一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，属于地面能量收集技术领域，包括壳体和设置于所述壳体内部的电磁发电单元；所述壳体上端通过弹性件和减速带连接；所述电磁发电单元和减速带之间连接有施力单元；所述施力单元和减速带同步上下振动，使施力单元对电磁发电单元施加上下方向的力，从而使电磁发电单元将振动能转化为电能

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置


[0001]本专利技术涉及地面能量收集
，具体涉及一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置
。

技术介绍

[0002]由于工业的迅猛发展，人们对能源的需求与日俱增，煤和石油等化石能源虽能满足人们的需求，但是也存在会造成环境污染以及成本高等不可忽视的问题
。
人们日益期待能够满足工业生产和日常生活的清洁能源
。
因此，从自然环境中利用资源收集能量已经成为大势所趋
。
[0003]公路隧道是交通运输系统的重要组成部分，然而其建设和维护面临着众多挑战，对于安全监控系统的需求十分迫切
。
虽然低功耗传感器
、
监控探头和信号指示器等电子设备已被广泛应用于道路安全监控，但它们需要足够的能量才能正常工作，如何为这些电子器件供电是人们普遍关注的
。
对于采用化学电池供电的传统方式而言，存在的问题是：当电池没电需要进行更换时，会导致在一段时间内电子设备处于断电状态而无法持续性监测；同时也存在人为更换困难
、
成本高，且废弃的电池会对环境造成污染等缺点
。
由于车辆行驶过道路时会产生大量的振动能，特别是车辆在经过减速带时会降低行驶的速度，以避免引发交通事故，然而车辆在经过减速带时所产生的动能并未被利用
。
因此，如何收集道路地面的振动能为监控探头和信号指示器等电子设备供电成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题
。<br/>
技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，拟解决现有能量收集装置不能能够很好地将车辆经过减速带时振动产生的机械能转化电能并收集起来的问题
。
为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，包括壳体和设置于所述壳体内部的电磁发电单元；所述壳体上端通过弹性件和减速带连接；所述电磁发电单元和减速带之间连接有施力单元；所述施力单元和减速带同步上下振动，使施力单元对电磁发电单元施加上下方向的力，从而使电磁发电单元将振动能转化为电能
。
[0006]进一步的，所述电磁发电单元包括中心杆
、
振动板和两个电磁发电组件；所述中心杆竖直设置于壳体底部；所述振动板和两个所述电磁发电组件套设在中心杆上，且两个所述电磁发电组件关于振动板对称设置；所述电磁发电组件包括旋转部和固定部；所述施力单元包括两个推杆；两个所述推杆关于振动板的轴心对称，且和振动板固定连接；两个所述推杆用于带动振动板上下运动，使振动板带动旋转部转动
。
[0007]进一步的，所述旋转部包括旋转板和线圈阵列；所述线圈阵列设置于旋转板上；所述旋转板设有第一通孔；所述中心杆穿过第一通孔并与旋转板转动连接；所述固定部包括磁铁支架和磁铁阵列；所述磁铁阵列设置于磁铁支架上；所述磁铁支架设有第二通孔；所述
中心杆穿过第二通孔并与磁铁支架固定连接；所述线圈阵列和磁铁阵列相向设置
。
[0008]进一步的，所述线圈阵列包括若干个线圈；若干个所述线圈串联连接；所述旋转板上设有若干个线柱；所述线圈和线柱一一对应；所述线圈通过线柱固定于旋转板上
。
[0009]进一步的，所述磁铁阵列包括若干个第一磁铁和若干个第二磁铁；所述第一磁铁和第二磁铁交替排布；所述第一磁铁和第二磁铁相斥
。
[0010]进一步的，所述电磁发电单元还包括若干根球铰棒；所述球铰棒一端和旋转板铰接，另一端和振动板铰接；所述球铰棒用于振动板上下运动时带动两个旋转板转动
。
[0011]进一步的，还包括压电发电单元；所述推杆对压电发电单元施加上下方向的力，使压电发电单元发生形变，从而实现压电发电
。
[0012]进一步的，所述压电发电单元套设在中心杆上，且压电发电单元设置于振动板下方；所述压电发电单元包括连接环
、
悬臂梁和压电片；所述中心杆穿过连接环并与连接环固定连接；所述悬臂梁的第一端固定连接在连接环侧壁上；所述悬臂梁的第二端悬空；所述压电片设置于悬臂梁上；所述振动板设有第三通孔；所述推杆带动振动板上下运动，使振动板对悬臂梁第二端施加力
。
[0013]进一步的，还包括储能单元；所述储能单元和电磁发电单元
、
压电发电单元分别通过导线电连接；所述储能单元用于收集储存电磁发电单元和压电发电单元产生的能量
。
[0014]进一步的，所述弹性件为弹簧
。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1.
本专利技术的地面能量收集装置实现了系统自供能，当车辆通过减速带时，车轮的压力会导致减速带产生竖直方向的振动，利用电磁感应机制和压电效应，可以将振动能转化为电能；
[0017]2.
本专利技术的地面能量收集装置通过一个空间双
X
型结构将竖直方向的振动能转化为线圈阵列和磁铁阵列的相对旋转运动，极大地增大了能量收集装置的输出性能；
[0018]3.
本专利技术的地面能量收集装置的结构简单，易于制造，且该装置安装在减速带下，充分利用了地下空间；
[0019]4.
本专利技术的地面能量收集装置采用
N、S
极磁铁交替排布的方式，相较于传统的海尔贝克阵列可以提供更大的磁通密度突变，能感应出更大的感应电动势，同时也意味着更高的能量转换效率；
[0020]5.
本专利技术的地面能量收集装置使用了钛合金线柱固定线圈，钛合金具有优良的导磁性，可以提升该装置的性能；
[0021]6.
本专利技术的地面能量收集装置将电磁发电和压电发电结合，弥补了单一能量收集装置发电量低的缺点，显著提高了装置的发电能力
。
附图说明
[0022]图1是本专利技术地面能量收集装置的整体外观示意图；
[0023]图2是本专利技术地面能量收集装置的内部结构示意图；
[0024]图3是本专利技术地面能量收集装置的内部结构正视图；
[0025]图4是本专利技术带有线圈阵列的旋转板的结构示意图；
[0026]图5是本专利技术线圈阵列的排布示意图；
[0027]图6是本专利技术磁铁阵列的排布示意图；
[0028]图7是本专利技术地面能量收集装置的压电发电单元的结构示意图；
[0029]图8是本专利技术地面能量收集装置的电路流程图；
[0030]附图中：1‑
减速带
、2
‑
弹性件
、3
‑
推杆
、4
‑
线圈
、5
‑
壳体
、6
‑
磁铁支架
、7
‑
磁铁阵列
、8
‑
线圈阵列
、9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，其特征在于：包括壳体
(5)
和设置于所述壳体
(5)
内部的电磁发电单元；所述壳体
(5)
上端通过弹性件
(2)
和减速带
(1)
连接；所述电磁发电单元和减速带
(1)
之间连接有施力单元；所述施力单元和减速带
(1)
同步上下振动，使施力单元对电磁发电单元施加上下方向的力，从而使电磁发电单元将振动能转化为电能
。2.
根据权利要求1所述的一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，其特征在于：所述电磁发电单元包括中心杆
(13)、
振动板
(12)
和两个电磁发电组件；所述中心杆
(13)
竖直设置于壳体
(5)
底部；所述振动板
(12)
和两个所述电磁发电组件套设在中心杆
(13)
上，且两个所述电磁发电组件关于振动板
(12)
对称设置；所述电磁发电组件包括旋转部和固定部；所述施力单元包括两个推杆
(3)
；两个所述推杆
(3)
关于振动板
(12)
的轴心对称，且和振动板
(12)
固定连接；两个所述推杆
(3)
用于带动振动板
(12)
上下运动，使振动板
(12)
带动旋转部转动
。3.
根据权利要求2所述的一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，其特征在于：所述旋转部包括旋转板
(9)
和线圈阵列
(8)
；所述线圈阵列
(8)
设置于旋转板
(9)
上；所述旋转板
(9)
设有第一通孔；所述中心杆
(13)
穿过第一通孔并与旋转板
(9)
转动连接；所述固定部包括磁铁支架
(6)
和磁铁阵列
(7)
；所述磁铁阵列
(7)
设置于磁铁支架
(6)
上；所述磁铁支架
(6)
设有第二通孔；所述中心杆
(13)
穿过第二通孔并与磁铁支架
(6)
固定连接；所述线圈阵列
(8)
和磁铁阵列
(7)
相向设置
。4.
根据权利要求3所述的一种基于磁通密度突变和压电效应的地面能量收集装置，其特征在于：所述线圈阵列
(8)
包括若干个线圈
(4)
；若干个所述线圈
(4)
串联连接；所述旋转板
(9)
上设有若干个线柱
(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠杰，周丽朦，崔冰雁，彭艳，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：