多方向振動磁電式能量收集系統的製作方法

2023-11-01 06:29:27

專利名稱：多方向振動磁電式能量收集系統的製作方法
多方向振動磁電式能量收集系統技術領域
本發明屬於電磁類能量回收領域，特別涉及一種多方向振動磁電式能量收集系 統，其具有將外界的振動機械能轉換成電能的功能。
背景技術：
長久以來，人們對數據採集的系統都採用電池供電的形式，這樣不僅花費一定的 人力物力來更換電池，而且電池的使用也會在一定程度上對環境造成汙染。所以近年來，從 周圍環境中提取能量得到大多數人的青睞，像太陽能，風能等都已經得到很快的發展。目前 有關振動能量的收集的研究，也就是把周圍環境的振動能量轉化成電能，從而取代傳統的 電池供電系統。而這樣的系統一般都用在低功耗的電路中，所以通過環境能量的採集也完 全可以滿足測量的需求。
電磁感應又稱磁電感應現象，是指放在變化磁通量中的導體，會產生電動勢。此電 動勢稱為感應電動勢或感生電動勢，若將此導體閉合成一迴路，則該電動勢會驅使電子流 動形成感應電流(感生電流)。我們知道感應電流產生的兩個條件是(1)電路是閉合而且 是確保導通的；(2)穿過閉合迴路的磁通量發生變化。這兩個條件必不可少。所以，對於一 個封閉的繞線組來說，當在它的旁邊放置一個永磁體的時候，可以保證在這個繞線組封閉 的範圍內產生一定的磁通量。這樣，當這個永磁體的位置發生變化的時候，通過這個繞線組 的磁通量都將發生變化。這樣就可以在原理上保證感應電流的產生。
在實際的工程使用中，為了滿足人類各種實驗需求，傳感器的布置越來越複雜，對 於人類無法到達的地方以及很難到達的地方，一般的電池供電很難滿足要求，所以人們考 慮到了通過採集周圍的能量來滿足供電的需求，而本發明就是基於這樣的背景提出的。振 動能是一種廣泛存在的能量形式，甚至在許多人們比較難以進入的地方都有振動的存在， 因而研究振動能量收集技術具有一定的意義。
本發明是基於磁電技術的振動能量收集，由於具有結構簡單，加工方便等特點，在 工程中具有廣泛的使用價值。發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種多 方向振動磁電式能量收集系統，其相對現有的能量回收系統，具有更堅固的結構，應用範圍 廣，能量收集效率高，製作工藝簡單。
本發明為解決上述技術問題，所採用的技術方案是一種多方向振動磁電式能量收集系統，包括立方體框架、磁性元件、彈性元件和六個平 面線圈，立方體框架固定于振動平臺，磁性元件位於立方體框架的中心，並藉助彈性元件分 別與立方體框架的各個頂點分別連接；平面線圈均具有獨立的抽頭，分別與電能回收電路 連接，分別固定於立方體框架的六個外表面。
上述永磁體為圓柱體結構或長方體結構。
上述平面線圈由電阻率小的銅芯線製成。
上述六個平面線圈的匝數相同。
採用上述方案後，本發明將振動感知元件和能量轉換元件組合在一起，振動感知 元件主要是指立方體框架，將它固定在環境中的振動平臺上，就可以把外部的振動能量傳 輸到本發明的能量收集系統中；而能量轉換元件主要是由磁性元件和平面線圈組成，通過 它們的相對運動，空間中的磁通量的變化將產生一定量的感應電流。這樣，外界的振動能量 通過立方體框架轉換成了立方體框架與磁性元件的相對運動，而平面線圈又是固結在立方 體框架上的，所以磁性元件與立方體框架的相對運動將會在平面線圈上產生感應電流，這 就完成了從振動機械能向電能的轉換過程。


圖1是本發明的原理示意圖；圖2是本發明中立方體框架與平面線圈的關係示意圖； 圖3是本發明的立體結構示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
配合圖1至圖3所示，本發明提供一種多方向振動磁電式能量收集系統，包括立方 體框架3、磁性元件2、彈性元件1和平面線圈4，下面分別介紹。
如圖3所示，立方體框架3具有6個外表面，8個頂點；磁性元件2為圓柱體結構 或長方體結構，位於立方體框架3的內部中心，並藉助彈性元件1分別與立方體框架3的各 個頂點連接，這樣可保證磁性元件2在彈性元件1的約束下滿足多方向的振動；而彈性元件 1的數量與立方體框架3的頂點數目對應，8根彈性元件1分別與立方體框架3的8個頂點 連接，構成對稱結構。
平面線圈4共有六個，與立方體框架3的外表面數量相一致，其由電阻率小的銅芯 線製成，分別固定於立方體框架3的外表面，如圖2所示，且每個平面線圈4均具有獨立的 抽頭41，用以與外界電能回收電路連接，同時每個平面線圈4的匝數相同。
本發明的具體工作過程是將立方體框架3固結在振動平臺上，當外界有振動的 時候，立方體框架3最快響應振動，由於慣性的存在，磁性元件2保持不變，這樣在立方體框 架3和磁性元件2之間就有了相對運動，也就有了位移，而這個位移表現在彈性元件1上， 就表示彈性元件1有一部分被拉伸，另一部分則被壓縮。假設這個振動此時停止的話，那麼 立方體框架3也將停止，從而固結在其上的平面線圈4也停止運動，但是立方體框架3內的 彈性元件1卻仍然處在非平衡態，此時彈性元件1將繼續驅動著磁性元件2持續振動，直至 停止。這樣就可以保證，只要外界有振動產生，那麼通過本發明，就可以轉化成磁性元件2 與平面線圈4的相對運動，這樣在平面線圈4上的磁通量也就會發生變化，同樣也就產生了 感應電流，再結合外部的電能回收電路就完成了從外界環境中提取電能的功能。
本發明的優點在於第一，能夠最大限量地採集外部的振動能量，因為立方體框架 1是和外部振動平臺固結在一起的；第二，能量損失較小，這是因為內部的磁性元件2能夠 在空間多方向振動，這樣任何方向的振動能量都能收集到；第三，結構和工藝簡單，需要部件少。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是 按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍 之內。
權利要求
1.一種多方向振動磁電式能量收集系統，其特徵在於包括立方體框架、磁性元件、彈 性元件和六個平面線圈，立方體框架固定于振動平臺，磁性元件位於立方體框架的中心，並 藉助彈性元件分別與立方體框架的各個頂點分別連接；平面線圈均具有獨立的抽頭，分別 與電能回收電路連接，分別固定於立方體框架的六個外表面。
2.如權利要求1所述的多方向振動磁電式能量收集系統，其特徵在於所述永磁體為 圓柱體結構或長方體結構。
3.如權利要求1所述的多方向振動磁電式能量收集系統，其特徵在於所述平面線圈 由電阻率小的銅芯線製成。
4.如權利要求1所述的多方向振動磁電式能量收集系統，其特徵在於所述六個平面 線圈的匝數相同。
全文摘要
本發明公開一種多方向振動磁電式能量收集系統，包括立方體框架、磁性元件、彈性元件和六個平面線圈，立方體框架固定于振動平臺，磁性元件位於立方體框架的中心，並藉助彈性元件分別與立方體框架的各個頂點分別連接；平面線圈均具有獨立的抽頭，分別與電能回收電路連接，分別固定於立方體框架的六個外表面。此收集系統相對現有的能量回收系統，具有更堅固的結構，應用範圍廣，能量收集效率高，製作工藝簡單。
文檔編號H02K35/00GK102035346SQ20101060135
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者劉祥建, 呂敏, 李海晴, 邵瑋, 陳仁文 申請人:南京航空航天大學