一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114172341A(43)申请公布日2022.03.11(21)申请号202111367811.1(22)申请日2021.11.18(71)申请人国网上海市电力公司地址200122上海市浦东新区自由贸易试验区源深路1122号申请人华中科技大学(72)发明人高凯王劭菁徐鹏彭晗冯志杰(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人夏倩(51)Int.Cl.H02K35/02(2006.01)H02K1/34(2006.01)H02K5/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置(57)摘要本发明公开了一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，属于微能量收集领域，包括外壳、第一振子、第二振子、线圈、第一平面弹性件和第二平面弹性件；第一振子和第二振子设置于外壳内；第二振子为非导磁质量块，第二平面弹性件的上下两边分别连接于第二振子和线圈；第一振子为永磁体，第一平面弹性件与第一振子相连，两个振子的重量一般不同，两个平面弹性件的结构一致或不一致，通过振子与平面弹性件的组合，形成两个不同的谐振频率。本发明具有两个谐振频率点，并利用永磁体与线圈的相对运动，在两个谐振点之间实现运动行程的增强，提高输出功率，构成通带内能量增强型的能量收集技术，解决了目前单谐振收集器收集频率范围窄的问题。CN114172341ACN114172341A权利要求书1/2页1.一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，该装置包括外壳(6)、第一振子(1)、第二振子(3)、线圈(2)、第一平面弹性件(4)和第二平面弹性件(5)；所述第一振子(1)、第二振子(3)、线圈(2)、第一平面弹性件(4)、第二平面弹性件(5)均设置于所述外壳(6)内；所述第一振子(1)为永磁体；所述第二振子(3)为非导磁质量块；所述第二平面弹性件(5)的上下两边分别连接于所述第二振子(3)和线圈(2)，构成第二拾振器；所述第一平面弹性件(4)与所述第一振子(1)相连，构成第一拾振器；所述第一振子(1)与所述第二振子(3)发生相对运动时，所述线圈(2)内部产生感应电压，从而实现将振动能转换为电能。2.根据权利要求1所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，由于装置中存在独立的第一拾振器和第二拾振器，收集装置具有两个谐振频率，且分别为所述第一拾振器和第二拾振器的自然频率，即fn1＝f1，fn2＝f2。3.根据权利要求2所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，当激励频率处于两个谐振频率之间时，由于永磁体与线圈的运动存在相位差，使其相对运动幅值增强，产生更大的感应电动势，进而获得更多功率，下式为永磁体与线圈之间运动相对激励源的传递函数：其中，ω1为第一拾振器自然角频率，ω2为第二拾振器自然角频率，ξm1为第一振子的机械阻尼系数，ξm2为第二振子的机械阻尼系数，ξe1为第一振子的电磁阻尼系数，ξe2为第二振子的电磁阻尼系数。4.根据权利要求3所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，两个谐振频率不相互依赖，可各自通过调整拾振器的弹簧刚度或者质量块质量来调节谐振频率，即其中k1为第一平面弹性件的刚度，k2为第二平面弹性件的刚度，m1为第一振子的质量，m2为第二振子的质量。5.根据权利要求1所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，所述第一平面弹性件(4)和所述第二平面弹性件(5)均为蛇形弯曲梁构成的旋转对称结构。6.根据权利要求5所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，所述第一平面弹性件(4)和所述第二平面弹性件(5)采用相同的厚度和横梁数或采用不一致厚度和横梁数。7.根据权利要求6所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，所述第一平面弹性件(4)和所述第二平面弹性件(5)采用激光加工而成。8.根据权利要求1所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特征在于，所述非导磁质量块采用CNC加工而成。9.根据权利要求1所述的一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置，其特2CN114172341A权利要求书2/2页征在于，所述外壳(6)采用3D打印加工而成。3CN114172341A说明书1/5页一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置技术领域[0001]本发明属于微能量收集领域，更具体地，涉及一种高能量收集率的带通型电磁式振动能量收集装置。背景技术[0002]物联网技术的蓬勃发展，使得越来越多的无线传感器节点被应用于人类生活。目前，这些传感器节点的供电方式仍以锂