[发明专利]一种具备升频技术的双稳态多模式振动能量采集器

说明书

本发明公开了一种具备升频技术的双稳态多模式振动能量采集器，包括工字型套筒，缠绕线圈，设置在工字型套筒内的内侧永磁铁，设置在内侧永磁铁上下两端的第一薄膜和第二薄膜，内侧永磁铁依靠相应外侧永磁铁固定在相应薄膜上，还包括中间壳体，第一曲面端盖，第二曲面端盖，第一薄膜通过第一曲面端盖夹紧在第一曲面端盖和中间壳体的上端面之间，第一曲面端盖和中间壳体的上端面皆为以第一薄膜为对称轴的变曲率截面，第二曲面端盖、中间壳体的下端面及第二薄膜相对应设置，第一曲面端盖和第二曲面设置有同轴连接的第一铁定子和第二铁定子。本发明克服现有振动能量采集器谐振频率高和势阱深等缺点，改善采集器在微幅激励下的输出效果。

技术领域

本发明属于能量采集技术领域，具体涉及一种具备升频技术的双稳态多模式振动能量采集器。

背景技术

近年来，以便携式通信系统、无线传感器网络为代表的低功耗电子技术取得了长足的发展，在人们的日常生产活动中发挥着日益重要的作用。考虑到很多无线传感器都工作在传统电力网络不能直接提供电能的区域，而采用电池供电又无法实现“永久化”的长效运行模式，这就导致供电系统的局限成为制约这些设备进一步广泛应用的瓶颈，环境振动能量采集技术是解决以上问题的有效方法。

电磁式振动能量收集技术是利用法拉第电磁感应定律将自然界中大量存在的振动机械能转化为电能的能量收集装置。依据法拉利电磁感应定律可以知道，导体线圈回路面积内的磁通量发生变化时，该线圈回路中就会产生感应电动势，从而在线圈中产生感应电流向外输出电能，最终实现从机械能到电能的转化。

依据上述的工作原理，电磁式振动能量收集技术就是将外界环境中随机产生的机械振动转化为线圈回路或者永磁体的运动，实现线圈和永磁体之间的相对运动，从而使线圈内的磁通量发生变化，线圈中产生相应的感应电动势。

在应用电磁式振动能量收集技术时，振动能量的采集效率取决于共振频率及振动幅值两个要素，为实现高效能量采集，振动能量采集器的共振频率需与外界振动频率相匹配，但是环境中的振动以低频为主，而传统的振动能量采集器共振频率高，不能有效地采集环境中的振动能，在弱强度振动环境中，存在采集能效不高的问题。目前所知的多稳态振动能量采集器多是利用磁力的非线性来获得大幅阱间运动，只能通过改变磁铁的大小与分布位置来改变多稳态运动的势垒高度，但是磁铁大小与分布位置关乎输出能量的高低，再者由于磁力的复杂性和本质非线性，这种粗放的调整方式限制了采集器输出性能的进一步优化。因此，开发能够充分利用磁场性能，拥有更高功率密度的振动能量采集器是十分必要的。

上述现有技术存在以下缺点；

1、现有技术谐振频率较高、势阱较深，无法采集环境中的低频振动能量；

2、能量转化率低，采集效率不高；

3、适用范围窄，灵活程度低，调解困难，无法进一步优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备升频技术的双稳态多模式振动能量采集器，该振动能量采集器提供了一种能够低频采集高频收集具有小幅激励下产生大幅阱间运动的潜力且可同时在两种采集模式下工作的振动能量采集器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具备升频技术的双稳态多模式振动能量采集器，其特征在于，包括：线圈装置，永磁铁装置，振动调节装置，其中，

所述线圈装置包括：工字型套筒5，缠绕线圈6，所述缠绕线圈缠绕在所述工字型套筒5外侧；

所述永磁铁装置包括：设置在所述工字型套筒内的内侧永磁铁4，设置在所述内侧永磁铁上下两端的第一薄膜1-1和第二薄膜1-2，所述内侧永磁铁依靠设置在所述第一薄膜相对另一侧的第一外侧永磁铁3-1固定在所述第一薄膜上，所述内侧永磁铁依靠设置在所述第二薄膜相对另一侧的第二外侧永磁铁3-2固定在所述第二薄膜上；