JP6875713B1

JP6875713B1 - 電磁複合振動エネルギー収集器

Info

Publication number: JP6875713B1
Application number: JP2020146865A
Authority: JP
Inventors: 愛栄劉; 智誠楊; 暁勇胡; 永輝黄; 運成何; 継陽傅
Original assignee: Guangzhou Municipal Administration Engineering Design Research Institute
Current assignee: Guangzhou Municipal Administration Engineering Design Research Institute
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2040-09-01
Also published as: CN111490703A; JP2021170915A

Abstract

【課題】応用環境をさらに広げ、より多くのエネルギーを得ることができる電磁複合振動エネルギー収集器を提供する。【解決手段】ベース層２と、永久磁石構成要素と、圧電層３と、ベース振動台１上に配置された支持フレーム４とを備える電磁複合振動エネルギー収集器である。ベース層は、両端がねじりばね５を介して支持フレームの2つの対向する裏側壁に着脱可能に取り付けられた円弧状アーチ構造である。ベース層がねじりばねを介して支持フレームに着脱可能に取り付けられているため、異なる剛性のねじりばねを交換するだけで、アーチの異なる拘束状態を実現することができ、これによって、このアーチ構造の固有周波数の調整を達成する。さらに、この収集器は圧電効果と電磁効果から生じた電流を同時に収集する。【選択図】図１

Description

本発明は、振動エネルギーの収集技術分野に関するもので、より詳細には、電磁複合振動エネルギー収集器に関するものである。

既存の圧電式振動エネルギー収集器は、単一のエネルギーの収集しか実現できず、収集エネルギー効率が低いため、従来の問題を解決するために新しい振動エネルギー収集器を提供する必要がある。

中国特許出願公開第106357083号

本発明は、だるまベースとだるまカバーとを備え、だるまカバー内に配置され、だるまベースに固定された少なくとも1つの振動エネルギー収集ユニットをさらに備える自己平衡直線電磁式振動エネルギー収集器を開示する。前記振動エネルギー収集ユニットは、ハウジングと、ハウジング上に周方向に沿って巻回されたコイルと、ハウジング内の頂部または/および底部に配置され、外部振動に応答するための振動子と、振動部材上に配置され、ハウジングに垂直に支持された磁石アセンブリとを備える。直線式構造を採用することにより、半径方向の寸法を大幅に減少させ、かつ、磁石アセンブリとコイルとを合わせた電磁収集方式を介して、振動時に磁石アセンブリには、垂直コイルの平面にて上下運動して誘導起電力を発生させることができ、5〜10 HZ以内の超低周波電圧を収集することができ、収集効率をさらに向上させる。だるま構造外部設計を用いることで自己平衡が達成され、持ち運びが容易にし、厳しい環境要求が不要となるので、応用環境をさらに広げ、より多くのエネルギーを得ることができる。

本発明の第１の目的は、上記問題を解決するために、電磁複合振動エネルギー収集器を提供する。

本発明の用いる技術方案は、以下のとおりである。

ベース層と、永久磁石構成要素と、圧電層と、ベース振動台上に配置された支持フレームとを備え、
前記ベース層は、両端がねじりばねを介して前記支持フレームの2つの対向する裏側壁に着脱可能に取り付けられた円弧状アーチ構造であり、
前記永久磁石構成要素は、第1永久磁石、第2永久磁石、および第3永久磁石を備え、前記第1永久磁石は、前記ベース層の中心位置に配置され、前記第2永久磁石、第3永久磁石は、前記第1永久磁石と同一鉛直面内にあり、かつ、前記第1永久磁石は、前記第2永久磁石と第3永久磁石との間に位置し、ここで、前記第1永久磁石の上表面磁性は、前記第2永久磁石の下表面磁性と同じであり、前記第1永久磁石の下表面磁性は、前記第3永久磁石の上表面磁性と同じであり、
前記第2永久磁石は、第2弾性部材を介して前記支持フレームの裏天盤に取り付けられ、かつ、鉛直方向において、前記第2永久磁石は、第1閉合コイルで囲まれている。および/または、前記第3永久磁石は、第3弾性部材を介して前記支持フレームの裏底壁に取り付けられ、かつ、鉛直方向において、前記第3永久磁石は、第2閉合コイルで囲まれて、
前記圧電層は、前記ベース層の長手方向に沿って前記ベース層上に設けられている電磁複合振動エネルギー収集器を提供することである。

代替的な実施の形態では、前記圧電層は、第1圧電層と第2圧電層を備え、前記第1圧電層と第2圧電層は、前記ベース層の上下両側に分布され、かつ、前記ベース層とサンドイッチのような構造を構成する。

代替的な実施の形態では、前記圧電層は、前記第1永久磁石の一側又は両側に配置されている。

代替的な実施の形態では、前記第1永久磁石を中心として、前記第1永久磁石の両側に対称的に配置されている。

代替的な実施の形態では、前記第2弾性部材は、コイルバネ、ゴムバネのうちの1種または複数種であり、
前記第3弾性部材は、コイルバネ、ゴムバネのうちの1種または複数種である。

本発明は、従来技術に比べて、以下有益な効果を有する。
ベース層がねじりばねを介して支持フレームに着脱可能に取り付けられているため、異なる剛性ねじりばねを交換するだけで、アーチの異なる拘束状態を実現することができ、これによって、アーチ構造の固有周波数の調整を達成する電磁複合振動エネルギー収集器を提供することを目的とする。さらに、この収集器は圧電効果と電磁効果から生じた電流を同時に収集することができ、収集器のエネルギー効率を大幅に向上させた。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例がさらに説明されるが、添付図面に基づいて本発明の実施形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、以下の記載における図面はただ本発明の一部の実施例に過ぎず、当業者の場合、創造的な労働を付与しない前提で、これらの図面によって他の図面を得ることができる

本発明の一実施形態にかかる電磁複合振動エネルギー収集器の構成図。

以下、発明を実施するための形態を組み合わせて本発明について更に説明する。

図1は、ベース層2と、永久磁石構成要素と、圧電層3と、ベース振動台1上に配置された支持フレーム4とを備える電磁複合振動エネルギー収集器の構造図を示す。

ベース層2は、両端がねじりばね5を介して支持フレーム4の2つの対向する裏側壁に着脱可能に取り付けられた円弧状アーチ構造である。ベース層2は、ねじりばね5を介して支持フレーム4の2つの対向する裏側壁に着脱可能に取り付けられているため、このアーチ構造の固定周波数を調整する必要がある場合には、異なる剛性のねじりばねを選択するだけで実現できる。異なる剛性のねじりばねを選択することによって、このアーチ構造の異なる拘束状態、例えば固定拘束、枢支拘束、非対称拘束と弾性拘束などを実現することができ、これによって、このアーチ構造の固有周波数を調整する目的を達成することができる。

永久磁石構成要素は、第1永久磁石6、第2永久磁石7、および第3永久磁石8を備え、第1永久磁石6は、ベース層2の中心位置に配置され、第2永久磁石7、第3永久磁石8は、前記第1永久磁石6と同一鉛直面内にあり、かつ、前記第1永久磁石6は、前記第2永久磁石7と第3永久磁石8との間に位置し、ここで、前記第1永久磁石6の上表面磁性は、前記第2永久磁石7の下表面磁性と同じであり、いずれもN極である。前記第1永久磁石6の下表面磁性は、前記第3永久磁石8の上表面磁性と同じであり、いずれもS極である。他の実施形態においては、前記第1永久磁石6の上表面磁性と前記第2永久磁石7の下表面磁性と、いずれもS極であり、前記第1永久磁石6の下表面磁性と前記第3永久磁石8の上表面磁性と、いずれもN極である。

前記第2永久磁石7は、第2弾性部材11を介して前記支持フレーム4の裏天盤に取り付けられ、かつ、鉛直方向において、前記第2永久磁石7は、第1閉合コイル12で囲まれている。ここで、第2弾性部材11は、コイルバネであることが好ましい。他の実施形態においては、この第2弾性部材11は、ゴムバネなどの他の弾性特性を持つ部材であってもよい。

前記第3永久磁石8は、第3弾性部材9を介して前記支持フレーム4の裏底壁に取り付けられ、かつ、鉛直方向において、前記第3永久磁石8は、第2閉合コイル10で囲まれている。ここで、第3弾性部材9は、コイルバネであることが好ましい。他の実施形態においては、この第3弾性部材9は、ゴムバネなどの他の弾性特性を持つ部材であってもよい。

前記圧電層3は、前記ベース層2の長手方向に沿って前記ベース層2上に設けられている。好ましくは、圧電層3が第1圧電層と第2圧電層を備え、前記第1圧電層と第2圧電層は、前記ベース層2の上下両側に分布され、かつ、前記ベース層2とサンドイッチのような構造を構成する。他の実施形態においては、圧電層3は、前記ベース層2の上側または下側に分布され、前記ベース層2と共に積層構造を構成してもよい。

代替的な実施の形態では、圧電層3は、前記第1永久磁石6の両側に設けられ、かつ、圧電層3は、前記第1永久磁石6を中心として、前記第1永久磁石6の両側に対称的に配置されている。他の実施形態においては、ベース層2の任意側にのみ圧電層を設けてもよいし、その第1永久磁石6の両側の圧電層が完全に同様または対称であることを保証することなく、ベース層2の両側に圧電層を同時に設けてもよい。好適実施形態として、前記圧電層3は、前記第1永久磁石6を中心として、前記ベース層2に沿って前記第1永久磁石6の両側に対称分布され、かつ、前記圧電層3が前記第1永久磁石6に近づくほど、この収集器の圧電効率がより高くなる。

本発明の上記実施形態に係る収集器の動作原理は、ベース振動台1によりベース層2に大幅な振動を与え、それにより圧電層3の機械的変形により電荷変化が生じ、さらに電流が形成されるとともに、ベース層2の往復振動過程において磁極反発作用により、フレーム上の第2永久磁石7および第3永久磁石8が第2弾性部材11および第3弾性部材の駆動により往復運動が発生することで、第1閉合コイル12および第2閉合コイル10の磁束が変化させて誘導電流を生成する。これにより、この収集器は圧電効果と電磁効果による電流を同時に収集し、収集器のエネルギー効率を大幅に向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

1 ベース振動台
2 ベース層
3 圧電層
4 支持フレーム
5 ねじりばね
6 第1永久磁石
7 第2永久磁石
8 第3永久磁石
9 第3弾性部材
10 第2閉合コイル
11 第2弾性部材
12 第1閉合コイル

Claims

電磁複合振動エネルギー収集器であって、
ベース層と、永久磁石構成要素と、圧電層と、ベース振動台上に配置された支持フレームとを備え、
前記ベース層は、両端がねじりばねを介して前記支持フレームの2つの対向する裏側壁に着脱可能に取り付けられた円弧状アーチ構造であり、
前記永久磁石構成要素は、第1永久磁石、第2永久磁石、および第3永久磁石を備え、前記第1永久磁石は、前記ベース層の中心位置に配置され、前記第2永久磁石、第3永久磁石は、前記第1永久磁石と同一鉛直面内にあり、かつ、前記第1永久磁石は、前記第2永久磁石と第3永久磁石との間に位置し、ここで、前記第1永久磁石の上表面磁性は、前記第2永久磁石の下表面磁性と同じであり、前記第1永久磁石の下表面磁性は、前記第3永久磁石の上表面磁性と同じであり、
前記第2永久磁石は、第2弾性部材を介して前記支持フレームの裏天盤に取り付けられ、かつ、鉛直方向において、前記第2永久磁石は、第1閉合コイルで囲まれており、および/または、前記第3永久磁石は、第3弾性部材を介して前記支持フレームの裏底壁に取り付けられ、かつ、鉛直方向において、前記第3永久磁石は、第2閉合コイルで囲まれて、前記圧電層は、前記ベース層の長手方向に沿って前記ベース層上に設けられていることを特徴とする電磁複合振動エネルギー収集器。
前記圧電層は、第1圧電層と第2圧電層を備え、前記第1圧電層と第2圧電層は、前記ベース層の上下両側に分布され、かつ、前記ベース層とサンドイッチのような構造を構成することを特徴とする請求項1に記載の電磁複合振動エネルギー収集器。
前記圧電層は、前記第1永久磁石の一側又は両側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の電磁複合振動エネルギー収集器。
前記圧電層は、前記第1永久磁石を中心として、前記第1永久磁石の両側に対称的に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の電磁複合振動エネルギー収集器。
前記第2弾性部材は、コイルバネ、ゴムバネのうちの1種または複数種であり、前記第3弾性部材は、コイルバネ、ゴムバネのうちの1種または複数種であることを特徴とする請求項1に記載の電磁複合振動エネルギー収集器。