本發(fā)明涉及能量采集，特別是涉及一種磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，海洋探測(cè)器得到越來(lái)越多的應(yīng)用，它在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋資源調(diào)查和海上邊境巡防等諸多領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略地位。通常情況下，這些設(shè)備的用電是靠?jī)?nèi)置化學(xué)電池來(lái)提供的。該方式的不足之處在于：1、電池容量有限，大容量電池體積大質(zhì)量重，不適用于小型海洋探測(cè)器；2、化學(xué)電池含有毒有害成分，一旦泄漏將嚴(yán)重破壞海洋生態(tài)環(huán)境3、需要定期回收設(shè)備為電池充電或更換電池，嚴(yán)重限制了海洋探測(cè)器的續(xù)航能力。

2、為了解決海洋探測(cè)器持續(xù)供能的難題，利用振動(dòng)能量采集裝置將海洋環(huán)境中波浪的振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并為設(shè)備供電，是解決該問(wèn)題的有效途徑之一。

3、在現(xiàn)有技術(shù)條件下，振動(dòng)能量采集裝置通常是線性的，且系統(tǒng)固有頻率較高，只有在外界環(huán)境振動(dòng)的頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)才能產(chǎn)生較大的功率輸出，適用于振動(dòng)激勵(lì)頻率穩(wěn)定的工作環(huán)境。然而波浪的振動(dòng)頻率通常是分布在較寬的頻帶上的，具有低頻性和隨機(jī)性，使得線性能量采集裝置的能量俘獲效率大大降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，而提供一種磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，旨在提高振動(dòng)能量采集器的發(fā)電效率，拓寬工作頻帶。

2、一種磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，包括底座、外磁環(huán)支架、直線軸承支架、發(fā)電線圈支架、發(fā)電線圈、直線軸承、外磁環(huán)、振動(dòng)軸、發(fā)電永磁體、彈簧和內(nèi)磁環(huán)；所述發(fā)電線圈固定在發(fā)電線圈支架上；所述直線軸承固定在直線軸承支架上；所述振動(dòng)軸與直線軸承配合，可沿軸向自由移動(dòng)；所述發(fā)電永磁體固定在振動(dòng)軸兩側(cè)；所述彈簧一端與發(fā)電永磁體接觸，另一端與直線軸承接觸；所述內(nèi)磁環(huán)固定在振動(dòng)軸中心，并穿過(guò)外磁環(huán)；所述發(fā)電永磁體隨振動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與發(fā)電線圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得發(fā)電線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)導(dǎo)線引出。

3、其中，所述底座通過(guò)螺栓分別與外磁環(huán)支架、直線軸承支架和發(fā)電線圈支架連接。

4、其中，所述外磁環(huán)通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲固定在外磁環(huán)支架上。

5、其中，所述直線軸承通過(guò)卡簧固定在直線軸承支架上。

6、其中，所述發(fā)電永磁體通過(guò)螺母固定在振動(dòng)軸兩側(cè)。

7、其中，所述內(nèi)磁環(huán)通過(guò)卡簧固定在振動(dòng)軸中心

8、其中，所述直線軸承支架底部有長(zhǎng)孔，用于通過(guò)調(diào)節(jié)所述直線軸承支架的位置來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的位置。

9、其中，所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)的磁化方向均為軸向充磁，且方向相反。

10、其中，所述外磁環(huán)支架為一個(gè)，所述直線軸承支架和發(fā)電線圈支架各自為兩個(gè)，相對(duì)于所述外磁環(huán)支架為左右對(duì)稱布置，所述直線軸承支架位于所述外磁環(huán)支架2與發(fā)電線圈支架之間，且相互隔開(kāi)布置。

11、其中，所述發(fā)電永磁體同軸布置于發(fā)電線圈內(nèi)部且在徑向方向上隔開(kāi)，所述內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)同軸布置，且在徑向方向上隔開(kāi)。

12、本發(fā)明采用同軸環(huán)狀永磁體和彈簧結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)位置上磁力與彈力相等，形成雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)；相比于懸臂梁結(jié)構(gòu)的能量采集器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、共振頻率低、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，便于工程化的特點(diǎn)。

13、本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)整直線軸承支座的位置來(lái)微調(diào)彈簧的彈性恢復(fù)力，防止安裝誤差帶來(lái)的使用性能下降；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)低寬頻振動(dòng)的能量采集，安裝在海洋探測(cè)器、海上浮標(biāo)等設(shè)備上，對(duì)波浪產(chǎn)生的振動(dòng)能量進(jìn)行采集，可為低功耗的微電子元件進(jìn)行供能可以為設(shè)備進(jìn)行供電；本發(fā)明可以通過(guò)更換不同的彈簧來(lái)改變系統(tǒng)的勢(shì)能曲線，提升不同應(yīng)用場(chǎng)景的適用性，提高能量采集的效率。

技術(shù)特征：

1.磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，包括底座、外磁環(huán)支架、直線軸承支架、發(fā)電線圈支架、發(fā)電線圈、直線軸承、外磁環(huán)、振動(dòng)軸、發(fā)電永磁體、彈簧和內(nèi)磁環(huán)；所述發(fā)電線圈固定在發(fā)電線圈支架上；所述直線軸承固定在直線軸承支架上；所述振動(dòng)軸與直線軸承配合，可沿軸向自由移動(dòng)；所述發(fā)電永磁體固定在振動(dòng)軸兩側(cè)；所述彈簧一端與發(fā)電永磁體接觸，另一端與直線軸承接觸；所述內(nèi)磁環(huán)固定在振動(dòng)軸中心，并穿過(guò)外磁環(huán)；所述發(fā)電永磁體隨振動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與發(fā)電線圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得發(fā)電線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)導(dǎo)線引出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述底座通過(guò)螺栓分別與外磁環(huán)支架、直線軸承支架和發(fā)電線圈支架連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述外磁環(huán)通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲固定在外磁環(huán)支架上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述直線軸承通過(guò)卡簧固定在直線軸承支架上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述發(fā)電永磁體通過(guò)螺母固定在振動(dòng)軸兩側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述內(nèi)磁環(huán)通過(guò)卡簧固定在振動(dòng)軸中心。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述直線軸承支架底部有長(zhǎng)孔，用于通過(guò)調(diào)節(jié)所述直線軸承支架的位置來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的位置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)的磁化方向均為軸向充磁，且方向相反。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述外磁環(huán)支架為一個(gè)，所述直線軸承支架和發(fā)電線圈支架各自為兩個(gè)，相對(duì)于所述外磁環(huán)支架為左右對(duì)稱布置，所述直線軸承支架位于所述外磁環(huán)支架2與發(fā)電線圈支架之間，且相互隔開(kāi)布置。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，其特征在于，所述發(fā)電永磁體同軸布置于發(fā)電線圈內(nèi)部且在徑向方向上隔開(kāi)，所述內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)同軸布置，且在徑向方向上隔開(kāi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種磁力雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量采集裝置，包括底座、外磁環(huán)支架、直線軸承支架、發(fā)電線圈支架、發(fā)電線圈、直線軸承、外磁環(huán)、振動(dòng)軸、發(fā)電永磁體、彈簧和內(nèi)磁環(huán)；所述發(fā)電線圈固定在發(fā)電線圈支架上；所述直線軸承固定在直線軸承支架上；所述振動(dòng)軸與直線軸承配合，可沿軸向自由移動(dòng)；所述發(fā)電永磁體固定在振動(dòng)軸兩側(cè)；所述彈簧一端與發(fā)電永磁體接觸，另一端與直線軸承接觸；所述內(nèi)磁環(huán)固定在振動(dòng)軸中心，并穿過(guò)外磁環(huán)；所述發(fā)電永磁體隨振動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與發(fā)電線圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得發(fā)電線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)導(dǎo)線引出。本發(fā)明能提高振動(dòng)能量采集器的發(fā)電效率，拓寬工作頻帶。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭仁成,周雨軒,謝文力,劉建彬,劉福林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9