[实用新型]多点碰撞低频电磁能量收集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及低频振动能量收集领域，具体涉及多点碰撞低频电磁能量收集系统。

背景技术

振动是自然界一种不可避免的物理现象，利用自然界的振动能转化为电能的方式有多种，如压电转化、电容转化及电磁转化等。但是人类可收集的能量大部分都是低频振动能，从而致大部分器件在低频状态下的能量收集效率非常低，甚至无法收集低频振动的能量，特别是低于50Hz的振动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的多点碰撞低频电磁能量收集系统，有效的实现低频振动模态向中高频振动模态转化来接近微器件的固有振动频率，多点碰撞长悬臂梁两侧可急剧增大长悬臂梁的振动频率，可极大提高电能输出密度，结合运动线圈切割磁感线原理，可实现低频状态下的电磁能量收集。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含固定架载体、悬臂梁长板、下碰撞质量块、下悬臂梁短板、永久磁铁块、一号导线、负载电阻、二号导线、多匝线圈、上悬臂梁短板、上碰撞质量块；所述的悬臂梁长板的固定端固定在固定架载体垂直板的中部，悬臂梁长板的自由端上表面设有多匝线圈，多匝线圈上的线圈分别通过一号导线和二号导线与负载电阻的两端连接；所述的多匝线圈的正下方设有永久磁铁块，永久磁铁块固定在固定架载体下侧板的上表面；所述的下悬臂梁短板的固定端固定在固定架载体下侧板的上表面，下悬臂梁短板的自由端固定有下碰撞质量块；所述的上悬臂梁短板的固定端固定在固定架载体上侧板的下表面，上悬臂梁短板的自由端固定有上碰撞质量块。

进一步地，所述的下悬臂梁短板、永久磁铁块、多匝线圈以及上悬臂梁短板的中心均处于同一垂直面上。

进一步地，所述的所述的悬臂梁长板优先选用PMMA材料、金属铝材料等，亦可使用硅，其谐振频率为100Hz-1Khz；悬臂梁长板的尺寸长度为2cm-20cm，宽度为1cm-5cm，厚度可为1mm-5mm。

进一步地，所述的下悬臂梁短板和上悬臂梁短板的材料为硅胶、橡胶、PDMS、黄铜等，也可使用SU8或苯并环丁烯等；下悬臂梁短板和上悬臂梁短板的谐振频率可为5Hz-100Hz；下悬臂梁短板和上悬臂梁短板的尺寸长度为5mm-5cm，宽度为1mm-1cm，厚度可为1mm-5mm。

进一步地，所述的多匝线圈的原材料为铜，多匝线圈的几何形状制作成圆环形、矩环形、梯环形、五角环形等。

进一步地，所述的下碰撞质量块和上碰撞质量块的原材料为铜，且上碰撞质量块、下碰撞质量块与悬臂梁长板的碰撞点保持微小距离，空间距离根据需求的能量收集测算来确定，其理想的尺寸距离可为0-5mm。

进一步地，所述的永久电磁铁块选用NdFeB，永久电磁铁块的空间距离尽量保持合理范围，最佳距离范围为1mm-1cm；同时，还可在多匝线圈上空间及旁边空间的恰当位置安装磁铁块，磁铁块的极性应该与永久电磁铁块对应磁铁相排斥；空间角度位置包括0-360度。

采用上述结构后，本实用新型有益效果为：

1、因自然界大部分运动能都是低频振动能，但是在低频能量收集过程中，现有的电磁振动能量收集器有效工作频率高，导致能量收集效果很差，为解决低频能量收集，本发明提出的多点碰撞低频振动电磁式能量收集结构，利用碰撞而进行的低频到中高频能量转化的结构，有效的实现了低频振动的电磁能量收集；

2、现有的振动能量收集器主要是基于电容式、压电式能量收集，电容式器件需要提供初始电压，压电式价格昂贵且制作复杂，本发明提出的多点碰撞低频能量收集器采用电磁式原理，利用悬臂梁振动进行的能量收集结构，易获得较大的感应电流，且制作方便；此外，器件不需像电容式能量那样单独设置预充电源，也不需像压电式能量收集那样制工复杂，实现了电磁式能量收集的无源化及制作工艺简单化；

3、本发明通过多点碰撞悬臂梁长板的两面，从而可急剧增大悬臂梁长板的振动频率，可极大提高电能输出密度，能极大扩展能量收集频带，实现最大平均能量收集输出及能量转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的能量收集部分等效电路图。