CN205142051U - 一种可调节式多方向振动能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调节式多方向振动能量收集装置，包括长方体外壳，长方体外壳顶部内壁上安装有上可调电磁铁，长方体外壳底部内壁上安装有下可调电磁铁，上可调电磁铁和下可调电磁铁的极性相反，长方体外壳内设有永磁铁质量块，永磁铁质量块的形状为正方体，永磁铁质量块上端的极性与上可调电磁铁的极性相同，永磁铁质量块下端的极性与下可调电磁铁的极性相同，永磁铁质量块四个侧面与长方体外壳内壁之间均设有组合悬臂梁，组合悬臂梁包括线形梁和拱形梁，线形梁固定端上下两侧均设有第一压电元件，拱形梁弯曲段上下两侧均设有第二压电元件。本实用新型可调节自身的共振频率，使结构与外界达到共振，提高能量转换效率，可多方向收集能量。

Description

一种可调节式多方向振动能量收集装置

技术领域

本实用新型涉及一种振动能量收集装置，尤其是涉及一种可调节式多方向振动能量收集装置。

背景技术

随着“德国工业4.0”和“中国制造2025”的提出，具备“绿色化和智能化”等特点的工业设备是装备制造和设备使用的必然趋势。振动能量收集技术是新能源开发利用的重要组成部分。目前所设计使用的振动能量收集装置大多是单方向、窄频带的能量收集装置，由于其收集能量方向单一、能量收集频率宽度较窄，因此能量转化效率低，造成资源浪费。传感器的应用是设备“智能化”的基础，而在特定的设备中传感器存在布线难、通讯难等问题，新型的自供电无线传感器是“智能化”发展的方向，而目前发展的方向是将设备产生的振动能量收集存储，并对传感器供电，以达到传感器自供电的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种可调节式多方向振动能量收集装置，其结构简单，设计合理，可以通过调节自身的共振频率，使结构实时与外界达到共振状态，以达到更高的能量转换效率；可多方向收集能量，避免造成资源浪费。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：包括长方体外壳，所述长方体外壳的顶部内壁上安装有上可调电磁铁，所述长方体外壳的底部内壁上安装有下可调电磁铁，所述上可调电磁铁和下可调电磁铁的极性相反，所述长方体外壳内设置有永磁铁质量块，所述永磁铁质量块的形状为正方体，所述永磁铁质量块上端的极性与上可调电磁铁的极性相同，所述永磁铁质量块下端的极性与下可调电磁铁的极性相同，所述永磁铁质量块的四个侧面与长方体外壳的内壁之间均设置有组合悬臂梁，所述组合悬臂梁包括线形梁和拱形梁，所述线形梁的外端与长方体外壳连接，所述拱形梁的外端与永磁铁质量块连接，所述线形梁固定端的上下两侧均设置有第一压电元件，所述拱形梁弯曲段的上下两侧均设置有第二压电元件。

上述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述线形梁的外端通过第一螺栓与长方体外壳连接，所述第一螺栓的螺杆穿过线形梁上设置的第一通孔后与长方体外壳固定连接，所述第一螺栓的螺杆与第一通孔间隙配合；所述拱形梁的外端通过第二螺栓与永磁铁质量块连接，所述第二螺栓的螺杆穿过拱形梁上设置的第二通孔后与永磁铁质量块固定连接，所述第二螺栓的螺杆与第二通孔间隙配合。

上述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述长方体外壳的中心线、上可调电磁铁的中心线、下可调电磁铁的中心线和永磁铁质量块的中心线均重合。

上述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述第一压电元件与线形梁的连接方式为粘接，所述二压电元件与拱形梁的连接方式为粘接。

上述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述第一压电元件和第二压电元件均为压电陶瓷或压电薄膜。

上述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述线形梁和拱形梁一体成型。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单、设计合理且安装使用方便。

2、本实用新型通过调节上可调电磁铁和下可调电磁铁来改变电磁力大小，使结构固有频率与外界振动频率匹配，达到共振状态，以达到更高的能量转换效率；另外，调节电磁力可以减小外部噪声振动的影响。

3、本实用新型的组合悬臂梁包括线形梁和拱形梁，工作时将外界横向振动主要转化为拱形梁的形变，纵向振动主要转化为线形梁的形变，达到多方向收集振动能量的目的，避免造成资源浪费；且平面型收集能量，可以减小竖直方向的安装尺寸。

4、本实用新型线形梁通过第一螺栓与长方体外壳连接，拱形梁通过第二螺栓与永磁铁质量块连接，当外界振动为横向方向时，装置必须通过第一螺栓和第二螺栓来使组合悬臂梁发生旋转，迫使振动发生形变，压电元件进行能量转化。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型去除两块长方体外壳侧板后的结构示意图。

图3为图1的A处放大图。

图4为图1的B处放大图。

附图标记说明:

1—长方体外壳；2—下可调电磁铁；3-1—线形梁；

3-2—拱形梁；4-1—第一螺栓；4-2—第二螺栓；

5—永磁铁质量块；6—第一压电元件；7—上可调电磁铁；

8—第二压电元件；9—第一通孔；10—第二通孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括长方体外壳1，所述长方体外壳1的顶部内壁上安装有上可调电磁铁7，所述长方体外壳1的底部内壁上安装有下可调电磁铁2，所述上可调电磁铁7和下可调电磁铁2的极性相反，所述长方体外壳1内设置有永磁铁质量块5，所述永磁铁质量块5的形状为正方体，所述永磁铁质量块5上端的极性与上可调电磁铁7的极性相同，所述永磁铁质量块5下端的极性与下可调电磁铁2的极性相同，所述永磁铁质量块5的四个侧面与长方体外壳1的内壁之间均设置有组合悬臂梁，所述组合悬臂梁包括线形梁3-1和拱形梁3-2，所述线形梁3-1的外端与长方体外壳1连接，所述拱形梁3-2的外端与永磁铁质量块5连接，所述线形梁3-1固定端的上下两侧均设置有第一压电元件6，所述拱形梁3-2弯曲段的上下两侧均设置有第二压电元件8。

如图1、图3和图4所示，所述线形梁3-1的外端通过第一螺栓4-1与长方体外壳1连接，所述第一螺栓4-1的螺杆穿过线形梁3-1上设置的第一通孔9后与长方体外壳1固定连接，所述第一螺栓4-1的螺杆与第一通孔9间隙配合；所述拱形梁3-2的外端通过第二螺栓4-2与永磁铁质量块5连接，所述第二螺栓4-2的螺杆穿过拱形梁3-2上设置的第二通孔10后与永磁铁质量块5固定连接，所述第二螺栓4-2的螺杆与第二通孔10间隙配合。

本实施例中，所述长方体外壳1的中心线、上可调电磁铁7的中心线、下可调电磁铁2的中心线和永磁铁质量块5的中心线均重合。

本实施例中，所述第一压电元件6与线形梁3-1的连接方式为粘接，所述二压电元件8与拱形梁3-2的连接方式为粘接。

本实施例中，所述第一压电元件6和第二压电元件8均为压电陶瓷或压电薄膜。

本实施例中，所述线形梁3-1和拱形梁3-2一体成型。

本实用新型的工作原理为：使用时，将振动能量收集装置固定在振动设备上。当纵向振动时，外界振动源带动永磁铁质量块5纵向振动，四周的组合悬臂梁随着永磁铁质量块5振动，在与长方体外壳1连接的固定端产生最大形变，粘贴在此处的第一压电元件6通过正压电效应产生电能，通过能量收集电路将产生的电能收集供振动传感器用电和存储模块进行后续处理。当横向振动时，外界振动源带动永磁铁质量块5横向振动，组合悬臂梁随着永磁铁质量块5的振动，沿着振动方向的组合悬臂梁在拱形梁3-2的顶端产生最大形变；组合悬臂梁通过两侧的第一螺栓4-1和第二螺栓4-2进行旋转，在与长方体外壳1连接端产生最大变形。此时，第二压电元件8通过正压电效应产生电能，通过能量收集电路将产生的电能收集供振动传感器用电和存储模块进行后续处理，从而对外界不同方向的振动能量进行有效收集。当外界振动频率发生变化时，通过测得外界的振动，频率信号经过处理器转化、分析和评价，输出信号控制上可调电磁铁7和下可调电磁铁2的输入电流大小，通过改变上可调电磁铁7和下可调电磁铁2的输入电流大小来改变可调磁铁与永磁铁质量块5之间的斥力，以达到改变组合悬臂梁永磁铁质量块整体的共振频率，使其在外界频率变化的时候实时达到共振状态，来提高***的能量收集效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：包括长方体外壳(1)，所述长方体外壳(1)的顶部内壁上安装有上可调电磁铁(7)，所述长方体外壳(1)的底部内壁上安装有下可调电磁铁(2)，所述上可调电磁铁(7)和下可调电磁铁(2)的极性相反，所述长方体外壳(1)内设置有永磁铁质量块(5)，所述永磁铁质量块(5)的形状为正方体，所述永磁铁质量块(5)上端的极性与上可调电磁铁(7)的极性相同，所述永磁铁质量块(5)下端的极性与下可调电磁铁(2)的极性相同，所述永磁铁质量块(5)的四个侧面与长方体外壳(1)的内壁之间均设置有组合悬臂梁，所述组合悬臂梁包括线形梁(3-1)和拱形梁(3-2)，所述线形梁(3-1)的外端与长方体外壳(1)连接，所述拱形梁(3-2)的外端与永磁铁质量块(5)连接，所述线形梁(3-1)固定端的上下两侧均设置有第一压电元件(6)，所述拱形梁(3-2)弯曲段的上下两侧均设置有第二压电元件(8)。

2.按照权利要求1所述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述线形梁(3-1)的外端通过第一螺栓(4-1)与长方体外壳(1)连接，所述第一螺栓(4-1)的螺杆穿过线形梁(3-1)上设置的第一通孔(9)后与长方体外壳(1)固定连接，所述第一螺栓(4-1)的螺杆与第一通孔(9)间隙配合；所述拱形梁(3-2)的外端通过第二螺栓(4-2)与永磁铁质量块(5)连接，所述第二螺栓(4-2)的螺杆穿过拱形梁(3-2)上设置的第二通孔(10)后与永磁铁质量块(5)固定连接，所述第二螺栓(4-2)的螺杆与第二通孔(10)间隙配合。

3.按照权利要求1或2所述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述长方体外壳(1)的中心线、上可调电磁铁(7)的中心线、下可调电磁铁(2)的中心线和永磁铁质量块(5)的中心线均重合。

4.按照权利要求1或2所述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述第一压电元件(6)与线形梁(3-1)的连接方式为粘接，所述二压电元件(8)与拱形梁(3-2)的连接方式为粘接。

5.按照权利要求1或2所述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述第一压电元件(6)和第二压电元件(8)均为压电陶瓷或压电薄膜。

6.按照权利要求1或2所述的一种可调节式多方向振动能量收集装置，其特征在于：所述线形梁(3-1)和拱形梁(3-2)一体成型。