[发明专利]一种多方向振动能量采集器

说明书

本发明公开了一种多方向振动能量采集器，包括磁铁支架、框架、大磁铁、磁感应线圈、小磁体、平面弹簧、立方体结构、圆形凹槽、正方形凹槽和小凹槽。本发明采用电磁式可调频多方向振动的能量采集方式，通过使用不同的平面弹簧实现了宽频带和低频的能量采集，有利于提高微能源能量采集效率、提高器件的输出功率。

技术领域

本发明涉及能量采集器，具体涉及一种多方向振动能量采集器。

背景技术

目前，随着信息化时代物联网技术发展，无线传感技术和无线定位技术在生产、生活中存在巨大的应用价值，目前，无线传感和无线定位装置主要依靠电池供电，而电池的寿命比较短，需要频繁更换或充电，尤其是在野外定位、自动化生产线等无人值守的应用场合，无法对电池进行频繁更换或充电，电能供给直接决定各类无线装置的有效工作寿命，成为限制无线传感和无线定位装置推广使用的技术瓶颈，如何实现无线传感和无线定位装置的自供电成为亟需解决的关键问题。自供电是将周围环境中的微能源采集并转化成电能，从而驱动电子设备运作的一种技术。环境中充满着各式各样的微能源，其中以振动形式表现出来的微能源最为广泛存在，研制能量采集器将环境中的振动能量进行采集并转换为电能输出是解决无线传感和无线定位装置自供电问题的理想方案。

利用电磁感应定律进行机械能和电能转换是一种经典的振动能量采集方式，传统的电磁感应振动能量采集器件主要在外界振动的作用下使金属线圈产生水平或垂直方向的切割磁感线运动，只能实现单一方向的振动能量采集，而且由于这类器件多采用悬臂梁、弹簧、磁悬浮等特殊结构实现振动的传递，导致它们能够采集的振动能量频率较高。然而，环境振动的频率普遍较低，且在不同的应用场合振动频率不同，一般小于100Hz，如汽车仪表盘振动频率13Hz，小汽车发动机振动频率37Hz，三轴机床振动频率70Hz；而且，在很多应用场合环境振动没有确定方向，如人奔跑时脚部和手部的振动方向是不确定，将振动方向不确定且振动频率不同的振动能量采集起来转换为电能，即在频率较低的环境中针对不同频率的应用场合实现可以调节采集频率的多方向振动能量采集，成为振动能量技术需解决的关键问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多方向振动能量采集器。

本发明采用的技术方案是：一种多方向振动能量采集器，包括磁铁支架、框架、大磁铁、磁感应线圈、小磁体、平面弹簧、立方体结构、圆形凹槽、正方形凹槽和小凹槽；所述磁铁支架和框架为一体化结构；所述磁铁支架包括立方体结构；所述立方体结构位于能量采集器的中心；所述立方体结构在除底面之外的其余五个面上分别有大磁铁；所述立方体结构上的大磁铁相对设有磁感应线圈、小磁铁和平面弹簧；所述小磁铁位于磁感应线圈的内环中心处；所述立方体结构在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的圆形凹槽；所述大磁铁固定在圆形凹槽内；所述磁感应线圈和小磁铁固定在平面弹簧的中央平板上，所述框架在除底面之外的其余五个面的中心处均设有相同的正方形凹槽；所述平面弹簧固定在正方形凹槽内，所述正方形凹槽的四条边的中心处分别设有相同的小凹槽，便于平面弹簧的拆卸；

当所述多方向振动能量采集器受到外界振动激励时，所述大磁铁和小磁铁之间的相对运动引起空间内磁场发生变化，磁感应线圈在变化的磁场中产生电动势。

进一步地，所述大磁铁粘结于磁铁支架上的圆形凹槽内。

更进一步地，所述平面弹簧为螺旋形悬臂梁结构。

更进一步地，所述磁感应线圈和小磁铁粘结于平面弹簧的中央平板上，所述磁感应线圈的内径大于小磁体的直径。

更进一步地，所述大磁铁和与其相对设置的小磁体磁极相吸设置。

本发明的优点：

本发明的多方向振动能量采集器采用电磁式可调频多方向振动的能量采集方式，克服了单一方向上的振动能量采集；采用电磁式可调频多方向振动的能量采集方式，通过使用不同的平面弹簧实现了宽频带和低频的能量采集，有利于提高微能源能量采集效率、提高器件的输出功率，值得推广使用。