【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及振动能量收集技术，具体涉及一种基于电磁分流换能的振动能量收集系统。
技术介绍
1、目前，大多数传感器网络节点仍使用电池供电，但电池供电在实际应用中存在许多问题：一方面，电池有限的寿命对分布广泛、数量巨大的传感器网络节点的电池更换或充电提出了巨大挑战；另一方面，化学电池不仅难以抵御极端高温、极端寒冷等恶劣环境，而且废旧电池不仅回收困难，泄漏的重金属还会给环境带来污染.从自然环境中收集能量是替代传统电池的理想解决方案。
2、振动能量被认为是一种可持续的清洁能源，且振动是一种常见的机械运动，如在人体运动、车辆、机械、甚至是大海的波浪中，对振动能量进行采集，转换为人类可用的能量有着广泛的前景。电磁分流换能器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。电磁分流换能器主要由磁体和感应线圈组成，其工作原理是基于法拉第电磁感应定律，在外界振动作用下，磁体和感应线圈之间发生相对运动导致感应线圈内部的磁通量发生改变，从而使线圈内产生电信号。根据运动部件的不同，现有电磁式振动能量收集设备可以分为线圈振动型、磁体振动型以及线圈-磁体同振型三类。磁体振动型是指能量收集器在受到外界振动激励时，感应线圈保持不动，而磁体相对于感应线圈运动；线圈振动型是指能量收集器在受到外界振动激励时，磁体保持不动，而感应线圈相对磁体运动；线圈-磁体同振型是指能量收集器在外界激励作用下，感应线圈和磁体都运动，但是感应线圈和磁体的运动状态不同步。目前大部分振动能量收集装置的响应频率范围集中在数十赫兹的振动能量
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种基于电磁分流换能的振动能量收集系统，旨在解决现有技术中存在的超低频振动能量高效收集问题。
2、本专利技术采用的技术方案为：一种振动能量收集系统，包括底座、中心轴、正刚度装置、负刚度装置、电磁分流换能装置和外接电路；
3、所述底座上固定下箱体，下箱体的顶部设置上箱体；所述下箱体内安装有正刚度装置，正刚度装置的顶部与设于中心轴下端的连接板相连，中心轴的上端穿出下箱体，并经上箱体的顶部穿出，与负载相连；
4、在上箱体内的中心轴上依次自下而上分别安装负刚度装置和电磁分流换能装置；
5、所述电磁分流换能装置包括同轴配置在中心轴上的环形线圈a和环形永磁体a，所述环形永磁体a位于环形线圈a的内部，环形永磁体a采用轴向充磁，环形永磁体a的上部为s极，环形永磁体a的下部为n极；
6、所述外接电路包括通过电线串联的外接负电阻和外接电容；所述外接电路的两端分别与环形线圈a的两端相连形成回路。
7、按上述方案，所述环形永磁体a上端和下端的中心轴上分别设置有固定环。
8、按上述方案，环形线圈a与对应的环形永磁体a之间的横向装配间隙为1.5～2.5mm，垂向最大行程为5mm。
9、按上述方案，所述正刚度装置为线性螺旋弹簧，线性螺旋弹簧与中心轴同轴配置；所述线性螺旋弹簧设于下箱体内，与下箱体的内底部压紧，线性螺旋弹簧的上端设于与连接板下表面的凹槽内。
10、按上述方案，所述负刚度装置包括自下而上装配在中心轴上的第一负刚度装置和第二负刚度装置；
11、所述第一负刚度装置包括环形线圈b和环形永磁体b，环形线圈b内通入电流；所述环形永磁体b位于环形线圈b的内部，环形永磁体b采用轴向充磁，环形永磁体b的上部为s极，环形永磁体b的下部为n极。
12、按上述方案，所述环形永磁体b上端和下端的中心轴上分别设置有固定环。
13、按上述方案，环形线圈b与环形永磁体b的磁化方向相反且轴向高度一致。
14、按上述方案，所述第二负刚度装置包括装配在中心轴上的内环形永磁体c，以及同轴配置在内环形永磁体c外部的外环形永磁体c，内环形永磁体c的上部为s极，内环形永磁体c的下部为n极；外环形永磁体c的上部为s极，外环形永磁体c的下部为n极；内外环形永磁体c的s极和n极采用同向磁化布置且轴向高度一致。
15、按上述方案，所述振动能量收集系统还设有直线轴承导向装置，直线轴承导向装置为装配在中心轴上的第一直线轴承和第二直线轴承，其中第一直线轴承设于上箱体内，且位于第一负刚度装置与所述线性螺旋弹簧；所述第二直线轴承设于所述第二负刚度装置上部的中心轴上，且第二直线轴承位于上箱体内。
16、按上述方案，所述上箱体包括自上而上依次首尾相连的第四壳体、第一壳体、第三壳体和第二壳体，所述电磁分流换能装置安装于第一壳体内；所述第一负刚度装置安装于第二壳体内；所述第二负刚度装置安装于第三壳体内；所述第二直线轴承设于第四壳体内；中心轴的上端穿过第四壳体，与负载相连。
17、本专利技术的有益效果为：本专利技术系统具有低频振动能量的收集能力，采用电磁分流换能装置和混合磁式负刚度装置耦合的方式，实现了低频振动能量的收集能力；同时，本专利技术采用运算放大器虚短虚断原理设计的负电阻电容串联电路，其中负电阻可以有效抵消电路中的电阻值，进一步提高电路中的电流值，同时对电磁分流换能器产生的电压具有增益效果，进一步提高了装置的能量收集能力。
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1.一种基于电磁分流换能的振动能量收集系统，其特征在于，包括底座、中心轴、正刚度装置、负刚度装置、电磁分流换能装置和外接电路；
2.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述环形永磁体A上端和下端的中心轴上分别设置有固定环。
3.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，环形线圈A与对应的环形永磁体A之间的横向装配间隙为1.5～2.5mm，垂向最大行程为5mm。
4.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述正刚度装置为线性螺旋弹簧，线性螺旋弹簧与中心轴同轴配置；所述线性螺旋弹簧设于下箱体内，与下箱体的内底部压紧，线性螺旋弹簧的上端设于与连接板下表面的凹槽内。
5.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述负刚度装置包括自下而上装配在中心轴上的第一负刚度装置和第二负刚度装置；
6.如权利要求5所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述环形永磁体B上端和下端的中心轴上分别设置有固定环。
7.如权利要求6所述的振动能量收集系统，其特征在于，环形线圈B与环形永磁体B的磁化方向相反且
8.如权利要求3所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述第二负刚度装置包括装配在中心轴上的内环形永磁体C，以及同轴配置在内环形永磁体C外部的外环形永磁体C，内环形永磁体C的上部为S极，内环形永磁体C的下部为N极；外环形永磁体C的上部为S极，外环形永磁体C的下部为N极；内外环形永磁体C的S极和N极采用同向磁化布置且轴向高度一致。
9.如权利要求5所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述振动能量收集系统还设有直线轴承导向装置，直线轴承导向装置为装配在中心轴上的第一直线轴承和第二直线轴承，其中第一直线轴承设于上箱体内，且位于第一负刚度装置与所述线性螺旋弹簧；所述第二直线轴承设于所述第二负刚度装置上部的中心轴上，且第二直线轴承位于上箱体内。
10.如权利要求9所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述上箱体包括自上而上依次首尾相连的第四壳体、第一壳体、第三壳体和第二壳体，所述电磁分流换能装置安装于第一壳体内；所述第一负刚度装置安装于第二壳体内；所述第二负刚度装置安装于第三壳体内；所述第二直线轴承设于第四壳体内；中心轴的上端穿过第四壳体，与负载相连。
...【技术特征摘要】
1.一种基于电磁分流换能的振动能量收集系统，其特征在于，包括底座、中心轴、正刚度装置、负刚度装置、电磁分流换能装置和外接电路；
2.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述环形永磁体a上端和下端的中心轴上分别设置有固定环。
3.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，环形线圈a与对应的环形永磁体a之间的横向装配间隙为1.5～2.5mm，垂向最大行程为5mm。
4.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述正刚度装置为线性螺旋弹簧，线性螺旋弹簧与中心轴同轴配置；所述线性螺旋弹簧设于下箱体内，与下箱体的内底部压紧，线性螺旋弹簧的上端设于与连接板下表面的凹槽内。
5.如权利要求1所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述负刚度装置包括自下而上装配在中心轴上的第一负刚度装置和第二负刚度装置；
6.如权利要求5所述的振动能量收集系统，其特征在于，所述环形永磁体b上端和下端的中心轴上分别设置有固定环。
7.如权利要求6所述的振动能量收集系统，其特征在于，环形线圈b与环形永磁体b的磁化方向相反且轴向高...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆超，楼京俊，初嘉文，刘树勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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