CN202696443U - 一种微型电磁式低频振动发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于微型发电设备领域的一种微型电磁式低频振动发电机。双悬臂梁的下端分别固定在两根支撑基座上，四个磁铁粘贴在悬臂梁的上面和下面，质量块分上下两块紧贴于磁铁后面的悬臂梁末端，悬臂梁，磁铁和质量块一起组成电磁发电机的拾振系统；圆形电感线圈安装在四块磁铁之间，基座支撑基座固定在基板上。该电磁发电机的新型双悬臂梁结构具有较低的一阶固有频率，以及较小的弹性系数，更适合实际应用，提高了输出能量密度。在振动频率较低，振动较小，且具有不同振动频率的环境中，保证电磁发电机仍具有较高的发电能力。

Description

一种微型电磁式低频振动发电机

技术领域

本实用新型属于微型发电设备领域，特别涉及一种微型电磁式低频振动发电机。

背景技术

随着低功耗无线传感器网络和微机电系统的迅速发展，供电问题正成为其进一步发展的一个很大障碍。传统的电化学电池供电方式存在着寿命短、需要经常更换、存储能量有限等缺点，并且在某些条件下更换电池过程复杂，成本很高或根本就不可能实现更换。另外在设备监测与故障诊断的应用中，电池电量用完并且又无法及时更换会造成严重的后果针对上述这些问题，必须寻找一些新的电源替代传统电池。收集周围环境中的能量并转换成电能是一种代替传统供电方式的有效方式。目前用于能量采集的能量源主要有三种电磁辐射能（太阳能），热能和机械能。良好的阳光下，太阳能表现出优越的性能，但是在阴天或室内，太阳能效率极低。热梯度较大的条件下，热能也可以被采集，但是在低温或小温差条件下，尤其是在微小尺度下，热电转换效率极低。相比而言环境中的各种强度和不同频率的机械振动能，具有更好的应用前景。电磁发电是一项较成熟的技术，电磁式振动能量采集器其特点为，结结构相对简单，可实现微型化，感测频率高，无需驱动电源，可应用于各种恶劣环境，具有很好的前景。目前国内关于电磁式振动发电机的专利发明不断涌现，然而部分专利发明结构复杂，不易实现微型化，或是固有频率偏高且不可调，或是拾振系统弹性系数大，振动时弹簧磁铁相对位移较小，尤其当环境频率与发电机固有频率不匹配时，能量收集效率急剧下降

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前国内电磁式振动发电机的不断涌现，然而部分产品结构复杂，不易实现微型化，或是固有频率偏高且不可调，或是拾振系统弹性系数大，振动时弹簧磁铁相对位移较小，尤其当环境频率与发电机固有频率不匹配时，能量收集效率急剧下降的不足，提出一种微型电磁式低频振动发电机，其特征在于，悬臂梁2-1固定在支撑基座4-2上，四个磁铁2-2粘贴在悬臂梁2-1上面和下面，且上下极性相反，质量块2-3分上下两块紧贴于磁铁后面的悬臂梁末端，悬臂梁2-1，磁铁2-2和质量块2-3一起组成电磁发电机的拾振系统；圆形电感线圈3-1安装在四块磁铁2-2之间，通过3-2导线和3-3导线输出并由基座4-1支撑； 3-2导线和3-3导线，基座4-1，支撑基座4-2固定在基板1上；

所述悬臂梁由铍青铜弹簧片制成，做成双悬臂梁结构，下端分别固定在两根支撑基座4-2上。

所述双悬臂梁结构为双“L”字形、内翻双勾、外翻双勾、变形∏字或开口“口”字形。

所述拾振系统在外界激励振动时，发生变形，磁铁与线圈发生相对运动，电感线圈3-1磁通量发生改变，根据法拉第电磁感应定律产生电磁发电，由3-2导线和3-3导线输出交流电，通过后续的调节电路，将电能输送到储能元件或直接供电。

所述后续的调节电路包括整流滤波电路和开关装置。

本发明的有益效果是相比其它悬臂梁电磁发电机，该电磁发电机提出新型双悬臂梁结构具有较低的一阶固有频率，以及较小的弹性系数，更适合实际应用，提高了输出能量密度，支撑基座位置可以移动，以此调节两弹性臂的长度，可以适当改变拾振系统的固有频率，扩大了振动发电机的工作频率范围，以适应振动频率变化的环境，保证电磁发电机具有较高的发电能力。

附图说明

图1为电磁式低频振动发电机结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3-图7为双悬臂梁结构形状示意图。

具体实施方式

本实用新型提出一种微型电磁式低频振动发电机。下面结合附图对本实用新型予以说明。

图1、图2所示为电磁式低频振动发电机结构示意图。图中，悬臂梁2-1固定在支撑基座4-2上，该悬臂梁由铍青铜弹簧片制成，做成双悬臂梁结构，下端分别固定在两根支撑基座4-2上。四个磁铁2-2粘贴在悬臂梁2-1的上面和下面，且上下极性相反，质量块2-3分上下两块紧贴于磁铁后面的悬臂梁末端，悬臂梁2-1，磁铁2-2和质量块2-3一起组成电磁发电机的拾振系统；圆形电感线圈3-1安装在四块磁铁2-2之间，通过3-2导线和3-3导线输出并由基座4-1支撑；3-2导线和3-3导线，基座4-1，支撑基座4-2固定在基板1上；

上述双悬臂梁结构为双“L”字形（如图2所示）、内翻双勾（如图5、图7所示）、外翻双勾（如图3所示）、变形∏字（如图4所示）或开口“口”字形（如图6所示）。

所述拾振系统在外界激励振动时，发生变形，磁铁与线圈发生相对运动，电感线圈3-1磁通量发生改变，根据法拉第电磁感应定律产生电磁发电，由3-2导线和3-3导线输出交流电，通过后续的调节电路（包括整流滤波电路和开关装置），将电能输送到储能元件或直接供电。

本实用新型提出的新型双悬臂梁结构，降低了整个拾振系统的弹性系数，有限元仿真分析可知，在相同外界激励下，该结构能产生更大的振幅，提高发电能力。此外4个磁铁结构能充分利用空间，一方面增大输出电压，另一方面增大了电感线圈尺寸，易于加工。在不同的振动环境中，通过调节拾振系统基座的位置，即改变发电机弹性臂长度，调节发电机固有频率，使发电机固有频率接近环境振源频率。图1中基板上拾振系统基座孔可以进一步改进成滑槽形式，实现发电机固有频率的手动微调。实现发电机多频率段使用。

Claims (5)

1.一种微型电磁式低频振动发电机，其特征在于，悬臂梁（2-1）固定在支撑基座（4-2）上，四个磁铁（2-2）粘贴在悬臂梁（2-1）上面和下面，且上下极性相反，质量块（2-3）分上下两块紧贴于磁铁后面的悬臂梁末端，悬臂梁（2-1），磁铁（2-2）和质量块（2-3）一起组成电磁发电机的拾振系统；圆形电感线圈（3-1）安装在四块磁铁（2-2）之间，通过3-2导线和3-3导线输出并由基座（4-1）支撑；3-2导线和3-3导线，基座（4-1），支撑基座（4-2）固定在基板（1）上；

2.根据权利要求1所述微型电磁式低频振动发电机，其特征在于，所述悬臂梁由铍青铜弹簧片制成，做成双悬臂梁结构，下端分别固定在两根支撑基座（4-2）上。

3.根据权利要求2所述微型电磁式低频振动发电机，其特征在于，所述双悬臂梁结构为双“L”字形、内翻双勾、外翻双勾、变形∏字或开口“口”字形。

4.根据权利要求1所述微型电磁式低频振动发电机，其特征在于，所述拾振系统在外界激励振动时，发生变形，磁铁与线圈发生相对运动，电感线圈（3-1）磁通量发生改变，根据法拉第电磁感应定律产生电磁发电，由3-2导线和3-3导线输出交流电，通过后续的调节电路，将电能输送到储能元件或直接供电。

5.根据权利要求4所述微型电磁式低频振动发电机，其特征在于，所述后续的调节电路包括整流滤波电路和开关装置。

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