一种多频率振动能量回收装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于振动能量回收装置技术领域，具体的说是一种将振动能量转换为电能的多频率振动能量回收装置。该回收装置包括磁电转换部分和能量收集部分；磁电转换部分包括外壳、拉伸弹簧、质量块、电感线圈；能量收集部分包括电能存储电路；外壳为一矩形中空的壳体，内部均匀设置有多个空腔；每个空腔内设置有一个拉伸弹簧；拉伸弹簧设置于外壳的内部，其中一端固定在外壳内侧的上部，另一端与质量块相连；电感线圈设置在质量块的外面；质量块内部有永磁体，质量块和永磁体在电感线圈内部振动。本发明专利技术是一种能保证在环境的几种典型振动频率中高效率，解决了现有振动能量回收结构只对单一频率敏感等缺陷的多频率振动能量回收装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于振动能量回收装置
，具体的说是一种将振动能量转换为电能的多频率振动能量回收装置。
技术介绍
随着现代工业的迅猛发展，环境污染和能源短缺是当今世界各国面临的两大难题，为了解决能源危机对经济发展和人们生活的影响，各国科技工作者开始探索新的绿色能源。能量回收是指获取外界能量并将其转换为可利用电能的过程。在过去几年中，便携式设备、无线传感器及微机电系统MEMS快速发展，这些设备或传感器系统是便携式的或分布式的，因此需要自带电源。大部分情况下，这些电源就是常规的电池，但是电池电能和使用寿命都是有限的。对这些设备来说，更换电池会产生很多不方便；另外，电池含有重金属，废旧电池处理不当会造成严重的环境污染。这就迫切需要这些系统自身能产生电能供自己使用。虽然环境中采集的能量通常比较小，但是随着电子技术的高速发展，电子产品的集成化在不断的提高同时功耗在不断的降低，因此环境中回收的能量对于微功耗系统而言已经足够。获取外界能量主要有以下几种能量采集来源：太阳能，振动能，噪声，温度梯度。其中振动作为人们日常生活中的常见现象，由于其具有较高的能量密度1年使用期的功能密度为100-200μW/cm3，因此从周围环境的振动中回收能量无疑是一种最方便、最具有潜力的方式。目前振动能量回收技术研究主要有三种方式：静电式electrostatic、电磁式electromagnetic和压电式piezoelectric，其中电磁式能量回收装置工作时遵循的基本原理是法拉第电磁感应定律：当穿过闭合回路一般为线圈所围面积的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势。由此将环境振动的机械能转变为电能。根据振动部件的不同，可以把电磁式振动能量回收装置分为动铁磁铁振动、动圈线圈振动、和铁圈同振磁铁线圈共同振动三种类型。浙江工业大学研发的电磁式振动发电装置201210499462.3，包括外壳、振子、感应线圈、磁轭和支架，该专利技术的主要优点是利用了多齿结构使线圈磁通变化频率远高于振子的振动频率，提高了发电效率。江苏大学研发出一种发电功率可调的电磁式振动能量收集器201410016971.5，包括能量转换装置、导轨、质量块和磁铁。通过旋动可调平台的旋钮调节能量转换装置与被动磁铁间的距离，从而调节驱动磁铁和被动磁铁间作用力的大小，使被动磁铁的振动幅度发生变化，从而达到调节发电功率的目的。该装置的优点是使发电功率可调，解决了大部分振动能量收集器发电功率单一的问题。河北工业大学研发的一种电磁式振动发电机201310444325.4，核心部件为磁轭，振动轴，轴毂。实验表明该发电机在频率为10Hz，振幅为10mm时，输出电压峰值为6V。基于以上分析，现有的振动能量采集装置，其拾振机构只收集固有频率附近的振动，远离固有频率的振动获取能力弱。而环境振动通常是由一系列不同频率的振动信号组成。本专利技术针对现有的振动能量回收结构只对单一频率敏感等缺陷，提供一种能在不同频率下均使系统具有优异效果的能量回收结构，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多频率振动能量回收装置，此种装置能保证在环境的几种典型振动频率中高效率的收集振动能量，解决了现有振动能量回收结构只对单一频率敏感等缺陷。本专利技术技术方案结合附图说明如下：一种多频率振动能量回收装置，该回收装置包括磁电转换部分和能量收集部分；其中所述的磁电转换部分包括外壳1、拉伸弹簧2、质量块3、电感线圈4；所述的能量收集部分包括电能存储电路5；所述的外壳1为一矩形中空的壳体，内部均匀设置有多个空腔；其中每个空腔内设置有一个拉伸弹簧2；所述的拉伸弹簧2设置于外壳1的内部，其中一端固定在外壳1内侧的上部，另一端与质量块3相连；所述的电感线圈4设置在外壳1的空腔内，质量块3的外面；所述的质量块3内部有永磁体6，质量块3和永磁体6在电感线圈4内部振动。所述的电感线圈4包括电感线圈骨架9、电感线圈磁芯7和漆包线8；其中所述的电感线圈骨架9固定在空腔的内部，中间有通孔；所述的电感线圈磁芯7设置在电感线圈骨架9的内部并且与通孔过盈配合；所述的漆包线8绕在电感线圈骨架9上。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术所述的一种多频率振动能量回收装置采用改变系统拉伸弹簧参数、改变质量块质量的方式去控制系统固有频率，从而使装置在环境的不同典型振动频率下达到共振，以此来解决已有装置工作频率单一的问题；2.本专利技术所述的一种多频率振动能量回收装置可以简化为单自由度的弹簧-质量块-阻尼振动模型，装置结构简单，且分析方法简便，使用时不易出现复杂故障；3.本专利技术所述的一种多频率振动能量回收装置主要包括磁电转换和电能收集两部分，将磁电转换部分收集的振动能量储存到蓄电池中，以此解决发电量较小时传统振动能量收集装置不能使微机电系统工作的问题。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为图1的主视图；图3为本专利技术的原理图；图4为本专利技术中的质量块的剖视图；图5为本专利技术中的电感线圈结构示意图；图6为本专利技术中的储能电路原理图。图中：1、外壳；2、拉伸弹簧；3、质量块；4、电感线圈；5、电能存储电路；6、永磁体；7、电感线圈磁芯；8、漆包线；9、电感线圈骨架。具体实施方式参阅图1—图2，一种多频率振动能量回收装置，该回收装置包括磁电转换部分和能量收集部分；其中所述的磁电转换部分包括外壳1、拉伸弹簧2、质量块3、电感线圈4；所述的能量收集部分包括电能存储电路5；所述的外壳1内部均匀设置有多个空腔；其中每个空腔内设置有一个拉伸弹簧2；所述的拉伸弹簧2设置于外壳1的内部，其中一端固定在外壳1内侧的上部，另一端与质量块3相连；所述的电感线圈4设置在质量块3的外面；所述的质量块3内部有永磁体6，质量块3和永磁体6在电感线圈4内部振动。所述的电感线圈4包括电感线圈骨架9、电感线圈磁芯7和漆包线8；其中所述的电感线圈骨架9固定在空腔的内部，中间有通孔；所述的电感线圈磁芯7设置在电感线圈骨架9的内部并且与通孔过盈配合；所述的漆包线8绕在电感线圈骨架9上。所述的外壳1为中空的立体结构，外壳1的尺寸要根据电感线圈4中电感线圈骨架9、电感线圈磁芯7和漆包线8的匝数确定，在本实施例中，最终设计整体尺寸为248mm×60mm×60mm。所述的质量块3位于外壳1的每个空腔中，并通过拉伸弹簧2与外壳1相连。拉伸弹簧2及质量块3的数目与外壳空腔的数目相等。外壳空腔数目要根据本装置放置环境的典型振动频率数目确定，在本实例中，设计为具有四个空腔的中空立体结构。本专利技术所述的一种多频率振动能量回收装置可以简化为单自由度的弹簧-质量块-阻尼系统振动模型，即由外界基础运动引起的强迫振动，通过电磁感应将质量块3的动能转变成电能。当质量块3在外界激励下振动时，相当于置于质量块3内部的永磁体6随着环境的振动以一定的频率发生往复运动，即与电感线圈4发生相对运动。根据法拉第电磁感应定律：当穿过闭合回路(一般为线圈)所围面积的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势。感应电动势可以表示为：其中Ue代表感应电动势，单位为V；Ne表示组成闭合回路的线圈匝数；是穿过每匝线圈的磁通量，单位为Wb；B是磁感应强度，单位为T；是线圈的面积矢量；t是时间，单位为s。参阅图3，磁铁在外部振动时的响应可以由弹簧-质量块-阻尼系统来表示，永本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多频率振动能量回收装置，其特征在于，该回收装置包括磁电转换部分和能量收集部分；其中所述的磁电转换部分包括外壳(1)、拉伸弹簧(2)、质量块(3)、电感线圈(4)；所述的能量收集部分包括电能存储电路(5)；所述的外壳(1)为一矩形中空的壳体，内部均匀设置有多个空腔；其中每个空腔内设置有一个拉伸弹簧(2)；所述的拉伸弹簧(2)设置于外壳(1)的内部，其中一端固定在外壳(1)内侧的上部，另一端与质量块(3)相连；所述的电感线圈(4)设置在外壳(1)的空腔内，质量块(3)的外面；所述的质量块(3)内部有永磁体(6)，质量块(3)和永磁体(6)在电感线圈(4)内部振动。

【技术特征摘要】
1.一种多频率振动能量回收装置，其特征在于，该回收装置包括磁电转换部分和能量收集部分；其中所述的磁电转换部分包括外壳(1)、拉伸弹簧(2)、质量块(3)、电感线圈(4)；所述的能量收集部分包括电能存储电路(5)；所述的外壳(1)为一矩形中空的壳体，内部均匀设置有多个空腔；其中每个空腔内设置有一个拉伸弹簧(2)；所述的拉伸弹簧(2)设置于外壳(1)的内部，其中一端固定在外壳(1)内侧的上部，另一端与质量块(3)相连；所述的电感线圈(4)设置在外...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书明，朱彤彤，王连会，姜洋，王登峰，陈静，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22