本发明专利技术公开了一种电磁式振动取能装置及振动分析装置，电磁式振动取能装置包括：拾振单元，所述拾振单元包括拾振梁、永磁体和质量调节垫片，所述质量调节垫片设置在所述永磁体上，所述拾振梁设置在所述质量调节垫片外部，所述拾振梁上设置局部补强结构；换能单元，所述换能单元包括叠层柔性线圈；所述拾振单元和换能单元通过电路板和紧固件固定连接。该振动取能装置可以提升输出电压和功率。
1、随着电力能源绿色低碳转型的不断深入和能源互联网发展水平的不断提高，对电网智能化升级的需求愈发迫切。在电网数字化转型的过程中，大量高性能传感设备将被应用于电力设备在线监测系统，以有力提升电力设备运行的安全性、稳定性和可靠性。但各类传感器的应用过程中，其电池存储容量有限，必须定期更换，给电力设备的运维工作带来了额外负担；一些电力设备如输电线路分布在环境条件苛刻、人类难以接近的地区，定期更换电池消耗大量人力物力，采用光伏方式又只能在光照条件下应用。因此亟需延长电池的更换时间或寻求电池的替代方案。
2、振动能具有分布广泛、受环境影响小的优点，且电力设备中广泛存在着振动，利用环境能量收集技术把环境中的能量采集起来转换成电能对传感器进行供电是解决上述问题的重要方向。电力场景的振动特性较为复杂，变压器的振动主要是由于电磁力和机械力作用下绕组和铁芯发生振动，振动特性表现为100hz及其倍频的多频点定频振动。并联电抗器的振动主要是由绕组上的洛伦兹力、作用于铁心表面的麦克斯韦力及铁心的磁致伸缩效应引起的，振动特性也表现为100hz及其倍频的多频点定频振动。电容器的振动主要是由电容器内部的静电力引起的，振动频率为外加电源频率的2倍，例如外加电源频率50hz，电容器表面振动信号频率主要是100hz。然而，电力设备的振动强度均相对较为微弱，因此在有限的体积内提升振动能量收集技术的适应环境频率的能力和提升输出性能是制约振动能量收集技术应用的关键。
>3、振动能量收集技术按照工作原理不同，可分为静电式、压电式、电磁式、磁致伸缩式、摩擦电式等形式。其中，电磁式振动能量采集技术具有不需要外部电源、输出功率较大、材料加工工艺丰富的优点；电磁式振动能量采集器是一种把线圈和永磁体之间的相对运动转化成电能的装置。目前，谐振式电磁式振动能量采集器的研究较多，当装置的谐振频率与环境振动频率匹配时，装置具有最优的输出性能。因此，适应环境频率是电磁式振动能量采集器的重要性能目标。电力设备的振动频率不可人为改变，而电磁式振动能量采集器的谐振频率可以调节。机械调节是电磁式能量采集器频率调节的一种方式，通过调整各部件的关键参数实现装置谐振频率的改变，例如拾振梁的几何参数、拾振单元质量、拾振梁刚度和拾振梁的应力等。此外，为了电磁式振动能量采集器的实际应用，装置的输出电压和功率需要进一步提高。因此提升输出电压和功率是电磁式振动能量采集器的另一重要性能指标。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种电磁式振动取能装置及振动分析装置，该振动取能装置可以提升输出电压和功率。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面本专利技术提供一种电磁式振动取能装置，包括：
4、拾振单元，所述拾振单元包括拾振梁、永磁体和质量调节垫片，所述质量调节垫片设置在所述永磁体上，所述拾振梁设置在所述质量调节垫片外部；
5、及换能单元，所述换能单元包括叠层柔性线圈；
6、所述拾振单元和换能单元通过紧固件固定连接。
7、作为本专利技术进一步改进，所述叠层柔性线圈输出端连接电路板，电路板上的通孔焊盘与叠层柔性线圈的电极相连。
8、作为本专利技术进一步改进，所述电路板上的通孔焊盘与叠层柔性线圈的电极相连。
9、作为本专利技术进一步改进，所述质量调节垫片、拾振梁、局部补强结构、永磁体依次粘贴。
10、作为本专利技术进一步改进，所述电磁式振动取能装置为四直梁结构。作为本专利技术进一步改进，所述质量调节垫片的数量用于调节拾振单元质量，进而改变拾振单元的谐振频率。
11、作为本专利技术进一步改进，所述质量调节垫片的材料为黄铜。
12、作为本专利技术进一步改进，所述电路板为fr4电路板。
13、作为本专利技术进一步改进，所述柔性线圈采用柔性电路板的加工工艺，柔性线圈的中间是双层螺旋铜线圈，上下两侧分别是铜电极与虚设电极；双层螺旋铜线圈通过中间通孔实现电气连接。
14、作为本专利技术进一步改进，所述虚设电极一侧还设有矩形聚酰亚胺。
15、作为本专利技术进一步改进，多个所述柔性线圈叠放实现串联。
16、作为本专利技术进一步改进，所述拾振梁采用低杨氏模量的聚酰亚胺材料。
17、作为本专利技术进一步改进，所述拾振梁上设置有局部补强结构。
18、作为本专利技术进一步改进，所述质量调节垫片的形状为圆形，圆形沿径向设置有缺口，所述拾振梁具有与质量调节垫片形状匹配的伸入梁，伸入梁置于所述缺口中。
19、第二方面本专利技术提供一种电磁式振动分析装置，包括所述的电磁式振动取能装置。
20、可选地，还包括：主控单元、供电单元、通信单元及加速度计；
21、主控单元，用于实现振动监测算法；
22、供电单元包括振动微能量采集器、超级电容及电池，用于实现振动能量的储存；
23、电磁式振动取能装置用于监控变压器振动情况；
24、主控单元用于分析振动频率组成，当出现不正常振动时发出警报，实现对于变压器故障的发现并预警。
25、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
26、本专利技术实施例的能量采集器面向电力场景的振动环境，装置的关键设计目标是适应环境频率和提升输出性能。采用叠层柔性线圈和聚酰亚胺拾振梁以提升装置的输出电压。针对适应环境频率目标，可通过改变质量调节垫片的厚度来调节拾振单元质量，从而改变装置的谐振频率并与目标频率匹配。针对提升输出性能的目标，采用叠层柔性线圈在有限体积内提高线圈匝数，提升装置的输出电压。本专利技术通过改变拾振单元中质量调节垫片的厚度来调节拾振单元质量，从而改变装置的谐振频率并与目标频率匹配，以获得最佳的功率输出性能。
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【技术保护点】
1.一种电磁式振动取能装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述叠层柔性线圈(201)输出端连接电路板，电路板上的通孔焊盘与叠层柔性线圈(201)的电极相连。
3.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)、拾振梁(103)、局部补强结构(104)、永磁体(102)依次粘贴。
4.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述电磁式振动取能装置为四直梁结构。
5.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)的数量用于调节拾振单元(100)质量，进而改变拾振单元(100)的谐振频率。
6.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)的材料为黄铜。
7.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述电路板为FR4电路板。
8.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述柔性线圈(201)采用柔性电路板的加工工艺，柔性线圈(201)的中间是双层螺旋铜线圈，上下两侧分别是铜电极与虚设电极；双层螺旋铜线圈通过中间通孔实现电气连接。
9.根据权利要求8所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述虚设电极一侧还设有矩形聚酰亚胺。
10.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，多个所述柔性线圈(201)叠放实现串联。
11.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述拾振梁(103)上设置有局部补强结构(104)。
12.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述拾振梁(103)采用低杨氏模量的聚酰亚胺材料。
13.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)的形状为圆形，圆形沿径向设置有缺口，所述拾振梁(103)具有与质量调节垫片(101)形状匹配的伸入梁，伸入梁置于所述缺口中。
14.一种电磁式振动分析装置，其特征在于，包括权利要求1至12任一项所述的电磁式振动取能装置。
15.根据权利要求14所述的一种电磁式振动分析装置，其特征在于，还包括：主控单元、供电单元、通信单元及加速度计；
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【技术特征摘要】
1.一种电磁式振动取能装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述叠层柔性线圈(201)输出端连接电路板，电路板上的通孔焊盘与叠层柔性线圈(201)的电极相连。
3.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)、拾振梁(103)、局部补强结构(104)、永磁体(102)依次粘贴。
4.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述电磁式振动取能装置为四直梁结构。
5.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)的数量用于调节拾振单元(100)质量，进而改变拾振单元(100)的谐振频率。
6.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述质量调节垫片(101)的材料为黄铜。
7.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述电路板为fr4电路板。
8.根据权利要求1所述的一种电磁式振动取能装置，其特征在于，所述柔性线圈(201)采用柔性电路板的加工工艺，柔性线圈(201)的中...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明皓，宋睿，张鋆，田昊洋，吴天逸，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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