本發(fā)明涉及雜散能量采集技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及振動能量采集技術(shù)。具體而言是一種基于振動效應(yīng)的能量采集裝置。

背景技術(shù)：

隨著微機(jī)電系統(tǒng)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，低功耗電子設(shè)備的供電成為制約其應(yīng)用的瓶頸問題。目前廣泛采用的化學(xué)電池供電方式普遍存在壽命短和特種環(huán)境下不易更換等問題。為解決此問題，可通過收集自然界中普遍存在的振動能，將其轉(zhuǎn)化為電能為微型低功耗電子設(shè)備供電?，F(xiàn)有技術(shù)一般都是通過電磁感應(yīng)將振動能轉(zhuǎn)換成電能的，通常稱為電磁感應(yīng)發(fā)電?；蛘呃脡弘娦?yīng)將振動能轉(zhuǎn)換成電能，如壓電懸臂梁，就可以在受到振動時輸出電能?；谡駝拥碾姶鸥袘?yīng)發(fā)電，與振動幅度、振動頻率等有關(guān)。裝置結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了能量采集的效率，人們?yōu)榇俗龀隽瞬恍概Α，F(xiàn)有技術(shù)基于振動效應(yīng)的能量采集裝置，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要么靈敏度低，尚不能滿足人們的需求。為了提高振動能量采集能力，壓電-電磁復(fù)合型俘能器也是一種不錯的選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于振動效應(yīng)的能量采集裝置，提高振動能量采集效率和靈敏度。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明具體實施方式的一個方面，提供了一種基于振動效應(yīng)的能量采集裝置，包括六面體外殼、彈性支撐、質(zhì)量塊、永磁體、感應(yīng)線圈、電流轉(zhuǎn)換器和儲能裝置，所述感應(yīng)線圈設(shè)置在六面體外殼上，所述質(zhì)量塊通過彈性支撐懸掛在六面體外殼中，所述永磁體安裝在質(zhì)量塊上，所述感應(yīng)線圈與電流轉(zhuǎn)換器電連接，所述電流轉(zhuǎn)換器與儲能裝置電連接。

具體的，所述彈性支撐為螺旋彈簧。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊上安裝有壓電懸臂梁，所述壓電懸臂梁輸出端與電流轉(zhuǎn)換器電連接。

具體的，所述壓電懸臂梁一端固定在質(zhì)量塊上，另一端懸空。

具體的，所述儲能裝置為超級電容。

具體的，所述六面體外殼為正六面體外殼，所述質(zhì)量塊位于正六面體外殼中心位置。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊為正六面體，所述永磁體分別置于正六面體六個面的中心。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊的六個面分別與六面體外殼的六個面平行。

進(jìn)一步的，所述感應(yīng)線圈分別置于六面體外殼六個面的中心。

進(jìn)一步的，所述彈性支撐共四根，分別置于正六面體外殼四個頂點(diǎn)和質(zhì)量塊四個頂點(diǎn)之間。

本發(fā)明可以為諸多低功耗電子設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的能量源，并可應(yīng)用于特種振動環(huán)境下的能量收集領(lǐng)域，實現(xiàn)能量的“自供給”，也是一種應(yīng)對能源危機(jī)的解決途徑。本發(fā)明采用彈性支撐懸浮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊接收振動能，利用感應(yīng)線圈輸出電流將振動能轉(zhuǎn)換成電能。由于六面體外殼可以布置六組感應(yīng)線圈，對空間各個方向的振動都能夠響應(yīng)，大大提高了振動靈敏度和轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明進(jìn)一步的方案中增加了壓電效應(yīng)發(fā)電，進(jìn)一步提高了振動能量的采集利用。六面體外殼封閉穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可以將本發(fā)明的裝置安裝到幾乎任何需要的地方。并且由于六面體結(jié)構(gòu)為較簡單的多面體結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單牢固，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，可以適用于一些特殊環(huán)境的低功耗電子設(shè)備的供能。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

構(gòu)成

本技術(shù)：
的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的具體實施方式、示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例的示意圖。

圖2為質(zhì)量塊與六面體外殼配置關(guān)系示意圖。

其中：1、背板；2、壓電懸臂梁；3、感應(yīng)線圈；4、螺旋彈簧；5、質(zhì)量塊；6、永磁體；7、左側(cè)板；8、面板；9、右側(cè)板；10、底板；a、b、c、d為正六面體外殼的四個頂角；a、b、c、d為質(zhì)量塊的四個頂角。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的具體實施方式、實施例以及其中的特征可以相互組合。現(xiàn)將參考附圖并結(jié)合以下內(nèi)容詳細(xì)說明本發(fā)明。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施方式、實施例中的附圖，對本發(fā)明具體實施方式、實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的具體實施方式、實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施方式、實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例

如圖1和圖2所示，本例基于振動效應(yīng)的能量采集裝置，由正六面體外殼100、四根螺旋彈簧4、正六面體形狀的質(zhì)量塊5、鑲嵌在質(zhì)量塊5六個面中心的永磁體6、安裝在正六面體外殼100六個面中心的感應(yīng)線圈3，以及電流轉(zhuǎn)換器和儲能裝置(圖1和圖2中均未示出)組成。如圖1所示，正六面體外殼100由左側(cè)板7、右側(cè)板9、背板1、面板8、底板10和面板(圖1中未示出)構(gòu)成，本發(fā)明的正六面體外殼100對材料厚度沒有要求，只要能夠保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就可以了。為了便于布置感應(yīng)線圈并降低對永磁體的干擾，正六面體外殼100通常采用非金屬材料，如塑料、木板等。靜止?fàn)顟B(tài)下，本例質(zhì)量塊5通過其頂角的四根螺旋彈簧4直接連接到正六面體外殼100的對應(yīng)頂角處，即圖2中，四根螺旋彈簧分別連接在a-a、b-b、c-c和d-d之間，使質(zhì)量塊5懸掛在正六面體外殼100的中心位置。質(zhì)量塊5的六個面分別與正六面體外殼的六個面平行，正六面體外殼100六個面上的感應(yīng)線圈3正好處于質(zhì)量塊5上的永磁體6的對應(yīng)位置處。當(dāng)質(zhì)量塊5受到外部振動激勵運(yùn)動時，感應(yīng)線圈3由于磁通量的變化而產(chǎn)生電流，該電流通過柔軟的導(dǎo)線輸入電流轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過適當(dāng)變換輸出直流電到儲能裝置進(jìn)行存儲。為了充分利用振動能，本例質(zhì)量塊5上安裝了四只壓電懸臂梁2，壓電懸臂梁2一端固定在質(zhì)量塊5上，另一端處于懸空狀態(tài)，質(zhì)量塊5運(yùn)動時壓電懸臂梁由于變形輸出電流，通過電流轉(zhuǎn)換器后輸入儲能裝置。本例儲能裝置采用超級電容，具有電能存儲量大，無過沖等優(yōu)點(diǎn)。

本例這種配置結(jié)構(gòu)，質(zhì)量塊安裝了六個永磁鐵，正六面體外殼上安裝了六個感應(yīng)線圈，不但增加了感應(yīng)線圈的數(shù)量，而且質(zhì)量塊5對各個方向的振動都很敏感，能夠積極響應(yīng)外界振動發(fā)電。由于六個感應(yīng)線圈與永磁鐵距離都相等，感應(yīng)線圈輸出比較平衡，方便電流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。通過選擇合適的質(zhì)量塊質(zhì)量和彈性支撐的彈性系數(shù)，可以適用于不同的振動環(huán)境。本發(fā)明正六面體結(jié)構(gòu)的外殼，是一種簡單穩(wěn)固的外形結(jié)構(gòu)，可以方便地固定在各種振動源處，為低功耗電子設(shè)備提供能量。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于振動效應(yīng)的能量采集裝置。本發(fā)明公開了一種基于振動效應(yīng)的能量采集裝置，可以提高振動能量采集效率和靈敏度。本發(fā)明的基于振動效應(yīng)的能量采集裝置，包括六面體外殼、彈性支撐、質(zhì)量塊、永磁體、感應(yīng)線圈、電流轉(zhuǎn)換器和儲能裝置，所述感應(yīng)線圈設(shè)置在六面體外殼上，所述質(zhì)量塊通過彈性支撐懸掛在六面體外殼中，所述永磁體安裝在質(zhì)量塊上，所述感應(yīng)線圈與電流轉(zhuǎn)換器電連接，所述電流轉(zhuǎn)換器與儲能裝置電連接。本發(fā)明采用彈性支撐懸浮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊接收振動能，利用感應(yīng)線圈輸出電流將振動能轉(zhuǎn)換成電能。由于六面體外殼可以布置六組感應(yīng)線圈，對空間各個方向的振動都能夠響應(yīng)，大大提高了振動靈敏度和轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧維禮;楊維清;何其沛;魏居垚;劉禹清;胡成見;陳楚珺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.13
技術(shù)公布日：2017.07.11