一种电磁式振动能量收集器制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁式振动能量收集器，包括外壳（1）、磁铁（5）、平面弹簧（7）、连接件（6）和若干线圈，所述平面弹簧（7）安装在外壳（1）两端，所述磁铁（5）的两端均通过连接件（6）安装在平面弹簧（7）上，所述外壳（1）的侧壁上设有线圈槽（8），若干所述线圈重叠绕制在线圈槽（8）上。本发明专利技术通过设置了三组线圈，在平面弹簧的带动下使得磁铁振动，使得磁铁与线圈一、线圈二和线圈三同时产生相对运动，进而产生多个电压输出；多个电压输出能够同时为不同需求的负载供能，也能够为后级电路提供电压参考、提供自启动电源，有利于构建完全自供电的高效振动能量收集系统，使得振动能量收集系统更加可靠地运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁式振动能量收集器


[0001]本专利技术涉及振动能量收集
，具体为一种电磁式振动能量收集器。

技术介绍

[0002]振动能量收集技术旨在利用环境中广泛存在的振动能量产生电能，为低功耗无线传感器网络供电，以减少甚至替代传统电池的使用，降低无线传感器网络的维护成本。电磁式振动能量收集依靠磁铁和线圈的相对运动将振动能转化为电能，是一种高功率密度、高可靠性的振动能量收集方法，目前已有了很多应用。
[0003]电磁式振动能量一般只设计一个线圈，输出一路电压，这不利于满足多个负载的需求。此外，能量收集器的后级电能管理系统中还需要参考电压、辅助电源等额外的输出电压，只有一组线圈的能量收集器无法实现这些功能。
[0004]为此，提出供了一种电磁式振动能量收集器，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种电磁式振动能量收集器，通过设置了若干线圈，在平面弹簧的带动下使得磁铁振动，使得磁铁与若干线圈同时产生相对运动，进而产生多个电压输出，解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种电磁式振动能量收集器，包括：
[0008]外壳1、磁铁5、平面弹簧7、连接件6和若干线圈，所述平面弹簧7安装在外壳1两端，所述磁铁5的两端均通过连接件6安装在平面弹簧7上，所述外壳1的侧壁上设有线圈槽8，若干所述线圈重叠绕制在线圈槽8上。
[0009]优选的，所述外壳1为圆柱形，由塑料材质制成。
[0010]优选的，若干所述线圈重叠绕制在磁铁5的上、下两端外表面且位于线圈槽8内。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0012]本专利技术所述的一种电磁式振动能量收集器，通过设置了若干线圈，在平面弹簧的带动下使得磁铁振动，使得磁铁与若干线圈同时产生相对运动，进而产生多个电压输出；多个电压输出能够同时为不同需求的负载供能，也能够为后级电路提供电压参考、提供自启动电源，有利于构建完全自供电的高效振动能量收集系统，使得振动能量收集系统更加可靠地运行。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例一中所述的一种电磁式振动能量收集器结构图；
[0014]图2为本专利技术实施例一中三组线圈的剖面图和放大图；
[0015]图3为本专利技术实施例一中三组线圈的COMSOL仿真模型；
[0016]图4为本专利技术实施例一在COMSOL仿真中，相对位移为0.5mm时三组线圈的输出电压
示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例一在COMSOL仿真中，相对位移为5mm时三组线圈的输出电压示意图；
[0018]图6为本专利技术实施例一在COMSOL仿真中，相对位移分别为0.5mm和5mm时，三组线圈输出电压的比值示意图；
[0019]图7为本专利技术实施例二提供的一种具有四组线圈的振动能量收集系统示意图。
[0020]图中：1、外壳；2、线圈一；3、线圈二；4、线圈三；5、磁铁；6、连接件；7、平面弹簧；8、线圈槽。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]如图1所示，为本专利技术提供的一种电磁式振动能量收集器结构图，包括：外壳1、磁铁5、平面弹簧7、连接件6和若干线圈，所述平面弹簧7安装在外壳1两端，所述磁铁5的两端均通过连接件6安装在平面弹簧7上，所述外壳1的侧壁上设有线圈槽8，若干所述线圈重叠绕制在线圈槽8上。所述外壳1为圆柱形，由塑料材质制成。若干所述线圈重叠绕制在磁铁5的上、下两端外表面且位于线圈槽8内。
[0023]实施例一：
[0024]一般而言，磁铁5上、下两端附近具有最大的径向磁场，为了能够充分利用磁铁5的磁感应强度，线圈槽8设置于磁铁5的上、下两端，线圈一2、线圈二3和线圈三4重叠绕制在线圈槽8中，确保输出电压相位一致。平面弹簧7和三组线圈安装在外壳上，磁铁5通过连接件6安装在平面弹簧7上。外部振动带动平面弹簧7振动，使得磁铁5与三组线圈产生相对位移，在三组线圈中感应出电能。
[0025]如图2所示，线圈一2、线圈二3和线圈三4重叠绕制在厚度为2h的矩形区域内，导线直径为Δr。三组线圈的绕线区域长度分别为l1、l2和l3；根据电磁式振动能量收集器的等效电路模型推导，谐振状态下第i组线圈可以输出的最大功率为：
[0026][0027]式中，m是磁铁质量，y是外界振动位移，ρ是线圈电阻系数，l
i
是第i组线圈的绕线区域长度，c
mech
是系统的机械阻尼系数。由上式可以看出，线圈能够输出的功率与导线的直径无关。因此，使用越细的线绕制线圈，可以形成更高的匝数和输出电压，但是由于内阻增大，输出功率不变。在实际实施中，应当先根据负载所需求的输出功率确定各组线圈绕线区域长度l
i
，再根据负载所需求的输出电压灵活配置导线的粗细Δr，以满足不同负载对于功率、电压的需求。
[0028]在本专利技术所设计的振动能量收集器中，磁铁5与三组线圈具有相同的相对位移Δ
z，因此第i组线圈的感应电动势EMFi可以通过以下表达式描述：
[0029][0030]式中，θ
i
是第i组线圈的机电耦合系数；
[0031][0032]式中，(r
i
,z
i
)表示第i匝线圈在平面坐标系中的位置；B
r
(r
i
,z
i
,Δz)表示第i匝线圈位置处的磁感应强度；
[0033]根据毕奥
‑
萨伐尔定律得到B
r
(r
i
,z
i
,Δz)表达式：
[0034][0035]式中，B
rem
为磁铁的剩磁。
[0036]如图3所示，磁铁5半径为10mm，厚度为12mm，图4、图5为磁铁5和三组线圈相对位移为0.5mm和5mm时的输出电压波形，图6为线圈一2、线圈二3和线圈三4输出电压在不同位移下的比值。由上述可知，在相对位移为0.5mm时，三组线圈的输出电压几乎完成正比；当相对位移大于0.5mm时，三组线圈的输出电压尽管相位一致，但是大小无法保证时刻成正比。且在一般的磁铁5厚度为12mm的振动能量收集器中，0.5mm的相对位移已是较大的情况，因此，本专利技术提出的具有三组电磁式振动能量收集器能够保证多组输出电压相位完全一致，且在相对位移为0.5mm的情况下，输出电压保持时刻成正比。
[0037]实施例二：
[0038]如图7所示，为一个具有四组线圈的振动能量装置，线圈一和线圈三分别用于储能和为无线传感器供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁式振动能量收集器，特征在于，包括：外壳（1）、磁铁（5）、平面弹簧（7）、连接件（6）和若干线圈，所述平面弹簧（7）安装在外壳（1）两端，所述磁铁（5）的两端均通过连接件（6）安装在平面弹簧（7）上，所述外壳（1）的侧壁上设有线圈槽（8），若干所述线圈重叠绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍南，莫宇鸿，郭敏，奉斌，况成忠，彭宇健，肖静，尹立群，周柯，吴晓锐，龚文兰，俞小勇，秦丽文，吴丽芳，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：