[发明专利]一种重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置

说明书

本发明涉及一种重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，包括底盘、重力摆，重力摆上端与底盘上端通过轴承连接，底盘与重力摆可相对转动；重力摆上设有挡柱，重力摆下端设有第一条形磁铁；底盘上对称设置有两个滑槽，每个滑槽上均安装有一位置可调的第二条形磁铁；重力摆与底盘之间还设置有刚性薄片，该刚性薄片上端与底盘上端固定，下端被挡柱挡住，刚性薄片上还设有两个俘能器，分别固定在刚性薄片左、右侧面；底盘背部安装有充电电池，俘能器获得的电能存储于充电电池。本发明利用重力摆挤压刚性薄片变形，当变形量达到一定程度后薄片释放并自由振动，实现升频。同时在底盘设计了可调磁铁，通过调节磁铁位置，可实现重力摆频率的调节。

技术领域

本发明属于振动能量收集技术领域，具体涉及一种重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置。

背景技术

近些年，微电子机械系统及集成电路超低功耗技术得到快速发展，无线电子设备的功耗降到了微瓦数量级，这使得利用振动能量收集器为这些设备提供电能变为可能。压电俘能系统由于结构简单，抗电磁干扰能力强而得到国内外学者的广泛研究。常用的俘能系统设计是基于悬臂梁结构，如图1所示。而目前俘能系统普遍存在的问题是：(1)系统有效俘能频带狭窄，只有在系统共振频率附近俘能效率较高，而当外界激振频率远离系统共振频率时，能量采集效率急剧降低；(2)目前俘能技术适用于高频俘能，而对于低频能量采集效果很差；(3)现有撞击升频式俘能系统要求撞击元件和弹性元件安装部位相对运动，导致俘能系统不便于安装。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，利用重力摆挤压刚性薄片变形，当变形量达到一定程度后薄片释放并自由振动，实现升频。同时，鉴于人行走过程中步频变化，导致重力摆摆动频率与行走频率失协，在底盘设计了可调磁铁，通过调节磁铁的位置，可实现重力摆频率的调节。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，包括底盘、重力摆，重力摆的上端与底盘的上端通过轴承连接，底盘与重力摆通过轴承可相对转动；重力摆上设置有挡柱，重力摆的下端设置有第一条形磁铁；底盘上对称设置有两个滑槽，每个滑槽上均通过可调螺钉安装有一位置可调的第二条形磁铁，该第二条形磁铁可沿相对应的滑槽滑动从而调整位置，其位置的调整和固定通过相对应的可调螺钉实现；

重力摆与底盘之间还设置有刚性薄片，该刚性薄片上端与底盘上端固定，刚性薄片上还设置有两个俘能器，分别为左俘能器和右俘能器，该左俘能器和右俘能器分别通过螺钉固定在刚性薄片的左侧面和右侧面；底盘的背部安装有充电电池，俘能器获得的电能存储于充电电池；

重力摆上的挡柱位于刚性薄片的底端之上，刚性薄片上端固定于底盘，下端被挡柱挡住。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案进一步实现。

前述的重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，所述的底盘为扇形。

前述的重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，其中，两个相对称的滑槽设置在底盘上重力摆摆动时第一条形磁铁形成的弧线上，并靠近底盘的两条直边。

前述的重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，其中，第二条形磁铁的宽度大于滑槽的宽度，两个滑槽尺寸相同，两个第二条形磁铁尺寸也相同。

前述的重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，所述的两个俘能器为并联模式，即左俘能器左表面与右俘能器右表面连接，左俘能器右表面和右俘能器左表面连接。

前述的重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，其中，两个俘能器工作于d₁₄压电模式。

前述的重力摆周期可调的升频式人体摆能收集装置，其中，挡柱位于刚性薄片的底端之上，且挡柱与刚性薄片的底端之间有5mm距离。