一种多方向振动能量采集器制造技术

本发明专利技术公开了一种多方向振动能量采集器，包括磁铁支架、框架、大磁铁、磁感应线圈、小磁体、平面弹簧、立方体结构、圆形凹槽、正方形凹槽和小凹槽。本发明专利技术采用电磁式可调频多方向振动的能量采集方式，通过使用不同的平面弹簧实现了宽频带和低频的能量采集，有利于提高微能源能量采集效率、提高器件的输出功率。

A Multi-directional Vibration Energy Collector

【技术实现步骤摘要】
一种多方向振动能量采集器
本专利技术涉及能量采集器，具体涉及一种多方向振动能量采集器。
技术介绍
目前，随着信息化时代物联网技术发展，无线传感技术和无线定位技术在生产、生活中存在巨大的应用价值，目前，无线传感和无线定位装置主要依靠电池供电，而电池的寿命比较短，需要频繁更换或充电，尤其是在野外定位、自动化生产线等无人值守的应用场合，无法对电池进行频繁更换或充电，电能供给直接决定各类无线装置的有效工作寿命，成为限制无线传感和无线定位装置推广使用的技术瓶颈，如何实现无线传感和无线定位装置的自供电成为亟需解决的关键问题。自供电是将周围环境中的微能源采集并转化成电能，从而驱动电子设备运作的一种技术。环境中充满着各式各样的微能源，其中以振动形式表现出来的微能源最为广泛存在，研制能量采集器将环境中的振动能量进行采集并转换为电能输出是解决无线传感和无线定位装置自供电问题的理想方案。利用电磁感应定律进行机械能和电能转换是一种经典的振动能量采集方式，传统的电磁感应振动能量采集器件主要在外界振动的作用下使金属线圈产生水平或垂直方向的切割磁感线运动，只能实现单一方向的振动能量采集，而且由于这类器件多采用悬臂梁、弹簧、磁悬浮等特殊结构实现振动的传递，导致它们能够采集的振动能量频率较高。然而，环境振动的频率普遍较低，且在不同的应用场合振动频率不同，一般小于100Hz，如汽车仪表盘振动频率13Hz，小汽车发动机振动频率37Hz，三轴机床振动频率70Hz；而且，在很多应用场合环境振动没有确定方向，如人奔跑时脚部和手部的振动方向是不确定，将振动方向不确定且振动频率不同的振动能量采集起来转换为电能，即在频率较低的环境中针对不同频率的应用场合实现可以调节采集频率的多方向振动能量采集，成为振动能量技术需解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种多方向振动能量采集器。本专利技术采用的技术方案是：一种多方向振动能量采集器，包括磁铁支架、框架、大磁铁、磁感应线圈、小磁体、平面弹簧、立方体结构、圆形凹槽、正方形凹槽和小凹槽；所述磁铁支架和框架为一体化结构；所述磁铁支架包括立方体结构；所述立方体结构位于能量采集器的中心；所述立方体结构在除底面之外的其余五个面上分别有大磁铁；所述立方体结构上的大磁铁相对设有磁感应线圈、小磁铁和平面弹簧；所述小磁铁位于磁感应线圈的内环中心处；所述立方体结构在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的圆形凹槽；所述大磁铁固定在圆形凹槽内；所述磁感应线圈和小磁铁固定在平面弹簧的中央平板上，所述框架在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的正方形凹槽；所述平面弹簧固定在正方形凹槽内，所述正方形凹槽的四条边的中心处分别设有相同的小凹槽，便于平面弹簧的拆卸；当所述多方向振动能量采集器受到外界振动激励时，所述大磁铁和小磁铁之间的相对运动引起空间内磁场发生变化，磁感应线圈在变化的磁场中产生电动势。进一步地，所述大磁铁粘结于磁铁支架上的圆形凹槽内。更进一步地，所述平面弹簧为螺旋形悬臂梁结构。更进一步地，所述磁感应线圈和小磁铁粘结于平面弹簧的中央平板上，所述磁感应线圈的内径大于小磁体的直径。更进一步地，所述大磁铁和与其相对设置的小磁体磁极相吸设置。本专利技术的优点：本专利技术的多方向振动能量采集器采用电磁式可调频多方向振动的能量采集方式，克服了单一方向上的振动能量采集；采用电磁式可调频多方向振动的能量采集方式，通过使用不同的平面弹簧实现了宽频带和低频的能量采集，有利于提高微能源能量采集效率、提高器件的输出功率，值得推广使用。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例的整体结构爆炸图；图3是本专利技术实施例的框架和磁铁支架示意图；图4是本专利技术实施例的1个螺旋型悬臂梁的平面弹簧示意图；图5是本专利技术实施例的2个螺旋型悬臂梁的平面弹簧示意图；图6是本专利技术实施例的4个螺旋型悬臂梁的平面弹簧示意图；附图标记：1为磁铁支架、2为框架、3为大磁铁、4为磁感应线圈、5为小磁体；6为平面弹簧、7为立方体结构、8为圆形凹槽、9为正方形凹槽、10为小凹槽。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参考图1至图6，如图1至图6所示，一种多方向振动能量采集器，包括磁铁支架1、框架2、大磁铁3、磁感应线圈4、小磁体5、平面弹簧6、立方体结构7、圆形凹槽8、正方形凹槽9和小凹槽10；所述磁铁支架1和框架2为一体化结构；所述磁铁支架1包括立方体结构7；所述立方体结构7位于能量采集器的中心；所述立方体结构7在除底面之外的其余五个面上分别有大磁铁3；所述立方体结构7上的大磁铁3相对设有磁感应线圈4、小磁铁5和平面弹簧6；所述小磁铁5位于磁感应线圈4的内环中心处；所述立方体结构7在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的圆形凹槽8；所述大磁铁3固定在圆形凹槽8内；所述磁感应线圈4和小磁铁5固定在平面弹簧6的中央平板上，所述框架2在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的正方形凹槽9；所述平面弹簧6固定在正方形凹槽9内，所述正方形凹槽9的四条边的中心处分别设有相同的小凹槽10，便于平面弹簧6的拆卸；当所述多方向振动能量采集器受到外界振动激励时，所述大磁铁3和小磁铁5之间的相对运动引起空间内磁场发生变化，磁感应线圈4在变化的磁场中产生电动势。所述大磁铁3粘结于磁铁支架1上的圆形凹槽8内。所述平面弹簧6为螺旋形悬臂梁结构。所述磁感应线圈4和小磁铁5粘结于平面弹簧6的中央平板上，所述磁感应线圈4的内径大于小磁体5的直径。所述大磁铁3和与其相对设置的小磁体5磁极相吸设置。所述平面弹簧6的整体尺寸、螺旋型悬臂梁数量、宽度、厚度不受限制。本专利技术的工作原理：当周围环境中存在频率较低的振动时，振动作用在能量采集器框架2上，会引起与框架2连接的平面弹簧6产生受迫振动，即平面弹簧6将沿着自身在静止时所在平面的垂线方向进行往复运动，导致粘贴于平面弹簧6内侧的小磁铁5和固定于立方体结构7上的大磁铁3之间发生振幅随时间不断衰减的周期性的相对运动，大磁铁3和小磁铁5之间的相对运动引起空间内磁场发生变化，根据电磁感应定律，在变化磁场中的磁感应线圈4就会产生电动势，从而实现振动能量采集。本专利技术的多方向振动能量采集工作原理：能量采集器外形为正方体，其中1个面作为底座，与振动物体直接粘贴连接，其余5个面上设有5组独立的由大磁铁3、小磁铁5和磁感应线圈4（小磁铁5和磁感应线圈4粘贴于平面弹簧6内侧）组成的电磁感应系统。当能量采集器的框架2随环境进行振动方向随机或多方向的振动时，会导致框架2产生方向随机或多方向的位移，根据矢量分解的原理，框架2的位移在任意时刻总可以等效为任意三个确定方向上位移的矢量和，取能量采集器静止时各平面的垂线方向为上述三个确定方向，这样，框架2的位移就会引起能量采集器5个面上的平面弹簧6产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多方向振动能量采集器，其特征在于，包括磁铁支架（1）、框架（2）、大磁铁（3）、磁感应线圈（4）、小磁体（5）、平面弹簧（6）、立方体结构（7）、圆形凹槽（8）、正方形凹槽（9）和小凹槽（10）；所述磁铁支架（1）和框架（2）为一体化结构；所述磁铁支架（1）包括立方体结构（7）；所述立方体结构（7）位于能量采集器的中心；所述立方体结构（7）在除底面之外的其余五个面上分别有大磁铁（3）；所述立方体结构（7）上的大磁铁（3）相对设有磁感应线圈（4）、小磁铁（5）和平面弹簧（6）；所述小磁铁（5）位于磁感应线圈（4）的内环中心处；所述立方体结构（7）在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的圆形凹槽（8）；所述大磁铁（3）固定在圆形凹槽（8）内；所述磁感应线圈（4）和小磁铁（5）固定在平面弹簧（6）的中央平板上，所述框架（2）在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的正方形凹槽（9）；所述平面弹簧（6）固定在正方形凹槽（9）内，所述正方形凹槽（9）的四条边的中心处分别设有相同的小凹槽（10），便于平面弹簧（6）的拆卸；当所述多方向振动能量采集器受到外界振动激励时，所述大磁铁（3）和小磁铁（5）之间的相对运动引起空间内磁场发生变化，磁感应线圈（4）在变化的磁场中产生电动势。...

【技术特征摘要】
1.一种多方向振动能量采集器，其特征在于，包括磁铁支架（1）、框架（2）、大磁铁（3）、磁感应线圈（4）、小磁体（5）、平面弹簧（6）、立方体结构（7）、圆形凹槽（8）、正方形凹槽（9）和小凹槽（10）；所述磁铁支架（1）和框架（2）为一体化结构；所述磁铁支架（1）包括立方体结构（7）；所述立方体结构（7）位于能量采集器的中心；所述立方体结构（7）在除底面之外的其余五个面上分别有大磁铁（3）；所述立方体结构（7）上的大磁铁（3）相对设有磁感应线圈（4）、小磁铁（5）和平面弹簧（6）；所述小磁铁（5）位于磁感应线圈（4）的内环中心处；所述立方体结构（7）在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的圆形凹槽（8）；所述大磁铁（3）固定在圆形凹槽（8）内；所述磁感应线圈（4）和小磁铁（5）固定在平面弹簧（6）的中央平板上，所述框架（2）在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的正方形凹槽（9）；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨云，宋晓光，崔鑫艾，蔡婷婷，熊继军，薛淑萍，宋要斌，
申请(专利权)人：吕梁学院，
类型：发明
国别省市：山西,14