基于磁场调制的可调频振动能量采集装置，包括封装外壳，封装外壳上部设置有调频部件：封装外壳内中部设置有拾振梁，拾振梁下表面设置有永磁体，封装外壳底部设置有线圈；所述的拾振梁和永磁体组成振动能量采集器的拾振部件，将环境中的振动能转化为线圈和永磁体之间的相对运动从而输出电能。通过调节调频部件中软磁材料的磁性部件的位置，改变能量采集器中永磁体磁场分布及磁场力特征，从而实现装置谐振频率的准确调节；此外，由于软磁材料具有优异的磁屏蔽特性，因此可同时有效降低能量采集器内外磁场交叉串扰，大幅提升能量采集器的适用环境与环境稳定性，保证振动能量采集器频率调节过程准确的同时降低外部干扰和装置内部磁场的互相影响。磁场的互相影响。磁场的互相影响。
【技术实现步骤摘要】
基于磁场调制的可调频振动能量采集装置
[0001]本专利技术涉及振动能量采集
，属于振动能量采集装置的频率调节技术，特别涉及一种基于磁场调制的可调频振动能量采集装置。
技术介绍
[0002]振动能量采集技术是一种将环境中的振动能转化成电能并为电子产品供电的技术。目前大多数振动能量采集装置是谐振式装置，特点是装置的谐振频率与环境振动频率匹配时输出功率最大，偏离谐振频率时输出功率将急剧下降。而在实际工作中，环境振动频率是随机的、不可调节的，且装置的谐振频率很可能因为设计、制造和装配阶段的误差发生偏移，因此为了实现装置谐振频率和环境振动频率的匹配，装置的谐振频率调节设计十分必要。
[0003]装置的谐振频率调节主要通过调节系统质量或刚度实现。调节质量一般采用增减质量块大小或调节质量块位置的方法，由于质量块是可动部件，这种调节方法存在操作不便、精度差的缺点。调节刚度可通过调整各部件的参数实现，例如拾振梁的几何参数、拾振单元质量、拾振梁的应力、拾振单元永磁体受到的磁力等。
[0004]在能量采集
，已有专利从调整拾振梁参数的角度改变装置的谐振频率。专利201210551994.7提出了采用微纳加工技术来制备电磁式能量采集器的方法，通过振动板与折形梁的厚度和长度的改变实现对谐振频率的调节。专利202010067919.8提出一种集成制造的非线性级联多自由度振动能量采集器，通过独立改变内圈振子与外圈振子参数，实现两个非线性模态之间间距与单个非线性模态带宽特性的调整，增加振动能量采集器工作带宽。这类方法是多个不同参数能量采集装置的组合，存在工作带宽不连续的问题，并未真正实现装置谐振频率的调节。
[0005]已有专利在能量采集器中引入永磁体材料，利用非线性原理扩大装置的工作带宽。专利201711211951.3和专利201721612390.3提出了一种采用弯曲梁的多方向宽频带能量采集器，利用压电梁磁铁和弯曲梁磁铁之间的磁力实现了对宽频带振动能量的采集。专利201611024248.7提出了振幅放大叠加振动能量采集装置，通过悬臂梁末端固定的磁铁与固定的磁铁之间的磁力作用使系统成为双稳态非线性系统，提升装置的工作带宽。专利201821788962.8提出了一种新型压电振动能量采集器，利用移动磁铁和固定磁铁之间的磁力，使装置适应多种频率的振动环境。专利201610962588.8提出了一种力
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电
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流体耦合作用的非线性涡激振动能量采集器，通过引入非线性磁铁力，提升装置的工作带宽。以上专利均通过永磁体材料引入磁力，利用非线性特性扩大了装置的工作带宽，但永磁体材料引起的非线性较大，存在调频精度低和无法调节装置频率至指定频率的问题。
[0006]已有专利在能量采集器中引入永磁体材料的基础上结合机械调节部件，实现装置谐振频率的调节。专利202110557821.5提出了一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置，通过电机驱动调频装置对装置的谐振频率进行调节。该专利所提出的方案存在调频装置体积大、且消耗电能的缺点。专利202010759431.1提出了一种双稳态能量
收集器离心距离心优化匹配方法，利用调节悬臂梁末端磁铁安装的离心距离，优化双稳态能量收集器的有效收集频带带宽。该专利虽然分析了离心距离对装置带宽的影响，但距离调节步骤复杂，仅适用于某一固定频率的环境。专利201910398485.7提出了用于轨道交通的微型抗磁悬浮振动能量采集器及采集方法，通过改变提升永磁体的高度改变悬浮永磁体受到的磁力，实现装置谐振频率的调节。该专利的局限性是未给出调节距离与谐振频率的关系，不能灵活便捷调节谐振频率，且未考虑外部干扰对装置的影响以及装置内部磁场对外部环境的干扰，实际工作可靠性有待研究。
[0007]综上所述，基于永磁体材料的调频技术可实现能量采集装置谐振频率的有效调节，但仍存在以下不足：由于磁力与磁体间距成反比，因而非线性问题显著，装置的调频精度低、难度高、可控性差；装置中的永磁体易受外界磁场或铁磁材料影响，通常需高性能磁屏蔽封装，而磁屏蔽封装又会因为干扰磁场分布而大幅改变器件特性；装置中的永磁体可产生磁场，可对外界应用环境产生影响，从而导致应用场景受限。
技术实现思路
[0008]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于磁场调制的可调频振动能量采集装置，通过调节软磁调频部件的位置，改变能量采集器中永磁体磁场分布及磁场力特征，从而实现装置谐振频率的准确调节；此外，由于软磁材料具有优异的磁屏蔽特性，因此可同时有效降低能量采集器内外磁场交叉串扰，大幅提升能量采集器的适用环境与环境稳定性，保证振动能量采集器频率调节过程准确的同时，降低外部干扰和装置内部磁场的互相影响。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]基于磁场调制的可调频振动能量采集装置，包括封装外壳5，封装外壳5上部设置有调频部件1：封装外壳5内中部设置有拾振梁2，拾振梁2下表面设置有永磁体3，封装外壳5底部设置有线圈4。
[0011]所述的调频部件1包括作为封装外壳5上盖的盖板12，盖板12中心贯穿设置有调频螺丝11，盖板12上设置有螺栓15，螺栓15上套接有磁性部件13，调频螺丝11的底端与磁性部件13的上表面接触；位于磁性部件13下方的螺栓15上套接有弹簧14，螺栓15末端安装螺母16。
[0012]所述的磁性部件13为软磁材料。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]本专利技术采用软磁材料制作调频机构，通过调节软磁调频机构的位置，改变振动能量采集器中永磁体周围磁场的分布并改变其所受磁力作用，进而改变装置的谐振频率。
[0015]1、虽然软磁材料和永磁体材料均可改变能量采集器中永磁体产生的磁场分布，但是较小尺寸的永磁体材料即产生较大磁力，基于永磁体材料的调频方式非线性问题显著，调频精度低，难以准确调节装置谐振频率至目标频率；本专利技术基于软磁材料的调频方式引起的非线性程度低，提升了装置调频精度，增强了装置的环境适应能力。
[0016]2、基于永磁体材料的调频方式容易受到外部干扰，也会对外部环境产生干扰，难以应用于具有空间磁场或对磁场敏感的应用场景(例如电力、航空航天、轨道交通等)；本专利技术基于软磁材料的的磁性部件13对拾振部件中永磁体3的作用力类似异名磁极之间的吸引
力，相当于减小拾振部件的质量，装置的谐振频率增大；磁性部件13和拾振部件永磁体3之间的吸引力使拾振部件产生向上的位移，对拾振梁2上产生拉伸或压缩应力，引起装置的谐振频率变化。这样的调频方式可以保证装置内部的磁场不受外界环境干扰，且不对外界环境产生干扰，对于装置的实际应用具有可靠性高、安全性强等决定性意义。
附图说明
[0017]图1是本专利技术基于磁场调制的可调频振动能量采集装置的结构示意图。
[0018]图2是本专利技术中用于磁场调制的调频部件的结构示意图。
[0019]图3是本专利技术采用有限本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于磁场调制的可调频振动能量采集装置，包括封装外壳(5)，其特征在于，封装外壳(5)上部设置有调频部件(1)；封装外壳(5)内中部设置有拾振梁(2)，拾振梁(2)下表面设置有永磁体(3)，封装外壳(5)底部设置有线圈(4)。2.根据权利要求1所述的基于磁场调制的可调频振动能量采集装置，其特征在于，所述的调频部件(1)包括作为封装外壳5上盖的盖板(12)，盖板(12)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李运甲，周晨媛，王心怡，张庆宏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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