CN211457018U - 一种电磁振动能量收集器 - Google Patents

Abstract

一种电磁振动能量收集器，包括：下基板，所述下基板提供支撑基础；上基板，所述上基板设置在下基板上；所述上基板包括但不限于为方形，所述上基板面向所述下基板一侧具有方形凹槽，所述方形凹槽内设置有磁铁阵列；所述下基板包括：支撑框体、内质量块、蛇形线圈和运动组件，所述内质量块设置在所述支撑框体内侧，所述支撑框体内侧的边角处设置所述运动组件与所述内质量块连接，所述蛇形线圈设置在所述内质量块上。本实用新型的电磁振动能量收集器，结构紧凑，适合器件的微型化；电磁式振动能量收集器的能量收集效率高、器件的可靠性高和使用寿命长、可批量生产且可与智能控制系统集成，可采用MEMS技术制备。

Description

一种电磁振动能量收集器

技术领域

本实用新型涉及一种电磁振动能量收集器，属微能源技术相关领域。

背景技术

能量收集器可拾取环境能量(如辐射、温差、振动等)并转化为电能为系统供电。与传统的电化学电池比较，能量收集器具有经济、环保且理论上无寿命限制等优点，因此符合能源的未来发展趋势，非常适合于为物联网、可穿戴设备等新兴领域提供电能。太阳能、电磁辐射、温差、振动等都是可拾取的环境能源，与其它环境能源相比，振动是一种分布广泛的能量源，因此，振动能量收集器具有广阔的发展和应用前景。

振动能量是自然界中最普遍存在的一种能量,收集的方式包括压电式、电磁式静电式等。在各种类型的振动能量收集器中，基于法拉第电磁感应原理的电磁式振动能量收集器的发展最为成熟。电磁式式能量收集器一般采用悬臂梁结构,与其他方式的收集方式相比,具有相当简单的结构,能量密度高,可采用微机械(MEMS)加工工艺制作等优点,成为近年能量收集器领域的热点。

目前大部分基于电磁效应的振动能量收集器都存在着一些缺点:现有的电能量收集器输出电压/功率率过低,难以满足能量存储及驱动器件的要求；体积大、功耗高、成本高、不易批量化生产、灵敏度低、抗过载能力弱、动态范围小和不可集成，难以嵌入电子、信息与智能控制系统中。

基于这些问题，有必要提供一种新的电磁式振动能量收集器，以有效改善电磁式振动能量收集器的能量收集效率、器件的可靠性和使用寿命以及缩小体积、可批量生产且可与智能控制系统集成。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了

一种电磁振动能量收集器，包括：

下基板，所述下基板提供支撑基础；

上基板，所述上基板设置在下基板上；

所述上基板包括但不限于为方形，所述上基板面向所述下基板一侧具有方形凹槽，所述方形凹槽内设置有磁铁阵列；

所述下基板包括：支撑框体、内质量块、蛇形线圈和运动组件，所述内质量块设置在所述支撑框体内侧，所述支撑框体内侧的边角处设置所述运动组件与所述内质量块连接，所述蛇形线圈设置在所述内质量块上。

可选地，所述上基板上的磁铁阵列由多个磁体沿X方向平行排列组成，所述磁铁阵列中的磁体S极、N极相间排列，所述的磁铁阵列对应所述蛇形线圈的位置并位于所述蛇形线圈上方。

可选地，所述蛇形线圈呈蛇形弯折状，为回折型结构，所述蛇形线圈沿Y轴设置，所述蛇形线圈的弯折处沿X轴方向设置。

可选地，所述运动组件包括：第一运动机构，第二运动机构，第三运动机构和第四运动机构，所述第一运动机构，第二运动机构，第三运动机构，第四运动机构分别设置在所述支撑框体内侧的边角处。

可选地，相邻的所述第一运动机构，第二运动机构，第三运动机构，第四运动机构相互对称的设置在支撑框体内侧，所述第一运动机构，第二运动机构，第三运动机构，第四运动机构布置方向相互平行，均沿Y轴方向设置。

可选地，所述第一运动机构，第二运动机构，第三运动机构，第四运动机构结构相同，均由第一运动弹性梁、第二运动弹性梁、运动连接块、运动连接梁组成，所述运动连接梁设置在所述运动连接块一端，所述第一运动弹性梁、第二运动弹性梁分别设置在所述运动连接块两侧并且一端分别与所述运动连接梁连接，所述第一运动弹性梁、第二运动弹性梁另一端分别与所述内质量块连接，所述运动连接块另一端与所述支撑框体连接。

可选地，所述第一运动弹性梁、第二运动弹性梁及运动连接块均沿Y轴方向设置。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的电磁振动能量收集器，结构紧凑，适合器件的微型化；电磁式振动能量收集器的能量收集效率高、器件的可靠性高和使用寿命长、可批量生产且可与智能控制系统集成，可采用MEMS技术制备。

附图说明

本实用新型的上述和(或)附加的方面的优点结合下面附图对实施例的描述将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型整体结构图；

图2为本实用新型下基板结构图；

图3为本实用新型上基板结构图；

图4为本实用新型磁铁阵列截面示意图；

图5为本实用新型运动梁结构图；

图中所示，附图标记清单如下：

1-上基板，2-支撑框体，3-内质量块，4-蛇形线圈，5-第一运动机构，6-第二运动机构，7-第三运动机构，8-第四运动机构，9-方形凹槽，10-磁铁阵列，11-第一运动弹性梁，12-第二运动弹性梁，13-运动连接块，14-运动连接梁。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-3所示，一种电磁振动能量收集器，包括：

下基板，所述下基板提供支撑基础；

上基板1，所述上基板1设置在下基板上；

所述上基板1包括但不限于为方形，所述上基板1面向所述下基板一侧具有方形凹槽9，所述方形凹槽9内设置有磁铁阵列10；

所述下基板包括：支撑框体2、内质量块3、蛇形线圈4和运动组件，所述内质量块3设置在所述支撑框体2内侧，所述支撑框体2内侧的边角处设置所述运动组件与所述内质量块3连接，所述蛇形线圈4设置在所述内质量块3上。

如图3、4所示，所述上基板1上的磁铁阵列10由多个磁体沿X方向平行排列组成，优选的，所述磁体可以为条形磁体。所述磁铁阵列10中的磁体S极、N极相间排列，所述的磁铁阵列10对应所述蛇形线圈4的位置并位于所述蛇形线圈4上方。

如图2所示，所述蛇形线圈4呈蛇形弯折状，为回折型结构，所述蛇形线圈4沿Y轴设置，所述蛇形线圈的弯折处沿X轴方向设置。当所述蛇形线圈4沿着X方向运动时，根据法拉利电磁感应定律，切割磁场的导线会在导线两端产生电动势。

如图2所示，所述运动组件包括：第一运动机构5，第二运动机构6，第三运动机构7和第四运动机构8，所述第一运动机构5，第二运动机构6，第三运动机构7，第四运动机构8分别设置在所述支撑框体2内侧的边角处。相邻的所述第一运动机构5，第二运动机构6，第三运动机构7，第四运动机构8相互对称的设置在支撑框体2内侧。所述第一运动机构5，第二运动机构6，第三运动机构7，第四运动机构8布置方向相互平行，均沿Y轴方向设置。

如图2、5所示，所述第一运动机构5，第二运动机构6，第三运动机构7，第四运动机构8结构相同，同为回折梁结构，回折梁结构为细条状梁状结构，其尺寸大小可根据应用环境和刚度系数确定。

如图2、5所示，所述第一运动机构5，第二运动机构6，第三运动机构7，第四运动机构8均由第一运动弹性梁11、第二运动弹性梁12、运动连接块13、运动连接梁14组成，所述运动连接梁14设置在所述运动连接块13一端，所述第一运动弹性梁11、第二运动弹性梁12分别设置在所述运动连接块13两侧并且一端分别与所述运动连接梁14连接。所述第一运动弹性梁11、第二运动弹性梁12另一端分别与所述内质量块3连接，所述运动连接块13另一端与所述支撑框体2连接。

所述第一运动弹性梁11、第二运动弹性梁12及运动连接块13均沿Y轴方向设置。所述第一运动弹性梁11、第二运动弹性梁12与运动连接块13构成的间隙宽度为运动方向的位移量。

本实用新型的原理如下：

外力作用下驱动内质量块在X方向谐振。内质量块将带动蛇形线圈在X方向振动，切割上基板磁体阵列产生的磁感线，从而在蛇形线圈两端产生电动势。

本实用新型的电磁式振动能量收集器具有较高的能量收集效率、输出功率和输出功率密度(W/cm2)；改善了电磁式振动能量收集器的可靠性和使用寿命，简化了器件制作难度；易于批量制造、制造成本低及易于小型化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种电磁振动能量收集器，其特征在于，包括：

下基板，所述下基板提供支撑基础；

上基板(1)，所述上基板(1)设置在下基板上；

所述上基板(1)包括但不限于为方形，所述上基板(1)面向所述下基板一侧具有方形凹槽(9)，所述方形凹槽(9)内设置有磁铁阵列(10)；

所述下基板包括：支撑框体(2)、内质量块(3)、蛇形线圈(4)和运动组件，所述内质量块(3)设置在所述支撑框体(2)内侧，所述支撑框体(2)内侧的边角处设置所述运动组件与所述内质量块(3)连接，所述蛇形线圈(4)设置在所述内质量块(3)上。

2.根据权利要求1所述的电磁振动能量收集器，其特征在于，所述上基板(1)上的磁铁阵列(10)由多个磁体沿X方向平行排列组成，所述磁铁阵列(10)中的磁体S极、N极相间排列，所述的磁铁阵列(10)对应所述蛇形线圈(4)的位置并位于所述蛇形线圈(4)上方。

3.根据权利要求1所述的电磁振动能量收集器，其特征在于，所述蛇形线圈(4)呈蛇形弯折状，为回折型结构，所述蛇形线圈(4)沿Y轴设置，所述蛇形线圈的弯折处沿X轴方向设置。

4.根据权利要求1所述的电磁振动能量收集器，其特征在于，所述运动组件包括：第一运动机构(5)，第二运动机构(6)，第三运动机构(7)和第四运动机构(8)，所述第一运动机构(5)，第二运动机构(6)，第三运动机构(7)，第四运动机构(8)分别设置在所述支撑框体(2)内侧的边角处。

5.根据权利要求4所述的电磁振动能量收集器，其特征在于，相邻的所述第一运动机构(5)，第二运动机构(6)，第三运动机构(7)，第四运动机构(8)相互对称的设置在支撑框体(2)内侧，所述第一运动机构(5)，第二运动机构(6)，第三运动机构(7)，第四运动机构(8)布置方向相互平行，均沿Y轴方向设置。

6.根据权利要求4或5所述的电磁振动能量收集器，其特征在于，所述第一运动机构(5)，第二运动机构(6)，第三运动机构(7)，第四运动机构(8)结构相同，均由第一运动弹性梁(11)、第二运动弹性梁(12)、运动连接块(13)、运动连接梁(14)组成，所述运动连接梁(14)设置在所述运动连接块(13)一端，所述第一运动弹性梁(11)、第二运动弹性梁(12)分别设置在所述运动连接块(13)两侧并且一端分别与所述运动连接梁(14)连接，所述第一运动弹性梁(11)、第二运动弹性梁(12)另一端分别与所述内质量块(3)连接，所述运动连接块(13)另一端与所述支撑框体(2)连接。

7.根据权利要求6所述的电磁振动能量收集器，其特征在于，所述第一运动弹性梁(11)、第二运动弹性梁(12)及运动连接块(13)均沿Y轴方向设置。

Images