永磁铁3安装在第一侧向悬臂梁4的顶端，且仅位于第二侧向悬臂梁12的一侧，当外部激励作用于固定底座8时，第三永磁铁13、第二永磁铁3会分别带动第二侧向悬臂梁12、第一侧向悬臂梁4弯曲并振动，此时固定在所述第一侧向悬臂梁4、所述第二侧向悬臂梁12上的所述压电元件9可将外界振动激励能量转换为可用电能输出。

本发明的第一永磁铁1在垂直方向的运动过程中会与第二永磁铁3、第四永磁铁5、第三永磁铁13以及第五永磁铁10相互排斥，改变弹簧第一弹簧2与第二弹簧11的松紧程度，此过程中形成的双稳态系统与双稳态势井函数会随着第一永磁铁1的运动过程发生改变，便形成了动态调节的过程。此特性让本发明一定程度上减少了对外界激励强度的依赖，有助于本发明在外界激励强度较弱的情况下依然能正常工作。

本发明利用弹簧的突跳效应实现多方向非线性宽频振动能量收集装置的设计，利用压缩弹簧在外界激励扰动的情况下失稳产生的突跳非线性拓宽常见振动能量收集装置的工作带宽，利用非线性永磁力实现对所设计装置中的能量势垒动态调控实现了多方向能量收集的效果。本发明解决了现有常见非线性能量收集装置势阱不可调的缺陷，以及解决非线性能量收集装置对于振动能量收集方向单一，设计原理单一等问题，拓展了非线性能量收集装置在实际应用中的场景，减少其对外界激励强度的依赖。本发明第一次利用弹簧的失稳突跳产生的非线性特性设计了非线性宽频压电能量收集装置，并通过耦合非线性永磁力实现了多方向振动能量收集和调控非线性能量势垒，为非线性压电能量收集装置的设计提供了一类新的设计方案。除此以外本发明结构简单紧凑，同时具有宽频多向以及势阱可调的功能，其实用性较强，可以用于各种不同振动能量收集的场合。本发明同时也是一种环境友好型的装置，通过对外界激励能量的转换，可以在不消耗任何化石能源的条件下为低功耗器件供能。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，其特征在于，包括第一永磁铁(1)、发电振子组件、压电组件、永磁铁组件、弹簧组件以及支撑组件；

所述发电振子组件安装在所述支撑组件上；所述压电组件安装在所述发电振子组件上；

所述永磁铁组件安装在发电振子组件上；所述第一永磁铁(1)的两侧面通过所述弹簧组件与所述发电振子组件连接，所述第一永磁铁(1)的正面与所述发电振子组件连接；

所述第一永磁铁(1)能够在竖直方向上运动，当所述第一永磁铁(1)运动时，所述第一永磁铁(1)能够驱动所述永磁铁组件带动所述发电振子组件振动从而通过所述压电组件输出电能；

所述支撑组件包括固定底座(8)与立柱(7)，所述立柱(7)垂直安装在所述固定底座(8)上；

所述发电振子组件包括第二侧向悬臂梁(12)、第一侧向悬臂梁(4)以及水平悬臂梁(6)；所述第一侧向悬臂梁(4)、所述第二侧向悬臂梁(12)以及所述水平悬臂梁(6)均采用具有弹性形变特性的材料制成；

所述第二侧向悬臂梁(12)、第一侧向悬臂梁(4)安装在所述固定底座(8)上；所述第一永磁铁(1)的两侧面通过所述弹簧组件与所述第二侧向悬臂梁(12)、第一侧向悬臂梁(4)连接，所述第一永磁铁(1)的正面与所述水平悬臂梁(6)的端部连接；所述第二侧向悬臂梁(12)与第一侧向悬臂梁(4)上均安装有永磁铁组件；

所述水平悬臂梁(6)安装在所述立柱(7)上且与第一永磁铁(1)的正面连接；

所述压电组件包括多个压电元件(9)，所述压电元件(9)安装在所述发电振子组件上；

所述永磁铁组件包括第二永磁铁(3)、第三永磁铁(13)、第四永磁铁(5)以及第五永磁铁(10)；

所述第三永磁铁(13)与第五永磁铁(10)均安装在所述第二侧向悬臂梁(12)的内侧，且所述第三永磁铁(13)安装在所述第二侧向悬臂梁(12)的顶部，所述第五永磁铁(10)安装在所述第二侧向悬臂梁(12)的中部；

第二永磁铁(3)与第四永磁铁(5)均安装在第一侧向悬臂梁(4)的内侧，且第二永磁铁(3)安装在第一侧向悬臂梁(4)的顶部，第四永磁铁(5)安装在所述第一侧向悬臂梁(4)的中部；

所述弹簧组件包括第一弹簧(2)与第二弹簧(11)；所述第一永磁铁(1)的一侧通过第二弹簧(11)与所述第二侧向悬臂梁(12)连接，所述第一永磁铁(1)的另一侧通过所述第一弹簧(2)与所述第一侧向悬臂梁(4)连接；

所述第一永磁铁(1)与所述第二永磁铁(3)相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁(1)与所述第三永磁铁(13)相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁(1)与所述第四永磁铁(5)相对面的磁极性相同；所述第一永磁铁(1)与所述第五永磁铁(10)相对面的磁极性相同；

所述第一侧向悬臂梁(4)与第二侧向悬臂梁(12)之间的距离满足如下要求：

当所述第一弹簧(2)与第二弹簧(11)处于水平状态时，所述第一弹簧(2)与第二弹簧(11)均处于压缩状态；

第三永磁铁(13)安装在所述第二侧向悬臂梁(12)的顶端，且仅位于第二侧向悬臂梁(12)的一侧，第二永磁铁(3)安装在第一侧向悬臂梁(4)的顶端，且仅位于第一侧向悬臂梁(4)的一侧。

2.根据权利要求1所述的利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，其特征在于，所述第一永磁铁(1)、第二永磁铁(3)、第三永磁铁(13)、第四永磁铁(5)以及第五永磁铁(10)均为钕铁硼永磁铁。

3.根据权利要求1所述的利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置，其特征在于，压电元件(9)可选用压电陶瓷或柔性压电元件聚偏氟乙烯。