CN212305096U - 一种旋转式振动能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种旋转式振动能量采集器，由感应线圈、球形永磁体、圆柱形永磁体、保护外壳、短螺栓和长螺栓组成；所述感应线圈呈圆周分布形成线圈阵列，并通过短螺栓把线圈阵列固定在特制的塑料保护外壳上表面；所述球形永磁体静止在圆柱形永磁体的平衡位置。在外加激励的条件下，球形永磁体会以平衡位置到圆柱形永磁体中心的距离为半径，绕着圆柱体永磁体中心做圆周运动，同时与感应线圈发生相对运动，引起感应线圈内的磁通量发生变化，从而产生感应电动势；所述圆柱形永磁体被长螺栓固定在保护外壳内。该实用新型结构简单，能适应多方向的振动，其操作简便，能广泛用于振动能量采集领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及振动能量采集领域，具体涉及一种旋转式振动能量采集器。
背景技术
随着物联网的快速发展，具有无线联网功能的无线传感器已经在环境监测、物流追踪、智能穿戴和医疗电子等领域得到了广泛应用。无线传感器的长期供电技术也应该得到进一步的发展，采集环境中的能量来代替干电池为其供电具有十分重要的意义。环境能量采集是基于一定的能量转换机理，将自然界中的可再生能源转换成电能，供用电设备使用。通过研究自然环境中的各种能源，人们发现机械振动无处不在，不受环境天气、温度等自然条件的影响，相比其他可再生能源振动能具有较大的优势。振动能量的能量密度处于可被有效收集的范围，也能满足微功耗电子器件的功耗需求。因此，振动能量采集技术很适合医疗健康检测、无线传感器节点、有源射频传感器等微功耗设备的供能。振动能量的采集方式主要有电磁式、压电式、静电式和磁滞伸缩式，由于电磁式振动能量采集器的输出功率较大、结构简单而被广大学者研究。
本实用新型提供了一种旋转式振动能量采集器，创新性的提出了基于永磁吸力的滚动型拾振系统，其结构简单，操作难度低，能适应多方向的振动能量采集。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种旋转式振动能量采集器，解决旋转系统的振动能量采集的问题。
为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
本实用新型所述的一种旋转式振动能量采集器，包括感应线圈、球形永磁体、圆柱形永磁体、保护外壳、短螺栓和长螺栓；其特征在于：所述感应线圈被短螺栓固定在保护外壳的上表面；所述球形永磁体位于圆柱形永磁体的平衡位置，在外加激励下球形永磁体能在圆柱形永磁体上做圆周运动；所述圆柱形永磁体被长螺栓固定在保护外壳的内部凹槽里。
所述感应线圈沿着球形永磁体的运动轨迹呈圆周分布；感应线圈的直径和球形永磁体的直径相等，感应线圈的层数根据所选感应线圈的结构特性决定，如感应线圈线径。
所述圆柱形永磁体的直径应大于2倍球形永磁体的直径，以保证球形永磁体能在圆柱形永磁体上做圆周运动；圆柱形永磁体的高度应小于5mm，以减小球形永磁体受到的磁阻力，使得系统在外来激励下，球形永磁体能够运动，同时也保证装置体积的小巧。
所述短螺栓、长螺栓、保护外壳均为塑料制品，短螺栓用于固定感应线圈；保护外壳的底部凹槽用于限定圆柱形永磁体的径向运动；长螺栓用于限定圆柱形永磁体的轴向运动。
本实用新型所述的旋转式振动能量采集器，由圆柱形永磁体和球形永磁体组成永磁体阵列作为磁体部分，当球形磁体在圆柱形磁体上运动时，通过感应线圈的磁通量将会发生变化，同时产生感应电动势。
本实用新型具有以下效果：通过圆柱形永磁体和球形永磁体的组合，磁力线能在球形永磁体上方聚集，可以增大通过感应线圈的磁通密度，在外加激励下，能使感应线圈产生较大的感应电压，从而提高转换效率；通过两个永磁体的相互作用，球形永磁体在激励条件下可绕长螺栓旋转，从而实现采集多方向振动能量，提高能量转换效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的三视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、感应线圈，2、球形永磁体，3、圆柱形永磁体，4、保护外壳，5、短螺栓，6、长螺栓。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型具体实施作进一步说明。
如图1所示，一种旋转式振动能量采集器包括固定设置的一个圆柱形永磁体3，圆柱形永磁体3的上方还吸附着一块球形磁体2，在与圆柱形永磁体3平行的平面按圆周方向设置至少一层感应线圈1。由于球形磁体2是在圆柱形永磁体3旋转一周的运动方式，因此感应线圈1通常是以球形永磁体2的运动轨迹呈均匀的圆周分布，其中感应线圈1的数量可根据球形磁体2和圆柱形永磁体3的大小做相应的调整。
如图2俯视图所示，所述感应线圈1位于保护外壳4的上表面，感应线圈1沿着球形永磁体2的运动轨迹呈圆周分布，球形永磁体2旋转一周分别和各感应线圈产生相对运动，从而产生感应电动势。感应线圈1的绕制外径和球形永磁体2的直径相等，感应线圈1选择多于一层线圈时采用串联的方式连接每层线圈，以增强输出电动势。
如图2正视图所示，所述圆柱形永磁体3的直径应大于二倍球形永磁体2的直径，以保证球形永磁体2能在圆柱形永磁体3上做圆周运动；圆柱形永磁体3的高度应小于5mm，以减小球形永磁体2受到的磁阻力，同时也保证装置体积的小巧；该结构形式的磁铁组合，两者间发生相对运动时，运动摩擦远小于其他间隙配合的旋转结构，如轴承等。
圆柱形永磁体3和球形永磁体2都采用轴向磁化；通过圆柱形永磁体3和球形永磁体2的组合，磁力线能在球形永磁体上方聚集，可以增大通过感应线圈的磁通密度。
该能量收集器还包括保护外壳4、短螺栓5和长螺栓6，感应线圈1，球形永磁体2与圆柱形永磁体3均设置于保护外壳4中。通过保护外壳4底部的凹槽固定圆柱形永磁体3在径向上的运动；再用短螺栓5固定感应线圈1；最后用长螺栓限定圆柱形永磁体的轴向运动。
保护外壳4的顶部是可拆卸的盖板，方便固定感应线圈1，也便于对能量收集器内部的检查和维修，利于设备的正常运行。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种旋转式振动能量采集器，包括如下部分：感应线圈（1）、球形永磁体（2）、圆柱形永磁体（3）、保护外壳（4）、短螺栓（5）、长螺栓（6）；其特征在于：所述感应线圈（1）被短螺栓（5）固定在保护外壳（4）的上表面；所述球形永磁体（2）静止的放置在圆柱形永磁体（3）上，在外加激励下，球形永磁体（2）能在圆柱形永磁体（3）上做圆周运动；所述圆柱形永磁体（3）被长螺栓（6）固定在保护外壳（4）的内部凹槽里。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式振动能量采集器，其特征在于，所述感应线圈（1）沿着球形永磁体（2）的运动轨迹呈圆周分布；感应线圈（1）可以选择单层、双层或者多层线圈，在选用双层或多层线圈时采用串联的方式连接感应线圈（1）以增强输出电动势，感应线圈（1）的绕制外径和球形永磁体（2）的直径相等。
3.根据权利要求1所述的一种旋转式振动能量采集器，其特征在于，所述感应线圈（1）组成的阵列、圆柱形永磁体（3）和保护外壳（4）的中心位于同一轴线上。
4.根据权利要求1所述的一种旋转式振动能量采集器，其特征在于，所述圆柱形永磁体（3）的直径大于2倍球形永磁体（2）的直径，以保证球形永磁体（2）能在圆柱形永磁体（3）上做圆周运动。
5.根据权利要求1所述的一种旋转式振动能量采集器，其特征在于，所述圆柱形永磁体（3）的高度应小于5mm，以减小球形永磁体（2）受到的磁阻力，使得系统在外来激励下，球形永磁体（2）能够运动，同时也保证装置体积的小巧。
6.根据权利要求1所述的一种旋转式振动能量采集器，其特征在于，所述保护外壳（4）、短螺栓（5）和长螺栓（6）均为塑料制品，所述保护外壳（4）的底部凹槽用于限定圆柱形永磁体（3）的径向运动，长螺栓（6）用于限定圆柱形永磁体（3）的轴向运动，所述短螺栓（5）用于固定感应线圈（1）。
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| CN201921582865.8U CN212305096U (zh) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | 一种旋转式振动能量采集器 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113175410A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-07-27 | 山东理工大学 | 一种全风向风柱发电装置 |
| CN114400860A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-26 | 郑州大学 | 一种磁旋摆碰撞式的非线性电磁振动能量俘获装置 |
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2019
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