【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁式振动能量换能器，特别是涉及一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器。
技术介绍
1、近年来，微电子技术和传感技术随着科技的进步而逐渐变得成熟起来了，微电子元器件的功耗已经降至μw～mw量级，且传感系统在监测物理参数如温度、速度和机械压力等应用中越来越重要，这类元件的广泛使用给我们带来了极大的便利，但随之而来的供能问题就显得格外重要了，受制于该类元件的工作环境复杂多变这一因素，采用外接电路并不能较好地解决所有工作元件的供能问题，因而大多数采用安装电池进行供电，采用电池供电严重依赖电池本身的使用寿命，这需要人力定期回收、替换电池，且如若不能处理好废旧电池则极易对环境造成极大破坏，因此这种供能方法的成本、代价极大，针对这一问题，国内外学者展开了一系列研究。
2、既然外接电池或电路线等常规输能的方法并不适合，于是人们尝试利用自然能量转换成电能进行供能，目前，环境中比较容易获得的清洁能源主要有：太阳能、潮汐能、风能、振动能、热能等，这其中大多数能源的获取极易受到地理环境的影响，而考虑到传感元件工作环境的多样性，振动能便成为了这当中的最优选，振动能几乎无处不在，它不受天气、温度、时间等因素的影响，且振动能拥有较高的能量密度，可以满足目前相当数量设备的供能需求，因此，关于振动能量的采集备受国内外学者的关注。
3、目前，根据发电原理进行划分，振动能量采集的方法大体被分为了三类：静电式、压电式和电磁式，静电式振动能量采集器一般由独立电荷源、平行电容极板以及电荷源与电容极板间的连接导线组成，这种供能方法并不
4、电磁式振动能量采集器的工作原理是法拉第电磁感应定律：在闭合回路中，当穿过感应线圈的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电压和电流，电磁式振动能量采集器的核心结构为永磁体和线圈，当电磁式振动能量采集器受到外界激励影响而振动时，永磁体就会相对线圈运动，以此实现了磁电耦合，采集器即可把外界施加的机械能以电能的形式进行输出。
5、在弹簧支撑类型方面，chingn.n.h等人在电磁式振动俘能装置的研究领域中颇有建树，张海霞等学者提出了一种电磁式振动俘能装置，在弹簧上放置了两个不同的conimnp永磁体，将线圈布置于它们的四周，在2018年时，范朝阳等人设计了一种基于径向磁场的电磁式振动能量采集器，显著提高了输出上限，2022年，舒鑫华等人设计了一种基于导磁材料的电磁式振动能量采集器，验证了增设衔铁和磁轭可有效提高振动能量采集器的输出效果。
6、基于以上缺陷和不足，有必要对现有的技术予以改进，设计出一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器。
技术实现思路
1、本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，复合磁体随物体振动沿导杆往复运动，穿过感应线圈的磁感应强度不断发生变化，可将机械能转换成电能，从而向传感元件供能，提高了穿过感应线圈的磁感应强度，有效聚拢磁路中的磁感线，减少磁漏现象，最终提高了振动能量采集器的输出效果。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，该种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器包括：
3、磁轭外壁，为分体式结构，包括上磁轭和下磁轭，采用高导磁率材料；
4、顶盖板，与上磁轭密封固定连接；
5、底座板，与下磁轭密封固定连接，设置在振动物体上；
6、线圈架，置于上、下磁轭之间，所述线圈架上缠绕有感应线圈，感应线圈穿过磁轭外壁与外负载构成一个完整回路；
7、导杆，与顶盖板和底座板固定连接，用于限制复合磁体的径向运动，使其只作轴向运动；
8、复合磁体，通过轴承套在所述导杆上，包括衔铁、非导磁部件以及磁铁，所述磁铁呈弧形状，若干磁铁同圆心摆放，相邻磁铁之间设置有间隙，磁铁上下两端放置有非导磁部件，非导磁部件设置有插入间隙的凸块，所述衔铁包括下衔铁和上衔铁，下衔铁上设置有安装部，非导磁部件以及磁铁套在下衔铁安装部上，下衔铁和上衔铁采用加装螺钉的方式固定，进而使磁铁、衔铁和非导磁部件成为一个整体，所述非导磁部件选用低导磁率材料；
9、弹簧导套，分别固定在复合磁体的上下两端，用于限制弹簧的径向运动，使之只做轴向伸缩运动；
10、弹簧，套在所述导杆上且两端分别与弹簧导套、顶盖板或底座板相抵，向复合磁体提供弹性恢复力。
11、优选的是，所述上磁轭和下磁轭采用螺钉固定连接，磁轭外壁开设有一用于感应线圈外接负载的开口。
12、优选的是，所述导杆的上下两端均钻有螺纹，与顶盖板和底座板采用螺钉固定连接。
13、优选的是，所述弹簧导套上开设有穿过导杆的通孔以及安装弹簧的安装孔，所述通孔孔径大于导杆外径。
14、优选的是，所述弹簧线径加粗设计。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、复合磁体随物体振动沿导杆往复运动，穿过感应线圈的磁感应强度不断发生变化，可将机械能转换成电能，从而向传感元件供能。
17、在磁铁与衔铁之间增设了非导磁部件，增加了磁感线返回磁铁的轴向距离，有效地提高了穿过感应线圈的磁感应强度，最终提高了振动能量采集器的输出效果；
18、衔铁材料具有高导磁率的优点，因而可以有效聚拢磁路中的磁感线，减少磁漏现象，有效地提高了该电磁式振动能量采集器的输出效果；
19、直线轴承可以减少复合磁体在运动时的摩檫力，其置于两个孔用挡圈之间，直线轴承减少了复合磁体运动中的机械能损耗，提高了能量转换效；
20、目前，对电磁式振动能量采集器的研究大多是关于轴向充磁的，而对于径向充磁研究较少，尤其对于径向充磁的磁路研究设计的部分更是缺乏，因此，本设计以径向充磁的磁铁为基础设计出一个完整的闭合磁路，进而专利技术了该振动能量采集器。
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1.一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：所述上磁轭和下磁轭采用螺钉固定连接，磁轭外壁开设有一用于感应线圈外接负载的开口。
3.根据权利要求1所述的一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：所述导杆的上下两端均钻有螺纹，与顶盖板和底座板采用螺钉固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：所述弹簧导套上开设有穿过导杆的通孔以及安装弹簧的安装孔，所述通孔孔径大于导杆外径。
5.根据权利要求1所述的一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：所述弹簧线径加粗设计。
【技术特征摘要】
1.一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：所述上磁轭和下磁轭采用螺钉固定连接，磁轭外壁开设有一用于感应线圈外接负载的开口。
3.根据权利要求1所述的一种基于径向充磁的电磁式振动能量采集器，其特征在于：所述导杆的上下...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵华泽，袁天辰，杨俭，宋瑞刚，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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