[发明专利]一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器

说明书

本发明涉及一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，涉及振动能量采集领域。该装置包括调频旋钮、上端盖、上定位弹簧、上固定永磁体、上非导磁圆管、非导磁感应线圈夹具、非导磁螺纹杆螺母、非导磁螺纹杆、悬浮永磁体、感应线圈、下定位弹簧、下非导磁圆管、下固定永磁体、下端盖。所述调频旋钮可改变电磁式振动能量采集器结构以实现调节系统的固有频率；所述上定位弹簧和下定位弹簧具有相同的劲度系数，能将非导磁感应线圈夹具始终定位在上端盖和下端盖的正中央；所述伸缩式磁悬浮拾振系统的上非导磁圆管和下非导磁圆管，以交叉隔空形式镶嵌。本发明具有频带宽，能量采集效率高，装置结构简单，体积小，优良的抗疲劳性等优点。

技术领域

本发明专利涉及一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器。

背景技术

环境普遍存在振动能量，通过振动能量采集器将振动能量转化为电能，为微电子设备供电，已成为当今研究热点课题。振动能量采集器主要有静电式、压电式和电磁式三种。静电式振动能量采集器工作需要外加电源，使其适用范围变窄；压电式振动能量采集器一般采用压电材料来设计制作，具有结构体积小，便于集成化特点，但不易于工作在大应力冲击、高负载等复杂多变环境中，且其输出电功率较低；电磁式振动能量采集器依据法拉第电磁感应定律，原理简单，结构可靠，所以在振动能量采集领域得到了广泛关注。由于环境中的振动因素较为复杂，因此在不同的振动环境下须研制相应的能量采集器以保证采集器工作在共振条件下，从而获得较大的能量采集效率，这使得电磁式振动能量采集器结构繁多，难于规模化推广应用。为解决电磁式振动能量采集器的这一问题，相关文献对其进行了研究，如中国发明专利：CN104578910A、CN10551332A等。CN104578910A公开了一种L型结构内共振宽频振动能量采集器，作者基于一种弹簧片结构解决现有电磁式振动能量采集器普遍存在的频带宽较窄，能量采集效率低的问题；CN10551332A公开了一种阵列式微型电磁式宽频振动能量采集器，作者基于永磁阵列和弹簧拾振结构单元解决器件的磁通密度与输出功率低和拾振结构振幅不一的问题。当前电磁式宽频振动能量采集器的拾振系统一般由弹簧和永磁质量块机械连接而成，这使得其表现出抗疲劳性差、噪声大和结构固化等不足，因此本发明专利首次创新性的提出了利用伸缩式磁悬浮结构的拾振系统，以拓宽电磁式振动能量采集器的频带宽；并设计出了新型的拾振结构，以减小永磁体与导轨装置之间的摩擦，提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。

发明内容

针对现有电磁式振动能量采集器存在的不足，本发明专利提出一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，目的在于解决弹簧拾振系统弹簧易疲劳，能量采集频带较窄和能量采集效率低的问题。

为达到上述目的，本发明专利解决技术问题所采用的技术方案如下所述。

一种伸缩式磁悬浮结构共振宽频振动能量采集器，该装置包括调频旋钮、上端盖、上定位弹簧、上固定永磁体、上非导磁圆管、非导磁感应线圈夹具、非导磁螺纹杆螺母、非导磁螺纹杆、悬浮永磁体、感应线圈、下定位弹簧、下非导磁圆管、下固定永磁体、下端盖。其中上非导磁圆管、下非导磁圆管、上固定永磁体、下固定永磁体、悬浮永磁体构成可伸缩的拾振系统，当外界振动位移作用在拾振系统上时，悬浮永磁体响应振动对应的运动微分方程可描述为：

其中，分别为悬浮磁体的位移、速度、加速度，为拾振系统在外加驱动力作用下产生的加速度。分别为悬浮磁体的质量、等效磁簧系数、系统阻尼。由此得到的固有频率，又的大小与两固定永磁体距悬浮磁体的距离有关。

所述拾振系统可通过调节调频旋钮，改变系统结构引起等效磁簧系数发生变化，从而改变电磁式振动能量采集器的共振频率，达到拓宽电磁式振动能量采集器的频带宽。

所述上定位弹簧和下定位弹簧具有相同的劲度系数，能将非导磁感应线圈夹具始终定位在上端盖和下端盖的正中央，以保证悬浮永状磁体在振动时，始终位于感应线圈内部，从而使得感应圈能够捕获到最大磁通，减小拾振系统漏磁，以提高电磁式振动能量采集器能量采集效率。