CN204068761U - 一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器。采集器本体从上到下分别为上端板、上质量块、磁致伸缩材料、下质量块、碟簧、旋紧螺钉、下端板，其中下质量块与旋紧螺钉配合用于定位碟簧，采集器本体由内到外分别为磁致伸缩材料、拾取线圈、帽状放大结构、气隙、永磁体、侧端板，帽状放大结构的上、下端分别固定在上端板与下端板的卡槽内，永磁体粘贴在帽状放大结构的外表面，永磁体端面粘接在侧端板内；上端板侧面与侧端板间存在气隙。本实用新型装置组装部件少，机电能量转换效率高，稳定性好，可实现双向、宽频带振动能量的采集，适用于高负载、大应力冲击等复杂环境下振动能量的采集。

Description

一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器

技术领域

本实用新型涉及一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，具体涉及一种适用于宽频带振动、大应力冲击环境下的轴向/径向双向磁致伸缩式能量采集器。

背景技术

随着无线传感器在传感器网络和微机电系统中的广泛应用，具有使用寿命短、维护费用高、不易于更换、污染环境等缺点的传统电池，已难以满足其供电需求。如何高效的从环境中采集能量，实现无线传感器的自供能技术，是近年来国内外学者研究的热点问题。振动能量以其存在的普遍性、能量密度高等特点被研究者青睐。同时，振动能量采集器的低成本、小体积结构、长寿命、易集成、不需更换或充电等优点，特别适合为无线传感器网络节点供电，对解决无线传感器网络节点中化学电池的更换和传感器的自供能意义重大。

目前的振动能量采集器一般采用压电材料来设计制作，具有结构体积小，便于集成化的特点，但其不易于工作在大应力冲击、高负载等复杂多变环境中，且其输出电功率依旧较小。磁致伸缩材料本身具有非常优越的压磁特性，材料的机磁耦合系数大、负载能力强、能量密度高、转换效率高等优点，特别适合于新型振动能量采集装置的应用开发。

针对现有的振动能量采集器工作频带窄、输出功率较小、不易于工作在负载环境中的问题，探索及开发一种具有宽频带、大功率、高性能振动能量采集器，为无线传感器网络中自供能技术的供电性能、使用寿命及系统稳定性提供保障。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器。

双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器包括上端板、上质量块、磁致伸缩材料、下质量块、碟簧、旋紧螺钉、下端板、拾取线圈、帽状放大结构、气隙、永磁体、侧端板；采集器本体从上到下分别为上端板、上质量块、磁致伸缩材料、下质量块、碟簧、旋紧螺钉、下端板，其中下质量块与旋紧螺钉配合用于定位碟簧，通过旋转旋紧螺钉以挤压碟簧可调节装置工作的预压应力；采集器本体由内到外分别为磁致伸缩材料、拾取线圈、帽状放大结构、气隙、永磁体、侧端板，其中拾取线圈均匀绕制在磁致伸缩材料的表面，帽状放大结构的上、下端分别固定在上端板与下端板的卡槽内，永磁体粘贴在帽状放大结构的外表面，永磁体端面粘接在侧端板内；上端板侧面与侧端板间存在气隙。

所述的帽状放大结构的材质为不导磁的黄铜合金。所述的上端板、上质量块、下质量块、旋紧螺钉、下端板和侧端板的材质均采用高导磁特性的10号钢。所述的永磁体材质为钕铁硼永磁材料，采用轴向方向充磁。所述的下质量块与旋紧螺钉为间隙配合，下质量块采用阶梯式结构。所述的旋紧螺钉与下端板之间的螺纹螺距配合为1mm。所述的下端板与侧端板间为相互独立的两体结构，侧端板的下端面与下端板间无间隙。所述的下质量块下端面与旋紧螺钉凹槽面间具有4-5mm的结构调整间距。所述的上端板侧面与侧端板间的气隙长度为2-3mm。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果：

1）本实用新型采用磁致伸缩材料的压磁原理与电磁原理相结合，通过装置结构的设计，可实现环境压应力作用下磁致伸缩材料3内压应力和磁场强度的同时改变，大大提高环境能量的采集及转换效率，且有利于拓展所采集环境能量的频带宽度，具有宽频带、大功率电能输出的能量采集特点。

2）本实用新型采用帽状放大结构9与气隙10配合设计，可实现轴向和径向双方向环境振动能量的单独采集，便于满足不同环境振幅及频率的采集需求；采用磁致伸缩材料来进行能量提取，可工作在较大的应力负载及冲击振动环境中；旋转旋紧螺钉6以挤压碟簧5，可实现装置预压应力的调整，有利于环境振动能量的高效采集及机电能量的高效转换，能量采集器具有双向、高性能、高可靠性的特点。

3）本实用新型结构简单，组装部件少，能量采集效率高，稳定性好，适用于复杂环境下宽频带、宽幅值、瞬时冲击振动能量的采集，可满足自供能技术中大功率电能输入的需求。

附图说明

图1是双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器包括上端板1、上质量块2、磁致伸缩材料3、下质量块4、碟簧5、旋紧螺钉6、下端板7、拾取线圈8、帽状放大结构9、气隙10、永磁体11、侧端板12；采集器本体从上到下分别为上端板1、上质量块2、磁致伸缩材料3、下质量块4、碟簧5、旋紧螺钉6、下端板7，其中下质量块4与旋紧螺钉6配合用于定位碟簧5，通过旋转旋紧螺钉6以挤压碟簧5可调节装置工作的预压应力；采集器本体由内到外分别为磁致伸缩材料3、拾取线圈8、帽状放大结构9、气隙10、永磁体11、侧端板12，其中拾取线圈8均匀绕制在磁致伸缩材料3的表面，帽状放大结构9的上、下端分别固定在上端板1与下端板7的卡槽内，永磁体11粘贴在帽状放大结构9的外表面，永磁体端面粘接在侧端板12内；上端板1侧面与侧端板12间存在气隙10。

所述的帽状放大结构9的材质为不导磁的黄铜合金。所述的上端板1、上质量块2、下质量块4、旋紧螺钉6、下端板7和侧端板12的材质均采用高导磁特性的10号钢。所述的永磁体11材质为钕铁硼永磁材料，采用轴向方向充磁。所述的下质量块4与旋紧螺钉6为间隙配合，下质量块4采用阶梯式结构。所述的旋紧螺钉6与下端板7之间的螺纹螺距配合为1mm。所述的下端板7与侧端板12间为相互独立的两体结构，侧端板12的下端面与下端板7间无间隙。所述的下质量块4下端面与旋紧螺钉6凹槽面间具有4-5mm的结构调整间距。所述的上端板1侧面与侧端板12间的气隙10长度为2-3mm。

本实用新型的工作过程如下：旋转旋紧螺钉6挤压碟簧5，调整采集器工作时的预压应力，将采集器放置于环境中，轴向或径向环境应力载荷的作用，将使帽状放大结构9产生结构形变，这一变形使得环境应力作用在磁致伸缩材料上，导致磁致伸缩材料内产生压磁效应，进而产生发电效果，同时，帽状放大结构9的变形还将使得采集器中气隙10的长度发生改变，进而改变磁致伸缩材料内的磁场强度，产生电磁发电的效果，两部分发电效果的叠加能实现采集器高性能的振动能量采集。

Claims (9)

1.一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于包括上端板（1）、上质量块（2）、磁致伸缩材料（3）、下质量块（4）、碟簧（5）、旋紧螺钉（6）、下端板（7）、拾取线圈（8）、帽状放大结构（9）、气隙（10）、永磁体（11）、侧端板（12）；采集器本体从上到下分别为上端板（1）、上质量块（2）、磁致伸缩材料（3）、下质量块（4）、碟簧（5）、旋紧螺钉（6）、下端板（7），其中下质量块（4）与旋紧螺钉（6）配合用于定位碟簧（5），通过旋转旋紧螺钉（6）以挤压碟簧（5）可调节装置工作的预压应力；采集器本体由内到外分别为磁致伸缩材料（3）、拾取线圈（8）、帽状放大结构（9）、气隙（10）、永磁体（11）、侧端板（12），其中拾取线圈（8）均匀绕制在磁致伸缩材料（3）的表面，帽状放大结构（9）的上、下端分别固定在上端板（1）与下端板（7）的卡槽内，永磁体（11）粘贴在帽状放大结构（9）的外表面，永磁体端面粘接在侧端板（12）内；上端板（1）侧面与侧端板（12）间存在气隙（10）。

2.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的帽状放大结构（9）的材质为不导磁的黄铜合金。

3.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的上端板（1）、上质量块（2）、下质量块（4）、旋紧螺钉（6）、下端板（7）和侧端板（12）的材质均采用高导磁特性的10号钢。

4.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的永磁体（11）材质为钕铁硼永磁材料，采用轴向方向充磁。

5.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的下质量块（4）与旋紧螺钉（6）为间隙配合，下质量块（4）采用阶梯式结构。

6.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的旋紧螺钉（6）与下端板（7）之间的螺纹螺距配合为1mm。

7.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的下端板（7）与侧端板（12）间为相互独立的两体结构，侧端板（12）的下端面与下端板（7）间无间隙。

8.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的下质量块（4）下端面与旋紧螺钉（6）凹槽面间具有4-5mm的结构调整间距。

9.根据权利要求1所述的一种双向磁致伸缩式宽频振动能量采集器，其特征在于：所述的上端板（1）侧面与侧端板（12）间的气隙（10）长度为2-3mm。