一种多方向的电磁式振动发电装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115955078A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310140712.2(22)申请日2023.02.21(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人贺学锋刘田宇李深李菁华(51)Int.Cl.H02K35/02(2006.01)H02K5/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种多方向的电磁式振动发电装置(57)摘要本申请涉及一种多方向的电磁式振动发电装置，由外壳、内框架、支承梁、夹具和机电转换单元构成。外壳的内部形成一个封闭且中空的空间，对位于其内部的内框架、支承梁、夹具和机电转换单元具有保护作用；支承梁的一端由夹具固定在外壳的内壁上，支承梁的另一端固定在位于外壳内部的内框架上，至少3根位于同一平面内的支承梁将内框架与外壳连接在一起。机电转换单元由至少3个沿着内框架周边布置的电磁式振动能采集器构成。内框架及电磁式振动能采集器的可动部分构成的组合结构的重心不在支承梁所在的平面内。该装置可以采集方向平行于和垂直于支承梁所在的平面的振动能，在无线传感等领域具有广阔应用前景。CN115955078ACN115955078A权利要求书1/1页1.一种多方向的电磁式振动发电装置，其是由外壳、内框架、支承梁、夹具和机电转换单元构成。所述外壳的内部形成一个封闭且中空的空间，对位于其内部的内框架、支承梁、夹具和机电转换单元具有保护作用；支承梁的一端由夹具固定在外壳的内壁上，支承梁的另一端固定在位于外壳内部的内框架上，至少3根位于同一平面内的支承梁将内框架与外壳连接在一起。所述机电转换单元由至少3个沿着内框架周边布置的电磁式振动能采集器构成，每个电磁式振动能采集器由线圈框架、铜线圈、永磁体、弹性梁、夹具和螺丝螺母构成，铜线圈固定于线圈框架上，线圈框架固定于外壳的内壁上，永磁体固定在弹性梁的一端，弹性梁的另一端通过夹具和螺丝螺母固定于内框架上。2.根据权利要求1所述的微小型发电装置，其特征在于：内框架及固定于其上的机电转换单元的永磁体、弹性梁、夹具和螺丝螺母等构成的组合结构的重心不在支承梁所在的平面内，以达到平行于支承梁所在平面振动能的采集。3.根据权利要求1所述的微小型发电装置，其特征在于：发电装置布置有多个不同振动方向的弹性梁，提高了该方向的能量采集效率。4.根据权利要求1所述的微小型发电装置，其特征在于：当发电装置结构整体的固有频率与电磁式机电转换单元中磁体—弹性梁结构的固有频率接近时，发电装置的输出功率更大。5.根据权利要求1所述的微小型发电装置，其特征在于：发电装置的固有频率可以通过调整支承梁的刚度和组合结构的质量来实现，机电转换单元的固有频率可以通过调整永磁体质量和弹性梁刚度来实现。2CN115955078A说明书1/4页一种多方向的电磁式振动发电装置技术领域[0001]本发明涉及绿色能源和无线传感器网络领域，具体涉及一种基于受迫振动与电磁感应原理将环境中的振动能转换为电能的发电装置。背景技术[0002]伴随着物联网技术的发展，无线传感技术被广泛应用于智能农业、智能建筑、智慧电网和森林火灾防范监控等领域；用于监控的无线传感器节点具有数量多，位置分散等特点，传统供电方式如化学电池虽然比较成熟，但化学电池存在寿命短、难以在高温、低温和湿度较大的环境中稳定工作的问题，在使用过程中需要定期大规模的更换或充电，提升了人力成本，尤其是当无线传感器节点在高压塔顶等不易到达的位置，给无线传感器节点维护带来了困难；并且化学电池会对环境造成污染。低功耗的芯片、传感器和无线通信技术的发展，大大降低了监测与无线收发终端等电子设备的功耗，使采用微小型的发电装置替代化学电池给无线传感器节点供电成为可能；相较于传统化学电池，微小型发电装置具有稳定性好、无需维护、寿命长、无污染等优点，是当前无线传感器网络和微能源领域研究的热点。[0003]振动能广泛存在于环境中，作为一种清洁能源被应用到能源采集中；振动能采集是指将振动能采集器与产生振动激励的结构进行刚性连接，其间可通过发电装置内部结构将振动放大，把振动传递到机电转换单元，从而实现振动能到电能的转换。现有的振动能采集器大多只能采集一个方向的振动激励，当环境中的振动能来自不同方向时，无法有效收集，影响了这些装置的应用。因此，研制在不同振动激励方向下都具有高效率的振动能采集发电装置具有重要意义。发明内容[0004]本发明提出了一种多方向的电磁式振动发电装置，该装置可将环境中不同方向的振动能转换为电能；并且该发电装置在户外环境可以稳定，长时间的工作，是低功耗无线传感器节点等的理想电源。[0005]为完成上述发电装置，采用以下方案完成：[0006]一种多方向的电磁