CN208797809U - 一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，该装置包括依次连接的磁悬浮式振动能量采集模块、同步提取接口电路及超级电容储能模块，磁悬浮式振动能量采集模块包括U型铜支架、固定在U型铜支架底板上的圆柱形外壳、以及对称固定在圆柱形外壳顶部、底部的顶部固定永磁体和底部固定永磁体，顶部固定永磁体和底部固定永磁体之间同轴设有第一悬浮永磁体和第二悬浮永磁体，U型铜支架的两侧板上分别对称设有两块铁芯，铁芯内部放置感应线圈，感应线圈缠绕在圆柱形外壳外表面，感应线圈引出导线接入同步提取接口电路的输入端。与现有技术相比，本实用新型具有能量损耗小、提高能量采集强度、增宽能量采集装置采能的频带范围等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及振动能量采集技术领域，尤其是涉及一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置。
背景技术
近年来，随着微型电机与智能控制技术的日趋广泛，在如何有效应对供电问题上却没有得到显著的改进，成为了制约其应用的瓶颈问题之一。传统的电池供电方式存在寿命短、需要经常更换等缺点，针对此问题，收集自然环境能量并转换为电能成为目前研究的热点之一。现有的将振动能量转化为电能的采集装置很少，且大多装置体积过大且笨重，实际应用范围过小；少数以研究为目的的实验样机体积能够实现小体积，但其所转换的电量过于微弱，且结构不稳定，实用性差，使其应用范围有限，且应用价值较小。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，该装置包括依次连接的磁悬浮式振动能量采集模块、同步提取接口电路及超级电容储能模块，所述的磁悬浮式振动能量采集模块包括U型铜支架、固定在U型铜支架底板上的圆柱形外壳、以及对称固定在圆柱形外壳顶部、底部的固定永磁体，顶部固定永磁体与底部固定永磁体之间同轴设有第一悬浮永磁体和第二悬浮永磁体，U型铜支架的两侧板上分别对称设有两块铁芯，铁芯内部设有感应线圈，感应线圈缠绕在圆柱形外壳外表面，感应线圈引出导线接入同步提取接口电路的输入端。
优选地，超级电容储能模块包括多个超级电容单元，每个超级电容单元包括超级电容单体和并联的均压电阻，多个超级电容单元并联组成超级电容阵列。
优选地，所述的同步提取接口电路由二极管桥式整流电路、同步电感L、电子开关S和二极管D组成。
优选地，顶部固定永磁体与第一悬浮永磁体之间、第一悬浮永磁体与第二悬浮永磁体之间、第二悬浮永磁体与底部固定永磁体之间的磁极相斥设置。
优选地，两块铁芯的中心分别与第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体的中心位于同一平面上。
优选地，第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体的上下两端设有钢片。
优选地，所述的第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体的两侧各设有两处凹槽。
优选地，所述的凹槽内设有铜珠。
优选地，第一悬浮永磁体和第二悬浮永磁体处于平衡位置时，顶部固定永磁体与第一悬浮永磁体之间、第一悬浮永磁体与第二悬浮永磁体之间、第二悬浮永磁体与底部固定永磁体之间具有相同间距。
优选地，顶部固定永磁体、第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体和底部固定永磁体的直径相同，且小于圆柱形外壳的内径。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型装置通过两块悬浮永磁体相互藕合形成双自由度系统，具有两个谐振频率，增宽了能量采集装置采能的频带范围，可较好地适应结构振动振幅小和频率低的情况；
(2)本实用新型装置中的第一悬浮永磁体与第二悬浮永磁体在自身重力与电磁阻尼的相互作用下往复运动，使固定感应线圈中的磁通量发生改变，且圆柱形外壳外部放置了铁芯，第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体的上下两端还设有钢片，进一步增强了磁场强度，使线圈中的磁感应变强；
(3)本实用新型装置中的第一悬浮永磁体与第二悬浮永磁体设有凹槽，凹槽中设有铜珠，使得悬浮永磁体运动摩擦力小，能量损失小，能够有效的将外部结构的振动能量转化为电能；
(4)本实用新型装置利用电磁感应定律振动能量转换为电能，为无线传感节点的工作提供了能源，在节能减排方面有积极意义。
附图说明
图1为本实用新型装置的剖视结构示意图；
图2为本实用新型中同步提取接口电路示意图；
图3为本实用新型中超级电容储能模块示意图；
图1中标号所示：
1、顶部固定永磁体，2、钢片，3、第一悬浮永磁体，4、铁芯，5、铜珠，6、第二悬浮永磁体，7、感应线圈，8、圆柱形外壳，9、底部固定永磁体，10、U型铜支架，11、同步提取接口电路，12、超级电容储能模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
如图1所示，本实用新型涉及一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，该装置包括磁悬浮式振动能量采集模块、同步提取接口电路11及超级电容储能模块12。磁悬浮式振动能量采集模块、同步提取接口电路11及超级电容储能模块12依次连接。
磁悬浮式振动能量采集模块由顶部固定永磁体1、钢片2、第一块悬浮永磁体3、铁芯4、铜珠5、第二块悬浮永磁体6、感应线圈7、圆柱形外壳8、底部固定永磁体9及U型铜支架10组成。圆柱形外壳8固定在U型铜支架10的底板上。顶部固定永磁体1和底部固定永磁体9固定在圆柱形外壳8的上下两端，顶部固定永磁体1、第一悬浮永磁体3、第二悬浮永磁体6和底部固定永磁体9同轴设置，相邻永磁体间留有相同间隙；相邻的两个永磁体的对应部的磁极相同达到相互排斥，使第一悬浮永磁体3和第二悬浮永磁体6悬浮在圆柱形外壳8内部。顶部固定永磁体1、第一悬浮永磁体3、第二悬浮永磁体6和底部固定永磁体9的直径相同，且小于圆柱形外壳8的内径。
第一悬浮永磁体3和第二悬浮永磁体6左右两侧各设有两处凹槽，铜珠5设置于凹槽内，有利于悬浮永磁体上下自由移动。钢片2固定在第一悬浮永磁体3、第二悬浮永磁体6的上下两端，有利于增加磁场强度。U型铜支架10的两侧板上分别对称设有两块铁芯4，且铁芯4置于圆柱形外壳8的外部，铁芯4的中心与第一悬浮永磁体3和第二悬浮永磁体6的中心在同一平面上。感应线圈7置于铁芯4内部并缠绕在圆柱形外壳8外部，感应线圈7串联缠绕，并由导线接入同步提取接口电路11的输入端。
同步提取接口电路11由二极管桥式整流电路、同步电感和电子开关组成。所谓同步是指：电能的提取过程与机械振动的过程同步，如图2所示。
超级电容储能模块12由多个超级电容单元组成，每个超级电容单元包括超级电容单体和并联的均压电阻，各个单元间并联组成超级电容阵列，如图3所示。超级电容充放电迅速可靠且寿命长。
本实用新型的工作原理为：
在受到外部激励后，振动能量采集装置中的第一悬浮永磁体3和第二悬浮永磁体6会随之上下振动，即与外部的感应线圈7发生相对运动，改变通过感应线圈7的磁通量，使感应线圈7两端产生感应电动势，利用同步提取接口电路11对采集到的电能进行变换，具体为：
首先通过桥式整流电路，将线圈中的交流电整流为直流。电子开关S闭合时进行电荷提取，线圈中的电能转移至电感中。当电荷从线圈中全部转移，再次打开开关，电感中的电荷通过续流二极管转移至电容器。同步提取接口电路11输出的电能由超级电容储能模块12存储，实现振动的能量采集。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，该装置包括依次连接的磁悬浮式振动能量采集模块、同步提取接口电路(11)及超级电容储能模块(12)，所述的磁悬浮式振动能量采集模块包括U型铜支架(10)、固定在U型铜支架(10)底板上的圆柱形外壳(8)、以及对称固定在圆柱形外壳(8)顶部、底部的顶部固定永磁体(1)和底部固定永磁体(9)，顶部固定永磁体(1)和底部固定永磁体(9)之间同轴设有第一悬浮永磁体(3)和第二悬浮永磁体(6)，U型铜支架(10)的两侧板上分别对称设有两块铁芯(4)，铁芯(4)内部放置感应线圈(7)，感应线圈(7)缠绕在圆柱形外壳(8)外表面，感应线圈(7)引出导线接入同步提取接口电路(11)的输入端，第一悬浮永磁体(3)、第二悬浮永磁体(6)的顶部和底部设有钢片(2)，顶部固定永磁体(1)、第一悬浮永磁体(3)、第二悬浮永磁体(6)和底部固定永磁体(9)的直径相同，且小于圆柱形外壳(8)的内径。
2.根据权利要求1所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，超级电容储能模块(12)包括多个超级电容单元，每个超级电容单元包括超级电容单体和并联的均压电阻，多个超级电容单元并联组成超级电容阵列。
3.根据权利要求1所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，所述的同步提取接口电路(11)由二极管桥式整流电路、同步电感L、电子开关S和二极管D组成。
4.根据权利要求1所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，顶部固定永磁体(1)与第一悬浮永磁体(3)之间、第一悬浮永磁体(3)与第二悬浮永磁体(6)之间、第二悬浮永磁体(6)与底部固定永磁体(9)之间的磁极相斥设置。
5.根据权利要求1所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，两块铁芯(4)的中心分别与第一悬浮永磁体(3)、第二悬浮永磁体(6)的中心位于同一平面上。
6.根据权利要求1所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，所述的第一悬浮永磁体(3)、第二悬浮永磁体(6)的两侧各设有两处凹槽。
7.根据权利要求6所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，所述的凹槽内设有铜珠(5)。
8.根据权利要求1所述的一种双自由度磁悬浮式振动能量采集装置，其特征在于，第一悬浮永磁体(3)和第二悬浮永磁体(6)处于平衡位置时，顶部固定永磁体(1)与第一悬浮永磁体(3)之间、第一悬浮永磁体(3)与第二悬浮永磁体(6)之间、第二悬浮永磁体(6)与底部固定永磁体(9)之间具有相同间距。
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| CN112260582A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-22 | 上海工程技术大学 | 一种磁悬浮压电式振动能量采集装置 |
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2018
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| CN112260582B (zh) * | 2020-10-30 | 2021-08-06 | 上海工程技术大学 | 一种磁悬浮压电式振动能量采集装置 |
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