本实用新型专利技术公开了一种基于升频装置的宽频带电磁振动俘能器。所述电磁振动俘能器整体关于中心对称布置，上端盖与下端盖之间设置有内筒和外筒，内筒和外筒同轴内外套装，内筒和外筒之间具有环形间隙作为环形柱状通道，上端盖上固定有上固定圆柱磁铁，下端盖上固定有下固定圆柱磁铁，内筒内部同轴活动安装有移动圆柱磁铁，环形柱状通道内的上端盖下端面上和下端盖上端面上分别同轴固定安装有上固定环形磁铁和下固定环形磁铁，上固定环形磁铁和下固定环形磁铁之间同轴活动套装有移动环形磁铁；内筒外圆周侧固定安装有内筒线圈，外筒外圆周面固定安装外筒线圈。本实用新型专利技术利用共振频率不同的双磁弹簧系统组成了一个升频装置，大大提高了低频振动能量的捕获效率。提高了低频振动能量的捕获效率。提高了低频振动能量的捕获效率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于升频装置的宽频带电磁振动俘能器
[0001]本技术涉及了一种电磁振动俘能器，具体涉及了一种基于升频装置的宽频带电磁振动俘能器。
技术介绍
[0002]现有的胎压监测系统(TPMS)是由纽扣电池供电，由于电池的寿命有限，每隔几年就要对电池进行更换，这增加了时间成本和维护难度。此外，电池的大量使用会对环境造成危害，不符合绿色工业和可持续发展的要求。因此，越来越多的研究者企图寻找一个一劳永逸的办法(即让TPMS实现自供电的方法)来解决这一难题。在现有的自供电技术中，从环境振动中俘获能量的振动俘能器(VEH)无疑是最具应用潜力的选择。车轮的旋转可以提供很大的振动幅度与振动加速度，因此可作为TPMS的潜在动力源。现有的振动俘能器多是采用共振式的机械结构，以电磁发电装置为例，磁铁在环境振动源的驱动下往复振动，切割磁感线从而在线圈内产生感应电动势。这种共振式发电装置在外部激励频率等于其自身的固有频率时，达到最大输出功率。并且，传统共振式的VEH只能在共振频率附近很窄的一个频率宽带范围内工作，这显然不适用于频率范围很宽的汽车振动场合。
[0003]现有的共振式发电装置多为线性系统，虽然在外部激励频率等于其自身固有频率，即达到共振状态时，能产生较大的输出功率。但其工作的频率范围非常狭小，仅仅在固有频率附近很窄的一段频率范围内(一般为几赫兹)，这种共振式的发电装置才能正常工作。但是TPMS中的激振频宽为1
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40Hz，显然传统的VEH不能适用。此外，当频率较低时(<10Hz)，根据VEH的输出功率与激振频率成三次方关系的理论，传统共振式VEH的输出功率也较低，不能很好地满足TPMS的供电要求。
技术实现思路
[0004]本技术采用的基于升频装置的电磁振动俘能器恰恰能解决上述难题。本技术可理解为基于双磁弹簧的串联振动系统，一个是低频振动系统，另一个是高频振动系统，低频振动系统与高频振动系统的固有频率为一个范围，该范围的取值与磁铁的尺寸大小以及磁力强弱有关。低频振动系统因为要响应外界振动，所以它的频率范围要与激振频率范围一致，比如，汽车的激振频率范围是1
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50Hz，低频振动系统的范围就也是1
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50Hz，高频振动系统的频率范围要整体大于低频系统，大概为60
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90Hz，这些范围均可以通过调整磁铁的尺寸和磁力强弱来实现。
[0005]低频振动系统随着外界的振动而振动，同时把动能通过磁耦合传递给高频振动系统，后者利用电磁感应机电转换机制再把该振动能量转化为电能。这种升频装置的引入带来了两个最基本的优势：一是用于发电的振动频率得到了大幅度提升，这将直接导致输出功率密度的增加；二是在保持微小的总体尺寸的情况下也能使其固有频率与激振频率相接近。其次，本技术采用磁性弹簧
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质量系统来作为低频和高频振动系统，磁弹簧变刚度的特性使之共振频率能随着激励频率的变化而变化，即有较大的频率响应范围，满足了
TPMS宽频带的要求。本技术中低频振动系统向高频振动系统传递能量是通过非接触的磁力来实现的，有效的避免了因接触带来的损坏及能量损失，有助于延长本技术的使用寿命。
[0006]本技术针对低频大宽带的车轮振动发电困难的问题，提出了基于升频装置的电磁振动俘能器，升频装置有效地拓宽了发电装置的工作响应频带，双磁弹簧的串联振动系统通过提升频率极大地提高了VEH的输出功率。在用于胎压监测系统及其他环境监测无线传感器实现自供电方面，本技术具有极大的应用潜力。
[0007]本技术的技术方案如下：
[0008]本技术所述电磁振动俘能器整体关于中心对称布置，包括上端盖、上固定环形磁铁、上固定圆柱磁铁、移动圆柱磁铁、内筒、内筒线圈、下固定圆柱磁铁、移动环形磁铁、下固定环形磁铁、下端盖、外筒和外筒线圈；
[0009]上端盖与下端盖之间设置有内筒和外筒，内筒和外筒同轴内外套装，内筒和外筒之间具有环形间隙作为环形柱状通道，伸入内筒内的上端盖端面上固定有上固定圆柱磁铁，伸入内筒内的下端盖端面上固定有下固定圆柱磁铁，上固定圆柱磁铁和下固定圆柱磁铁之间的内筒内部同轴活动安装有移动圆柱磁铁，移动圆柱磁铁在内筒内部进行轴向滑动，环形柱状通道内的上端盖下端面上和下端盖上端面上分别同轴固定安装有上固定环形磁铁和下固定环形磁铁，上固定环形磁铁和下固定环形磁铁之间的环形柱状通道中同轴活动套装有移动环形磁铁，移动环形磁铁在环形柱状通道中进行轴向滑动；内筒外圆周侧的中部固定安装有内筒线圈，外筒外圆周面的中部固定安装外筒线圈。
[0010]所述伸入内筒内的上端盖端面上固定有上固定圆柱磁铁，伸入内筒内的下端盖端面上固定有下固定圆柱磁铁，具体为：
[0011]上端盖的下端面上开有一个盲孔，盲孔作为上端盖的端盖内孔，一个支撑柱设置在上端盖的端盖内孔中，一个支撑柱的一端同轴固定在上端盖的中部，一个支撑柱的另一端同轴固定连接上固定圆柱磁铁并伸入内筒一端后与内筒固定连接，外筒的一端密封嵌装在上端盖的端盖内孔中后与上端盖固定连接；
[0012]下端盖的上端面上也开有一个盲孔，盲孔作为下端盖的端盖内孔，另一个支撑柱设置在下端盖的端盖内孔中，另一个支撑柱的一端同轴固定在下端盖的中部，另一个支撑柱的另一端同轴固定连接下固定圆柱磁铁并伸入内筒另一端后与内筒固定连接，外筒的另一端密封嵌装在下端盖的端盖内孔中后与下端盖固定连接。
[0013]所述内筒外圆周侧的中部固定安装有内筒线圈，具体为：
[0014]所述内筒外圆周侧的中部设置有内筒凸起缘，内筒凸起缘中部开有环形槽并作为内筒线圈安装槽，内筒线圈安装槽中固定安装有内筒线圈，内筒凸起缘中还开有轴向的条形槽并作为线槽。
[0015]所述外筒外圆周侧的中部固定安装外筒线圈，具体为：
[0016]所述外筒外圆周侧的中部设置有外筒凸起缘，外筒凸起缘中部开有环形槽并作为外筒线圈安装槽，外筒线圈安装槽中固定安装有外筒线圈。
[0017]所述上固定环形磁铁、上固定圆柱磁铁、移动圆柱磁铁、下固定圆柱磁铁、移动环形磁铁和下固定环形磁铁的磁极均沿轴向布置，上固定环形磁铁与移动环形磁铁之间相邻的一端的磁极相同，下固定环形磁铁与移动环形磁铁之间相邻的一端的磁极相同；
[0018]所述上固定圆柱磁铁与移动圆柱磁铁之间相邻的一端的磁极相同，下固定圆柱磁铁与移动圆柱磁铁之间相邻的一端的磁极相同。
[0019]所述电磁振动俘能器整体未受到环境振动激励时，移动圆柱磁铁、移动环形磁铁、内筒线圈和外筒线圈的中心截面均在同一平面中；
[0020]当电磁振动俘能器整体受到环境振动激励时，移动圆柱磁铁在上固定圆柱磁铁和下固定圆柱磁铁之间的内筒中沿轴向进行滑动，移动环形磁铁在环形柱状通道中进行轴向滑动。
[0021]本技术的有益效果为：
[0022]本技术利用变刚度的磁性弹簧来拓宽装置的工作响应频宽。
[0023]本实用新本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于升频装置的宽频带电磁振动俘能器，其特征在于，所述电磁振动俘能器整体关于中心对称布置，包括上端盖(1)、上固定环形磁铁(2)、上固定圆柱磁铁(3)、移动圆柱磁铁(4)、内筒(5)、内筒线圈(6)、下固定圆柱磁铁(7)、移动环形磁铁(8)、下固定环形磁铁(9)、下端盖(10)、外筒(11)和外筒线圈(12)；上端盖(1)与下端盖(10)之间设置有内筒(5)和外筒(11)，内筒(5)和外筒(11)同轴内外套装，内筒(5)和外筒(11)之间具有环形间隙作为环形柱状通道，伸入内筒(5)内的上端盖(1)端面上固定有上固定圆柱磁铁(3)，伸入内筒(5)内的下端盖(10)端面上固定有下固定圆柱磁铁(7)，上固定圆柱磁铁(3)和下固定圆柱磁铁(7)之间的内筒(5)内部同轴活动安装有移动圆柱磁铁(4)，移动圆柱磁铁(4)在内筒(5)内部进行轴向滑动，环形柱状通道内的上端盖(1)下端面上和下端盖(10)上端面上分别同轴固定安装有上固定环形磁铁(2)和下固定环形磁铁(9)，上固定环形磁铁(2)和下固定环形磁铁(9)之间的环形柱状通道中同轴活动套装有移动环形磁铁(8)，移动环形磁铁(8)在环形柱状通道中进行轴向滑动；内筒(5)外圆周侧的中部固定安装有内筒线圈(6)，外筒(11)外圆周面的中部固定安装外筒线圈(12)。2.根据权利要求1所述的一种基于升频装置的宽频带电磁振动俘能器，其特征在于，所述伸入内筒(5)内的上端盖(1)端面上固定有上固定圆柱磁铁(3)，伸入内筒(5)内的下端盖(10)端面上固定有下固定圆柱磁铁(7)，具体为：上端盖(1)的下端面上开有一个盲孔，盲孔作为上端盖(1)的端盖内孔(101)，一个支撑柱(102)设置在上端盖(1)的端盖内孔(101)中，一个支撑柱(102)的一端同轴固定在上端盖(1)的中部，一个支撑柱(102)的另一端同轴固定连接上固定圆柱磁铁(3)并伸入内筒(5)一端后与内筒(5)固定连接，外筒(11)的一端密封嵌装在上端盖(1)的端盖内孔(101)中后与上端盖(1)固定连接；下端盖(10)的上端面上也开有一个盲孔，盲孔作为下端盖(10)的端盖内孔(101)，另一个支撑柱(102)设置在下端盖(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢方，韩冬，刘毅，郑哲，龚国芳，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：
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