本技術(shù)涉及可再生能源器件，尤其涉及一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置。

背景技術(shù)：

1、能源是經(jīng)濟(jì)的命脈，是人類生存與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在新能源被列為重點(diǎn)基礎(chǔ)技術(shù)之一，新型能源技術(shù)的發(fā)展受到了國(guó)家的極大重視，傳統(tǒng)電池在可持續(xù)性、維護(hù)替換、環(huán)境污染等方面存在嚴(yán)重的技術(shù)瓶頸，從環(huán)境中俘獲的能量是一種清潔無(wú)污染、可再生的綠色能源，它不受到地理?xiàng)l件、環(huán)境因素的限制，可實(shí)現(xiàn)在惡劣、危險(xiǎn)和大規(guī)模無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與可穿戴電子設(shè)備的自供電，打破了傳統(tǒng)能源的局限性。

2、環(huán)境能量具有光、熱、風(fēng)、電磁與振動(dòng)等多種存在形式，其中，振動(dòng)能是自然界分布最為廣泛的清潔能源形式之一，不論是車輛、機(jī)電設(shè)備、橋梁、風(fēng)力、河海等環(huán)境中，還是肢體運(yùn)動(dòng)、心臟跳動(dòng)等生命活動(dòng)中都存在振動(dòng)能，環(huán)境振動(dòng)能不受季節(jié)、天氣和地點(diǎn)的影響，具有較高的能量密度（約50~100μw/cm3），滿足低功耗電路和傳感器的供電需求(μw~mw范圍），振動(dòng)能量可以通過(guò)壓電、電磁、靜電和摩擦電等機(jī)制轉(zhuǎn)換為電能，振動(dòng)能量收集技術(shù)可以成為各種有線/無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景提供一種環(huán)保、穩(wěn)定、可持續(xù)的無(wú)線自供式能源。

3、振動(dòng)能量收集與轉(zhuǎn)換技術(shù)尚在萌芽階段，傳統(tǒng)的基于線性諧振理論的振動(dòng)能量收集技術(shù)僅在共振頻率附近具有較好的性能，激勵(lì)頻率稍微偏移共振頻率將導(dǎo)致輸出電壓急劇下降，有效輸出頻帶很窄，人們提出了許多方法來(lái)提升振動(dòng)能量收集器的工作頻帶和輸出功率，其中，雙穩(wěn)態(tài)是一種行之有效的非線性技術(shù)，然而，傳統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)能量收集器具有固定勢(shì)壘的特性，在微幅、隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下的，系統(tǒng)仍可能無(wú)法突破閾值以實(shí)現(xiàn)阱間運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其性能極大的退化；bnes的響應(yīng)閾值無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，其對(duì)未知振動(dòng)的控制能力也面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

4、因此，有必要提供一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，一方面，通過(guò)附加的磁-彈振子來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)勢(shì)壘高度，拓寬收集器的工作頻帶，實(shí)現(xiàn)從低頻、寬帶、微幅振動(dòng)環(huán)境中高效、魯棒的收集能量；另一方面，利用壓電-電磁耦合機(jī)制，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換性能。

2、本實(shí)用新型提供的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置包括：

3、底座，所述底座頂面一側(cè)垂直固定有壓電梁支座，所述壓電梁支座頂面固定有基底梁，所述基底梁連接壓電梁支座的一端上下兩面粘貼有雙晶壓電片，所述基底梁背離壓電梁支座的一端頂部固定有被動(dòng)永磁體，所述被動(dòng)永磁體另一面平行設(shè)有主動(dòng)永磁體，所述主動(dòng)永磁體另一端固定有驅(qū)動(dòng)軸，所述底座頂面位于驅(qū)動(dòng)軸正下方設(shè)有支座，所述驅(qū)動(dòng)軸滑動(dòng)穿設(shè)在支座頂端內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)軸連接主動(dòng)永磁體的一端套合有彈簧。

4、優(yōu)選的，所述支座連接驅(qū)動(dòng)軸的位置固定有直線軸承，所述驅(qū)動(dòng)軸位于直線軸承內(nèi)側(cè)往復(fù)滑動(dòng)，所述彈簧一端固定在主動(dòng)永磁體外表面，所述彈簧另一端固定在直線軸承外表面，直線軸承的作用是減小軸移動(dòng)時(shí)候的摩擦力，彈簧可以被拉伸和壓縮，在彈簧彈性力與磁斥力的共同作用下，使得主動(dòng)永磁體可以沿著x軸向方向往復(fù)移動(dòng)，動(dòng)態(tài)的改變主動(dòng)永磁體和被動(dòng)永磁體之間的距離。

5、優(yōu)選的，所述主動(dòng)永磁體靠近被動(dòng)永磁體的位置設(shè)有與主動(dòng)永磁體同軸安裝的銅線圈，所述主動(dòng)永磁體滑動(dòng)穿設(shè)在銅線圈中心處，由于主動(dòng)永磁體和被動(dòng)永磁體會(huì)相對(duì)銅線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致線圈中的磁通量發(fā)生改變，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，達(dá)到收集一部分振動(dòng)能量的目的。

6、優(yōu)選的，所述銅線圈正下方設(shè)有線圈支座，所述線圈支座底部垂直固定在底座頂面，所述線圈支座頂端與銅線圈外表面固定，線圈支座能夠?yàn)殂~線圈提供穩(wěn)定支撐。

7、優(yōu)選的，所述基底梁采用不銹鋼制作，不銹鋼材質(zhì)能夠?yàn)榛琢禾峁┳銐虻膹?qiáng)度以及耐腐蝕等多種性能，提升基底梁的使用壽命。

8、優(yōu)選的，所述被動(dòng)永磁體和主動(dòng)永磁體為釹鐵硼(ndfeb)強(qiáng)永磁鐵，剩磁感應(yīng)強(qiáng)度高達(dá)1.45-1.48t。

9、與相關(guān)技術(shù)相比較，本實(shí)用新型提供的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置具有如下有益效果：

10、1、本實(shí)用新型被動(dòng)永磁體磁排斥主動(dòng)永磁體向一側(cè)滑動(dòng)，導(dǎo)致主動(dòng)永磁體與被動(dòng)永磁體之間距離增加，形成較低勢(shì)壘，更容易以較低的激勵(lì)和更寬的頻率范圍內(nèi)發(fā)生陷阱大幅運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較高的輸出電壓和功率，同時(shí)當(dāng)基底梁運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離主動(dòng)永磁體時(shí)，主動(dòng)永磁體的反向運(yùn)動(dòng)，減少了磁極之間的水平距離，加速了壓電懸臂梁的剛度硬化過(guò)程，提高了雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)獲得的勢(shì)能。

技術(shù)特征：

1.一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)頂面一側(cè)垂直固定有壓電梁支座(2)，所述壓電梁支座(2)頂面固定有基底梁(4)，所述基底梁(4)連接壓電梁支座(2)的一端上下兩面粘貼有雙晶壓電片(3)，所述基底梁(4)背離壓電梁支座(2)的一端頂部固定有被動(dòng)永磁體(5)，所述被動(dòng)永磁體(5)另一面平行設(shè)有主動(dòng)永磁體(7)，所述主動(dòng)永磁體(7)另一端固定有驅(qū)動(dòng)軸(9)，所述底座(1)頂面位于驅(qū)動(dòng)軸(9)正下方設(shè)有支座(10)，所述驅(qū)動(dòng)軸(9)滑動(dòng)穿設(shè)在支座(10)頂端內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)軸(9)連接主動(dòng)永磁體(7)的一端套合有彈簧(8)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，其特征在于，所述支座(10)連接驅(qū)動(dòng)軸(9)的位置固定有直線軸承(11)，所述驅(qū)動(dòng)軸(9)位于直線軸承(11)內(nèi)側(cè)往復(fù)滑動(dòng)，所述彈簧(8)一端固定在主動(dòng)永磁體(7)外表面，所述彈簧(8)另一端固定在直線軸承(11)外表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，其特征在于，所述主動(dòng)永磁體(7)靠近被動(dòng)永磁體(5)的位置設(shè)有與主動(dòng)永磁體(7)同軸安裝的銅線圈(6)，所述主動(dòng)永磁體(7)滑動(dòng)穿設(shè)在銅線圈(6)中心處。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，其特征在于，所述銅線圈(6)正下方設(shè)有線圈支座(12)，所述線圈支座(12)底部垂直固定在底座(1)頂面，所述線圈支座(12)頂端與銅線圈(6)外表面固定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，其特征在于，所述基底梁(4)采用不銹鋼制作。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，其特征在于，所述被動(dòng)永磁體(5)和主動(dòng)永磁體(7)為釹鐵硼強(qiáng)永磁鐵，剩磁感應(yīng)強(qiáng)度高達(dá)1.45-1.48t。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及可再生能源器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁耦合式變勢(shì)壘能量收集裝置，包括底座，所述底座頂面一側(cè)垂直固定有壓電梁支座，所述壓電梁支座頂面固定有基底梁，所述基底梁連接壓電梁支座的一端上下兩面粘貼有雙晶壓電片，所述基底梁背離壓電梁支座的一端頂部固定有被動(dòng)永磁體，所述被動(dòng)永磁體另一面平行設(shè)有主動(dòng)永磁體，所述主動(dòng)永磁體另一端固定有驅(qū)動(dòng)軸，所述底座頂面位于驅(qū)動(dòng)軸正下方設(shè)有支座，所述驅(qū)動(dòng)軸滑動(dòng)穿設(shè)在支座頂端內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)軸連接主動(dòng)永磁體的一端套合有彈簧；本技術(shù)減少了磁極之間的水平距離，加速了壓電懸臂梁的剛度硬化過(guò)程，提高了雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)獲得的勢(shì)能。

技術(shù)研發(fā)人員：廖昕,陳林,徐熙焱,劉峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州愛(ài)世智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20231215
技術(shù)公布日：2024/12/26