CN108696089A - 一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器 - Google Patents

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张朋飞
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Abstract

本发明涉及一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，涉及振动能量采集领域。该装置包括调频旋钮、上端盖、上定位弹簧、上固定永磁体、上非导磁圆管、非导磁感应线圈夹具、非导磁螺纹杆螺母、非导磁螺纹杆、悬浮永磁体、感应线圈、下定位弹簧、下非导磁圆管、下固定永磁体、下端盖。所述调频旋钮可改变电磁式振动能量采集器结构以实现调节***的固有频率；所述上定位弹簧和下定位弹簧具有相同的劲度系数，能将非导磁感应线圈夹具始终定位在上端盖和下端盖的正中央；所述伸缩式磁悬浮拾振***的上非导磁圆管和下非导磁圆管，以交叉隔空形式镶嵌。本发明具有频带宽，能量采集效率高，装置结构简单，体积小，优良的抗疲劳性等优点。

Description

一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器
技术领域
本发明专利涉及一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器。
背景技术
环境普遍存在振动能量，通过振动能量采集器将振动能量转化为电能，为微电子设备供电，已成为当今研究热点课题。振动能量采集器主要有静电式、压电式和电磁式三种。静电式振动能量采集器工作需要外加电源，使其适用范围变窄；压电式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，便于集成化特点，但不易于工作在大应力冲击、高负载等复杂多变环境中，且其输出电功率较低；电磁式振动能量采集器依据法拉第电磁感应定律，原理简单，结构可靠，所以在振动能量采集领域得到了广泛关注。由于环境中的振动因素较为复杂，因此在不同的振动环境下须研制相应的能量采集器以保证采集器工作在共振条件下，从而获得较大的能量采集效率，这使得电磁式振动能量采集器结构繁多，难于规模化推广应用。为解决电磁式振动能量采集器的这一问题，相关文献对其进行了研究，如中国发明专利：CN104578910A、CN10551332A等。CN104578910A公开了一种L型结构内共振宽频振动能量采集器，作者基于一种弹簧片结构解决现有电磁式振动能量采集器普遍存在的频带宽较窄，能量采集效率低的问题；CN10551332A公开了一种阵列式微型电磁式宽频振动能量采集器，作者基于永磁阵列和弹簧拾振结构单元解决器件的磁通密度与输出功率低和拾振结构振幅不一的问题。当前电磁式宽频振动能量采集器的拾振***一般由弹簧和永磁质量块机械连接而成，这使得其表现出抗疲劳性差、噪声大和结构固化等不足，因此本发明专利首次创新性的提出了利用伸缩式磁悬浮结构的拾振***，以拓宽电磁式振动能量采集器的频带宽；并设计出了新型的拾振结构，以减小永磁体与导轨装置之间的摩擦，提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。
发明内容
针对现有电磁式振动能量采集器存在的不足，本发明专利提出一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，目的在于解决弹簧拾振***弹簧易疲劳，能量采集频带较窄和能量采集效率低的问题。
为达到上述目的，本发明专利解决技术问题所采用的技术方案如下所述。
一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，该装置包括调频旋钮、上端盖、上定位弹簧、上固定永磁体、上非导磁圆管、非导磁感应线圈夹具、非导磁螺纹杆螺母、非导磁螺纹杆、悬浮永磁体、感应线圈、下定位弹簧、下非导磁圆管、下固定永磁体、下端盖。其中上非导磁圆管、下非导磁圆管、上固定永磁体、下固定永磁体、悬浮永磁体构成可伸缩的拾振***，当外界振动位移作用在拾振***上时，悬浮永磁体响应振动对应的运动微分方程可描述为：
其中，分别为悬浮磁体的位移、速度、加速度，为拾振***在外加驱动力作用下产生的加速度。分别为悬浮磁体的质量、等效磁簧系数、***阻尼。由此得到的固有频率，又的大小与两固定永磁体距悬浮磁体的距离有关。
所述拾振***可通过调节调频旋钮，改变***结构引起等效磁簧系数发生变化，从而改变电磁式振动能量采集器的共振频率，达到拓宽电磁式振动能量采集器的频带宽。
所述上定位弹簧和下定位弹簧具有相同的劲度系数，能将非导磁感应线圈夹具始终定位在上端盖和下端盖的正中央，以保证悬浮永状磁体在振动时，始终位于感应线圈内部，从而使得感应圈能够捕获到最大磁通，减小拾振***漏磁，以提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。
伸缩式磁悬浮拾振***的上非导磁圆管和下非导磁圆管，以交叉隔空形式镶嵌，此设计在保证可轴向伸缩的同时，又有利于减小拾振***摩擦损耗，提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。
与现有技术相比，本发明专利所具有的有益效果。
本发明专利基于磁悬浮拾振***运行时的共振现象，设计特有的可伸缩磁悬浮结构，从而大大提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。调节调频旋钮来改变电磁式振动能量采集器的固有频率，可方便拓宽电磁式振动能量采集器的频带宽，提高其在不同振动环境下的适用性。由于该电磁式振动能量采集器结构简单、小巧、轻便，易于实现，因此适用环境更加广阔。
附图说明
图1为本发明专利的剖视图。
图2为电磁式振动能量集器的可伸缩拾振***立体图。
图3为电磁式振动能量集器的拾振***物理模型图。
图中：调频旋钮1、上端盖2、上定位弹簧3、上固定永磁体4、上非导磁圆管5、非导磁感应线圈夹具6、非导磁螺纹杆螺母7、非导磁螺纹杆8、悬浮永磁体9、感应线圈10、下定位弹簧11、下非导磁圆管12、下固定永磁体13、下端盖14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
采用伸缩式磁悬浮结构的共振宽频振动能量采集器，该装置包括：调频旋钮1、上端盖2、上定位弹簧3、上固定永磁体4、上非导磁圆管5、非导磁感应线圈夹具6、非导磁螺纹杆螺母7、非导磁螺纹杆8、悬浮永磁体9、感应线圈10、下定位弹簧11、下非导磁圆管12、下固定永磁体13、下端盖14。
所述上非导磁圆管5上端安装有上固永磁体4且通过螺纹与上端盖2连接，下端以交叉形式嵌入下非导磁圆管12。同样在下非导磁圆管12下端安装有下固永磁体13且通过螺纹与下端盖14连接，上端以交叉形式嵌入上非导磁圆管5。并将悬浮永磁体9放置在上非导磁圆管5和下非导磁圆管12的衔接处，并且悬浮永磁体9两磁极分别与上固定永磁体4和下固定永磁体13相互排斥，而使其悬浮于上非导磁圆管5和下非导磁圆管12之间，由此构成可调节的伸缩式磁悬浮拾振***。将伸缩式磁悬浮拾振***安装于非导磁感应线圈夹具6内，感应线圈10绕在非导磁感应线圈夹具6上。悬浮磁体9利用上固定永磁体4和下固定永磁体13对其产生排斥力提供的回复力，当悬浮磁体9相对非导磁圆管沿轴向往复运动时，引起感应线圈10内磁通量的变化，进而感应出电能。
所述调频旋钮1与非导磁螺纹杆8相连，并旋入非导磁螺纹杆螺母7内部。非导磁螺纹杆8穿过上端盖2上的活动小孔，上端盖2不会限制非导磁螺纹杆8转动且上端盖2不会在非导磁螺纹杆8上发生轴向位移；非导磁螺纹杆螺母7固定于下端盖14。当通过调频旋钮1旋动调频时会使上端盖2、和下端盖14在轴向发生位移，与此同时带动上非导磁圆管5和下非导磁圆管12发生轴向位移。由此通过改变上非导磁圆管5和下非导磁圆管12的轴向距离，来改变电磁式振动能量采集器的共振频率，由此拓宽电磁式振动能量采集器的频带宽。
所述上定位弹簧3和下定位弹簧11有较大的且相同的劲度系数，以保证电磁式振动能量采集器在外加驱动力作用下发生振动时，非导磁感应线圈夹具6不会相对于装置发生位移。
图2为伸缩式磁悬浮拾振***的上非导磁圆管5和下非导磁圆管12，以交叉隔空形式镶嵌，在保证可轴向伸缩的同时，又有利于减小拾振***摩擦损耗，提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。
图3为该电磁式振动能量采集器的拾振***物理模型图，由质量块、等效磁簧系数、***阻尼组成，在外界振动位移作用下，悬浮永磁体响应振动对应的运动微分方程为：
其中，分别为悬浮磁体的位移、速度、加速度，为拾振***在外加驱动力作用下产生的加速度。***阻尼消耗的功率为：
其中为外加驱动频率，为***固有频率，为电磁式振动能量采集器由于振动产生的位移振幅，为阻尼比，。根据能量守恒定律，***阻尼消耗的功率即为电磁式能量采集器采集到的总功率。
所述调频旋钮1、上端盖2、下端盖14、非导磁感应线圈夹具6、非导磁螺纹杆螺母7、非导磁螺纹杆8、上非导磁圆管5、下非导磁圆管12均为非导磁材料，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。

Claims (3)

1.一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，该装置包括该装置包括调频旋钮（1）、上端盖（2）、上定位弹簧（3）、上固定永磁体（4）、上非导磁圆管（5）、非导磁感应线圈夹具（6）、非导磁螺纹杆螺母（7）、非导磁螺纹杆（8）、悬浮永磁体（9）、感应线圈（10）、下定位弹簧（11）、下非导磁圆管（12）、下固定永磁体（13）、下端盖（14）；
上述各部分之间的连接：上非导磁圆管（5）上端安装有上固永磁体（4）且通过螺纹与上端盖（2）连接，下端以交叉形式嵌入下非导磁圆管（12）；同样在下非导磁圆管（12）下端安装有下固永磁体（13）且通过螺纹与下端盖（14）连接，上端以交叉形式嵌入上非导磁圆管（5），并将悬浮永磁体（9）放置在上非导磁圆管（5）和下非导磁圆管（12）的衔接处，并且悬浮永磁体（9）两磁极分别与上固定永磁体（4）和下固定永磁体（13）相互排斥，由此构成的可调节的伸缩式磁悬浮拾振***；将伸缩式磁悬浮拾振***安装于非导磁感应线圈夹具（6）内，感应线圈（10）绕在非导磁感应线圈夹具（6）上；调频旋钮（1）与非导磁螺纹杆（8）相连；非导磁螺纹杆（8）穿过上端盖（2）上的活动小孔，然后依次安装上定位弹簧（3）、感应线圈夹具（6）和下定位弹簧（11）并旋入非导磁螺纹杆螺母（7）内部；非导磁螺纹杆螺母（7）固定于下端盖（14）；
其特征在于：在外界驱动作用下，悬浮永磁体（9）利用永磁间的排斥力提供回复力，使悬浮永磁体（9）相对上非导磁圆管5和下非导磁圆管12沿轴向往复运动，从而引起感应线圈（10）内磁通量变化，感应产生电能。
2.根据权利要求1所述的一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，其特征在于所述磁悬浮拾振***的上非导磁圆管（5）和下非导磁圆管（12）可伸缩。
3.根据权利要求1所述的一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，其特征在于所述非导磁感应线圈夹具（6）始终能被上定位弹簧（3）和下定位弹簧（11）定位在两端盖的中心位置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112491297A (zh) * 2020-11-23 2021-03-12 杭州电子科技大学 一种基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置及方法
CN115632593A (zh) * 2022-11-07 2023-01-20 歌尔股份有限公司 线性马达的保护方法、终端设备及计算机可读存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2694608Y (zh) * 2004-03-19 2005-04-20 浙江大学 超磁致伸缩微位移致动器
CN201663534U (zh) * 2007-11-02 2010-12-01 胜美达集团株式会社 振动型电磁发电机
WO2011102451A1 (ja) * 2010-02-22 2011-08-25 ブラザー工業株式会社 振動発電機
CN203725713U (zh) * 2014-03-21 2014-07-23 博莱恩机械（昆山）有限公司 凹凸形零件浇注模具
CN204099356U (zh) * 2014-09-17 2015-01-14 钟西华 一种可调力度的快速夹紧连接装置
CN106160394A (zh) * 2016-07-15 2016-11-23 西安交通大学 一种磁弹簧式电磁振动能量俘获装置
JP2017022958A (ja) * 2015-07-15 2017-01-26 富士電機株式会社 振動発電装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2694608Y (zh) * 2004-03-19 2005-04-20 浙江大学 超磁致伸缩微位移致动器
CN201663534U (zh) * 2007-11-02 2010-12-01 胜美达集团株式会社 振动型电磁发电机
WO2011102451A1 (ja) * 2010-02-22 2011-08-25 ブラザー工業株式会社 振動発電機
CN203725713U (zh) * 2014-03-21 2014-07-23 博莱恩机械（昆山）有限公司 凹凸形零件浇注模具
CN204099356U (zh) * 2014-09-17 2015-01-14 钟西华 一种可调力度的快速夹紧连接装置
JP2017022958A (ja) * 2015-07-15 2017-01-26 富士電機株式会社 振動発電装置
CN106160394A (zh) * 2016-07-15 2016-11-23 西安交通大学 一种磁弹簧式电磁振动能量俘获装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112491297A (zh) * 2020-11-23 2021-03-12 杭州电子科技大学 一种基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置及方法
CN115632593A (zh) * 2022-11-07 2023-01-20 歌尔股份有限公司 线性马达的保护方法、终端设备及计算机可读存储介质

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