CN114268243A - 一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁致伸缩‑电磁复合式振动能量采集器。本发明由磁致伸缩振动能量采集模块、电磁振动能量采集模块、振动片和基座组成，两个模块包括Galfenol薄片、永磁体、线圈、弹簧、套筒。振动片固接在基座上，一个Galfenol薄片粘贴在振动片上，同时线圈均匀绕制在Galfenol薄片和振动片上，并且放置两个永磁体在其两端，两个永磁体的上端粘贴另一个Galfenol薄片，同时线圈均匀绕制在Galfenol薄片外表面。电磁振动能量采集模块固定于振动片自由端，线圈均匀绕制在套筒外壁，永磁体作为振子放在套筒内部，永磁体上下两端分别通过弹簧连接套筒。本发明结构简单、紧凑，能量收集效率高。

Description

一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器

技术领域

本发明涉及一种振动能量收集装置，具体是涉及一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器。

背景技术

振动能是环境中广泛存在的一种能量。收集环境振动能，以给无线传感节点和电子器件等供电是一种简单环保的供电方式，具有广阔的应用前景。

申请号为：201410346464.8，名称为：《一种磁致伸缩 - 电磁复合式振动能量采集器及其方法》，其振动能量采集器的底板左、右侧垂直放置左永磁体、右永磁体，底板上固定有左 L 型固定支撑结构、右 L 型固定支撑结构，底板中心设有螺纹孔，螺纹孔内设有下旋紧螺钉，左L型固定支撑结构，右L型固定支撑结构内从上到下设有工字型铰链位移放大结构下端、磁致伸缩材料、下固定件、碟簧，拾取线圈均匀绕制在磁致伸缩材料外表面，碟簧叠放在下固定件的下凸台上，左永磁体、右永磁体上端面分别与工字型铰链位移放大结构上端的下表面间存在左气隙、右气隙。该发明装置结构紧凑，便于小型微型化，具有压磁 - 电磁复合发电特色，可应用于高负载振动环境下的振动能量采集。但是该能量采集器需要很大的激振力，很难对环境中微小振动进行收集，能量采集效率低。

申请号为：201710823070.0，名称为：《能量采集器》包括压电振子和基座，其中，压电振子为梳齿形，包括固定部和悬梁部，固定部一端固定在基座上，另一端和悬梁部固定连接；悬梁部包括多个依次排列的悬臂梁，所述悬臂梁上开设有第一贯穿孔。该发明提供的能量采集器通过设置多个悬臂梁和在悬臂梁上开设贯穿孔，增加了压电振子的有效长度，降低了压电振子的谐振频率，提高了能量采集器，但是该能量采集器涉及单一来源的电量不足以完全或连续地为电子系统供电，此外压电材料比较薄比较脆，该结构不能承受较大的载荷，如果遇到较大的振动容易发生断裂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，包括基座和振动片，所述振动片的一端与基座的一侧连接，振动片靠近固定端的上部设有磁致伸缩振动能量收集模块，振动片靠近自由端的上部设有电磁振动能量收集模块。

进一步，所述磁致伸缩振动能量收集模块包括第一永磁体、第二永磁体、第一线圈、第二线圈、第一Galfenol薄片和第二Galfenol薄片，振动片的左端固接在基座上，第二Galfenol薄片设于振动片上，第二Galfenol薄片的上表面两端分别放置第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体和第二永磁体的上部设有对应第二Galfenol薄片的第一Galfenol薄片，第一线圈均匀绕制在第一Galfenol薄片上，第二线圈均匀绕制在第二Galfenol薄片和振动片上。

进一步，第二Galfenol薄片的底面通过环氧树脂粘贴在振动片上。

进一步，所述电磁振动能量收集模块包括第三线圈、第一弹簧、第三永磁体、第二弹簧和套筒，第三线圈均匀绕制在套筒外壁上，第三永磁体设于套筒内部，其中，第三永磁体的上端通过第一弹簧与套筒盖的底面抵接，第三永磁体的下端通过第二弹簧与套筒的内底壁抵接，套筒固接在振动片的自由端。

进一步，所述基座采用铝材料来制作，基座的侧面四周分别设有螺纹孔，可以通过螺丝固定在振源上进行振动能量收集。

进一步，第一永磁体、第二永磁体及第三永磁体均采用钕铁硼材料制作，第一永磁体与第二永磁体的结构尺寸相同。

进一步，所述振动片采用铍青铜材料制作。

进一步，所述套筒采用不锈钢材料制作。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明采用磁致伸缩发电与电磁发电相结合，通过装置结构的设计，采用悬臂梁结构，可实现环境振源作用下磁致伸缩材料内应力和磁场强度的同时改变，同时电磁振动能量收集模块不仅可以产生电能，还可以降低整个结构的固有频率，增加振动片与Galfenol薄片的变形量，可以提高28%的机电转换效率。

2. 本发明结构简单、紧凑，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的三维结构图；

图2为本发明较佳实施例中电磁振动能量收集模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

请参阅图1和图2所示的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，包括磁致伸缩振动能量收集模块1、电磁振动能量收集模块2、基座3和振动片4，振动片4的一端与基座3的一侧连接，振动片4靠近固定端的上部设有磁致伸缩振动能量收集模块1，振动片4靠近自由端的上部设有电磁振动能量收集模块2，磁致伸缩振动能量收集模块1包括第一永磁体12、第二永磁体13、第一线圈10、第二线圈11、第一Galfenol薄片14和第二Galfenol薄片15，振动片4的左端固接在基座3上，第二Galfenol薄片15的底面通过环氧树脂粘贴在振动片4上，第二Galfenol薄片15的上表面两端分别放置第一永磁体12和第二永磁体13，并且第一永磁体12和第二永磁体13的上端通过粘贴第一Galfenol薄片14进行连接，第一线圈10均匀绕制在第一Galfenol薄片14上，第二线圈11均匀绕制在第二Galfenol薄片15和振动片4上，第一Galfenol薄片14、第一永磁体12、第二Galfenol薄片15、第二永磁体13，构成一个磁回路；电磁振动能量收集模块2包括第三线圈21、第一弹簧22、第三永磁体23、第二弹簧24和套筒20，第三线圈21均匀绕制在套筒20外壁上，第三永磁体23设于套筒20内部，其中，第三永磁体23的上端通过第一弹簧22与套筒盖的底面抵接，第三永磁体23的下端通过第二弹簧24与套筒20的内底壁抵接，套筒20固接在振动片4的自由端。

进一步，所述基座3采用铝材料来制作，基座3的侧面四周分别设有螺纹孔，可以通过螺丝固定在振源上进行振动能量收集。

进一步，第一永磁体12、第二永磁体13及第三永磁体23均采用钕铁硼材料制作，第一永磁体12与第二永磁体13的结构尺寸相同。

进一步，所述振动片4采用铍青铜材料制作。

进一步，所述套筒20采用不锈钢材料制作。

进一步的工作时，当振动片4受到外界激励振动时，振动片4自由端套筒20内的第三永磁体23随振动片4的振动沿套筒20中心线方向运动，与第三线圈21发生相对运动，产生感应电动势；同时左侧的第一Galfenol薄片14和第二Galfenol薄片15由于振动片4的振动发生形变，从而导致第一Galfenol薄片14和第二Galfenol薄片15内部磁畴的位置发生变化和偏转，使磁化强度和磁通密度发生改变，根据维拉里和法拉第电磁效应，此时第一线圈10和第二线圈11中会产生感应电动势。

本发明同时运用了电磁感应现象和磁致伸缩逆效应两种发电原理，空间利用率高，可以有效收集环境中的振动能量。单悬臂梁结构相比于多悬臂梁阵列式结构，结构简单有效，节省空间，能够充分将振动形式的机械能转换为电能。收集的电能可以代替化学电池对小功率系统供电，是一种应用可再生能源的能量收集装置。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，不背离本发明一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，包括基座（3）和振动片（4），其特征在于：所述振动片（4）的一端与基座（3）的一侧连接，振动片（4）靠近固定端的上部设有磁致伸缩振动能量收集模块（1），振动片（4）靠近自由端的上部设有电磁振动能量收集模块（2）。

2.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：所述磁致伸缩振动能量收集模块（1）包括第一永磁体（12）、第二永磁体（13）、第一线圈（10）、第二线圈（11）、第一Galfenol薄片（14）和第二Galfenol薄片（15），振动片（4）的左端固接在基座（3）上，第二Galfenol薄片（15）设于振动片（4）上，第二Galfenol薄片（15）的上表面两端分别放置第一永磁体（12）和第二永磁体（13），第一永磁体（12）和第二永磁体（13）的上部设有对应第二Galfenol薄片（15）的第一Galfenol薄片（14），第一线圈（10）均匀绕制在第一Galfenol薄片（14）上，第二线圈（11）均匀绕制在第二Galfenol薄片（15）和振动片（4）上。

3.根据权利要求2所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：第二Galfenol薄片（15）的底面通过环氧树脂粘贴在振动片（4）上。

4.根据权利要求2所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：所述电磁振动能量收集模块（2）包括第三线圈（21）、第一弹簧（22）、第三永磁体（23）、第二弹簧（24）和套筒（20），第三线圈（21）均匀绕制在套筒（20）外壁上，第三永磁体（23）设于套筒（20）内部，其中，第三永磁体23的上端通过第一弹簧（22）与套筒盖的底面抵接，第三永磁体（23）的下端通过第二弹簧（24）与套筒（20）的内底壁抵接，套筒（20）固接在振动片（4）的自由端。

5.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：所述基座（3）采用铝材料来制作，基座（3）的侧面四周分别设有螺纹孔，可以通过螺丝固定在振源上进行振动能量收集。

6.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：第一永磁体（12）、第二永磁体（13）及第三永磁体（23）均采用钕铁硼材料制作，第一永磁体（12）与第二永磁体（13）的结构尺寸相同。

7.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：所述振动片（4）采用铍青铜材料制作。

8.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器，其特征在于：所述套筒（20）采用不锈钢材料制作。

Images