[发明专利]一种刚性薄片弯曲量可调的整体式升频摆能收集装置

说明书

本发明涉及一种刚性薄片弯曲量可调的整体式升频摆能收集装置，包括底盘、重力摆，重力摆与底盘上端通过轴承连接；重力摆上设有第一滑槽，该第一滑槽内设有位置可调的挡柱，重力摆下端设有第一条形磁铁，底盘底部正中间设有第三条形磁铁；底盘上对称设有两个第二滑槽，每个第二滑槽上均设置有一位置可调的第四条形磁铁；重力摆与底盘之间还设有刚性薄片，该刚性薄片上还设有两个俘能器，底盘背部安装有充电电池；刚性薄片上端固定于底盘，下端被挡柱挡住。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。本发明同时可以实现重力摆周期可调、刚性薄片弯曲量可调以及降低重力摆与刚性薄片碰撞能量损失。

技术领域

本发明属于振动能量收集技术领域，具体涉及一种刚性薄片弯曲量可调的整体式升频摆能收集装置。

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；(4)现有撞击升频式俘能系统没有考虑人行走过程中手臂摆动频率及幅度的变化，导致撞击时机不准确，刚性薄片变形量不可调，系统能量吸收率不理想；(5)由碰撞造成的能量损失较大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种刚性薄片弯曲量可调的整体式升频摆能收集装置，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被释放并自由振动，实现升频，无需再将两者分别安装于两个相对运动的部件；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调，在底盘两侧设计了可调磁铁，通过调节磁铁的位置，可实现重力摆频率的调节；此外，当手臂或腿部摆动幅度变化时，重力摆上的挡柱可沿重力摆轴向调节，以此调节刚性薄片弯曲释放时的变形量，进而提高能量的吸收率；对于重力摆与刚性薄片碰撞中造成的能量损失，在重力摆下端及底盘底端分别安装了磁铁，以使重力摆在回位中将动能转化为磁场能，降低重力摆与刚性薄片的相对速度，减少由于碰撞而造成的能量损失。

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刚性薄片弯曲量可调的整体式升频摆能收集装置，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，底盘与重力摆通过该轴承可相对转动；重力摆上设置有第一滑槽，该第一滑槽内设置有挡柱，所述挡柱通过第一可调螺钉可在第一滑槽内滑动调整位置并通过第一可调螺钉固定位置；重力摆下端设置有第一条形磁铁，重力摆上位于第一滑槽和第一条形磁铁之间还设置有第二条形磁铁；底盘底部的正中间设置有第三条形磁铁，重力摆只受重力作用静止时，第一条形磁铁和第三条形磁铁对应，两者位于一条直线上，且第一条形磁铁和第三条形磁铁同极相邻，表现为斥力；

底盘上对称设置有两个第二滑槽，分别是左侧第二滑槽和右侧第二滑槽，每个第二滑槽上均通过第二可调螺钉设置有一位置可调的第四条形磁铁，第四条形磁铁可沿相对应的第二滑槽滑动；

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；

挡柱在第一滑槽的最低位置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。

前述的刚性薄片弯曲量可调的整体式升频摆能收集装置，所述的底盘为扇形；两个相对称的第二滑槽设置在扇形底盘上重力摆摆动时第二条形磁铁形成的弧线上，并靠近扇形底盘的两条直边。