CN109951044A - 一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器 - Google Patents

Abstract

一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器包括吸振器部分和集能电路部分，所述吸振部分包括磁铁、非磁性弹簧、非磁性套筒、线圈、底座，其中底座与套筒相连，线圈绕在套筒上，磁铁通过弹簧与振动结构相连接。所述集能电路部分为SS‑SSHI集能电路用来进行能量收集，并通过改变电路中的负载电阻实现对不同设备的供能；振动物体与弹簧固连，产生的机械能转化为磁铁的动能，弹簧带动磁铁在线圈中做往复运动，使线圈切割磁力线进行磁电转换产生电流，电流通过集能电路对负载设备供能，实现吸振器吸收振动结构的振动能量，进而转化为可使用电能的效果。本发明利用动力吸振器对振动结构进行减振的同时，将吸振器吸收的振动能量进行转换收集为可利用的电能。

Description

一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器

技术领域

本发明属于电磁式能量领域，具体为一种基于吸振器的新型电磁式能量收集器。

背景技术

机械振动会产生各种危害，它常常是造成机械结构失效和破坏的直接原因。结构的振动控制问题，长期以来一直是领域内的科研工作者们重点研究对象之一。在实际工程应用中，如何有效地吸收、抑制结构的振动，也是机械工程、航空航天等领域所密切关注的问题。

电磁式吸振装置，结构简单，安装方便，效果显著，越来越为各种吸振、减振方案所采纳，永磁体在闭合回路的磁线圈中运动切割磁感线运动，会在线圈中产生电流，产生的电能可以利用，在吸振减振的同时还能够产生能量。

有一些专利也做了吸振器或能量收集器，但他们存在一些不足。专利号为：CN203301337 U，题为：一种双频小质量低功耗共振式主动吸振器的专利中发明了一种能量转换器。但它的永磁体直接与固定架固连，导致永磁体的位移同固定架位移始终一致，这样永磁体的位移不足会导致能量转换效率较低。

专利号为：CN 203641391 U，题为：一种频率可调悬臂梁式吸振器的专利发明了一种吸振器，这种吸振器只能吸收较小的振动。振动幅度稍大有可能导致螺纹失效从而导致整个结构失效。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器，将吸振与集能两者相结合，既减少振动，同时又将部分有害振动能量转化为有用的电能。吸振器组装时，本身结构简单，安装方便，并且采用机械连接对目标梁的力学性能影响也较小，并且在使用过后也便于拆卸。

本发明的技术方案是：一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器，其特征在于：包括吸振装置和集能电路；所述吸振装置包括底座、非磁性套筒、电磁线圈、磁铁、非磁性弹簧、目标梁、固支端和简支端；所述非磁性套筒为中空的管状结构，底端固定于所述底座上，顶端设置有缩口；所述电磁线圈绕于所述非磁性套筒的外周面上，被所述磁铁切割产生电流；

所述目标梁通过固支端和简支端支撑固定于所述非磁性套筒正上方，所述目标梁用于固定安装振动物体；所述非磁性弹簧一端固定于所述目标梁的下底面，另一端固定于所述磁铁上，所述磁铁穿过所述非磁性套筒的缩口同轴***非磁性套筒内，所述缩口用于将所述磁铁的轴向运动限制于非磁性套筒内，所述磁铁与非磁性套筒内壁为间隙配合；

所述集能电路为SS-SSHI电路，所述集能电路与所述电磁线圈通过导线连接，用于收集所述电磁线圈产生的电流。

本发明的进一步技术方案是：所述固支端采用通过螺栓对上、下夹板紧固的结构，将所述目标梁的一端固定于所述固支端的上下两块夹板之间，约束所述目标梁一端的位移和转动的自由度；所述简支端用上、下夹板贴紧安装于所述目标梁的另一端，能够限制所述目标梁的另一端沿垂直于目标梁方向位移，并允许所述目标梁的另一端沿水平方向移动。

本发明的进一步技术方案是：所述非磁性弹簧两端通过胶接或焊接的方式分别与所述目标梁和磁铁连接。

本发明的进一步技术方案是：所述电磁线圈通过胶接的方式固定于所述非磁性套筒上。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明对振动物体本体结构影响较小；与传统的阻尼吸振器相比，本发明在利用电磁线圈、磁铁、非磁性弹簧等构成的动力吸振器减振的同时将部分有害的振动能量通过集能电路收集转换为可利用的电能。同时与其他的电磁式或者压电式吸振器相比，本发明结构简单，便于搭建、安装，且在磁铁与振动物体中增加弹簧，增加一个自由度使磁铁振动的幅度增大，获得更好的集能效果；同时将振动能量吸收，能够降低目标的振动幅度，达到减振效果。

采用固支端和简支端支撑目标梁的结构，将振动物体固定于所述目标梁上，能够减少对目标梁力学性能的影响。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明实验例的整体结构示意图。

图3是本发明的装夹方式。

图4是本发明的结构细节图。

图5是本发明所使用的SS-SSHI电路图。

附图标记说明：1.1为振动物体；1.2为非磁性弹簧；1.3为磁铁；1.4为非磁性套筒；1.5为电磁线圈；2.1为目标梁；2.2为偏心电机；2.3.1为固支端；2.3.2为简支端；2.4为集能电路；3.1为底座；4.1为弹簧两端的填充物。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。

参照图1，本发明一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器包括吸振装置和集能电路；所述吸振装置包括底座3.1、非磁性套筒1.4、电磁线圈1.5、磁铁1.3、非磁性弹簧1.2、目标梁2.1、固支端2.3.1和简支端2.3.2；非磁性套筒1.4为中空的管状结构，底端固定于底座3.1上，顶端设置有缩口；电磁线圈1.5绕于所述非磁性套筒1.4的外周面上，被磁铁1.3切割产生电流；

参照图2，目标梁2.1通过固支端2.3.1和简支端2.3.2水平支撑固定于非磁性套筒1.4正上方，目标梁2.1用于固定安装振动物体，如偏心电机2.2；非磁性弹簧1.2一端固定于目标梁2.1的下底面，另一端固定于磁铁1.3上，使得磁铁1.3同轴***非磁性套筒1.4的缩口内，所述缩口用于将磁铁1.3的轴向运动限制于非磁性套筒1.4内，磁铁1.3与非磁性套筒1.4内壁为间隙配合；

参照图3，目标梁2.1两端分别采用固支端2.3.1和简支端2.3.2连接，固支端2.3.1采用上下两块夹板通过通孔螺栓对目标梁2.1一端进行固定，约束目标梁2.1位移和转动自由度，简支端2.3.2用两块夹板上下贴紧目标梁2.1另一端，能够限制目标梁2.1的另一端上下的跳动即垂直方向位移，但并不加紧，允许梁2.1在水平方向存在位移即水平方向位移；偏心电机2.2放置于梁2.1上并通过夹头加紧固定，吸振装置中的非磁性弹簧1.2与目标梁2.1之间，以及非磁性弹簧1.2与磁铁1.3之间进行固连，电磁线圈1.5缠绕的非磁性套筒1.4通过螺栓固定在底座3.1上，电磁线圈1.5紧密地绕在非磁性套筒1.4外表面，并适当的涂抹胶水进行加固。

工作时，偏心电机2.2通电，开始工作，由于其上装有偏心质量块，所以会使电机2.2产生振动，输出一个近似于正弦振动引起的响应，偏心电机2.2夹持在目标梁2.1上并与目标梁2.1固连，偏心电机2.2将振动传递给目标梁2.1，引起目标梁2.1的受迫振动，引起梁2.1的振动模拟了工程中需要吸收或者削弱的振动；如图4所示，吸振装置的非磁性弹簧1.2通过添加填充物4.1后再固连在目标梁2.1和磁铁上，用于保证振动过程中弹簧始终处于竖直传力的方式；或非磁性弹簧1.2两端通过胶接的方式分别与目标梁2.1和磁铁1.3连接。当目标梁2.1发生振动时，与之固定连接的非磁性弹簧1.2也发生振动，磁铁1.3与非磁性弹簧1.2也是固连的，振动通过非磁性弹簧1.2再传递到磁铁1.3上，磁铁1.3便随非磁性弹簧1.2一起做竖直方向的往复运动；在磁铁1.3周围在非磁性套筒1.4上缠绕的闭合电磁线圈1.5，由于电磁感应现象，即穿过闭合电路的磁通量发生变化，在闭合电磁线圈1.5中便会产生感应电流；感应电流通过连接线圈1.5的导线进入集能电路2.4，如图5所示，集能电路2.4可以自动实现SSHI电路的自动开闭和电压翻转，不需要额外的开关控制器即可将电磁线圈1.5中产生的电流提供给集能电路2.4中的负载电阻，通过改变集能电路2.4中的负载设备即可实现负载设备的正常使用。本实施例中以小灯泡为例，小灯泡发光，便可证明将振动能量转化为了可利用的电能。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器，其特征在于：包括吸振装置和集能电路；所述吸振装置包括底座、非磁性套筒、电磁线圈、磁铁、非磁性弹簧、目标梁、固支端和简支端；所述非磁性套筒为中空的管状结构，底端固定于所述底座上，顶端设置有缩口；所述电磁线圈绕于所述非磁性套筒的外周面上，被所述磁铁切割产生电流；

所述目标梁通过固支端和简支端支撑固定于所述非磁性套筒正上方，所述目标梁用于固定安装振动物体；所述非磁性弹簧一端固定于所述目标梁的下底面，另一端固定于所述磁铁上，所述磁铁穿过所述非磁性套筒的缩口同轴***非磁性套筒内，所述缩口用于将所述磁铁的轴向运动限制于非磁性套筒内，所述磁铁与非磁性套筒内壁为间隙配合；

所述集能电路为SS-SSHI电路，所述集能电路与所述电磁线圈通过导线连接，用于收集所述电磁线圈产生的电流。

2.根据权利要求1所述基于动力吸振器的电磁式能量收集器，其特征在于：所述固支端采用通过螺栓对上、下夹板紧固的结构，将所述目标梁的一端固定于所述固支端的上下两块夹板之间，约束所述目标梁一端的位移和转动的自由度；所述简支端用上、下夹板贴紧安装于所述目标梁的另一端，能够限制所述目标梁的另一端沿垂直于目标梁方向位移，并允许所述目标梁的另一端沿水平方向移动。

3.根据权利要求1所述基于动力吸振器的电磁式能量收集器，其特征在于：所述非磁性弹簧两端通过胶接或焊接的方式分别与所述目标梁和磁铁连接。

4.根据权利要求1所述基于动力吸振器的电磁式能量收集器，其特征在于：所述电磁线圈通过胶接的方式固定于所述非磁性套筒上。