一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器。本實(shí)用新型由拾取外界振動(dòng)的振動(dòng)收集模塊和能量轉(zhuǎn)換模塊組成。振動(dòng)收集模塊主要由配重、柔性鉸鏈、碟形彈簧和輸入頂桿組成，能量轉(zhuǎn)換模塊主要由超磁致伸縮棒、線圈、線圈骨架和永磁體組成。能量收集器固定在振動(dòng)源上，當(dāng)振動(dòng)源工作時(shí)，配重由于慣性發(fā)生振動(dòng)，柔性鉸鏈放大了作用于輸入頂桿的壓力，輸入頂桿將壓力傳遞給磁致伸縮棒使其發(fā)生壓縮變形。超磁致伸縮棒的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。由電磁感應(yīng)定律，周圍磁場的變化會(huì)使閉合線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，通過導(dǎo)線可將線圈上的電能引到外接電路進(jìn)行儲(chǔ)存。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于微型化，對(duì)微型振動(dòng)靈敏度高，工作穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能量收集裝置，具體涉及一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微機(jī)電技術(shù)快速發(fā)展，人們生產(chǎn)生活過程中出現(xiàn)了越來越多的微電子產(chǎn)品，微電子系統(tǒng)的尺寸越來越小，功耗越來越低。隨著微電子設(shè)備應(yīng)用環(huán)境的日益復(fù)雜化和應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化，人們對(duì)器件各方面的性能提出了更高的要求，尤其是系統(tǒng)的可持續(xù)性。傳統(tǒng)的化學(xué)電池由于壽命短、儲(chǔ)存能量有限以及污染嚴(yán)重等缺陷，使其在微電子系統(tǒng)的應(yīng)用中受到限制。而且在一些人類無法到達(dá)、無法接觸的環(huán)境下，傳統(tǒng)化學(xué)電池的更換根本難以實(shí)現(xiàn)，供電持續(xù)性難以保證。因此，與微機(jī)電技術(shù)相關(guān)的微型能源技術(shù)受到廣泛的關(guān)注。
[0003]機(jī)械振動(dòng)能是環(huán)境中最為普遍存在的一種能量形式，相比于太陽能和熱能，機(jī)械振動(dòng)能量具有持續(xù)、穩(wěn)定和能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)振動(dòng)能量的收集利用不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，對(duì)振動(dòng)能量進(jìn)行收集并利用具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器，該裝置能夠?qū)⒅車h(huán)境的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能，為微電子系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供能量。該振動(dòng)能量收集器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本實(shí)用新型包括套筒、永磁體、超磁致伸縮棒、線圈、線圈骨架、端蓋、柔性鉸鏈、配重、碟形彈簧、輸入頂桿、預(yù)緊螺桿和導(dǎo)線孔。柔性鉸鏈、配重、碟形彈簧和輸入頂桿組成了振動(dòng)收集模塊，配重到柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)的距離與輸入頂桿到柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)的距離比為N: 1，從而將壓力放大N倍作用在輸入頂桿上，起到壓力放大的作用，柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)固定在基座上，N為自然數(shù)。超磁致伸縮棒、線圈、線圈骨架和永磁體組成的能量轉(zhuǎn)換模塊集成在套筒內(nèi)，永磁體嵌在套筒內(nèi)，線圈纏繞在線圈骨架上，超磁致伸縮棒位于套筒的中心軸線上，由線圈骨架對(duì)其進(jìn)行徑向固定，永磁體和線圈骨架由套筒和端蓋對(duì)其進(jìn)行軸向的固定。套筒和線圈骨架上開有導(dǎo)線孔，通過導(dǎo)線孔將線圈上的電能引至外接電路。超磁致伸縮棒的頂端與輸入頂桿接觸，輸入頂桿與上端蓋之間裝有碟形彈簧，輸入頂桿可沿端蓋的通孔軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；超磁致伸縮棒的底端與預(yù)緊螺桿接觸，由預(yù)緊螺桿對(duì)超磁致伸縮棒進(jìn)行預(yù)緊。
[0007]與現(xiàn)有的振動(dòng)能量收集技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0008]I )結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于微型化，對(duì)微型振動(dòng)靈敏度高，工作穩(wěn)定可靠；
[0009]2 )超磁致伸縮棒相比與傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率
[0010]3 )柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)利用彈性材料微小變形及其自回復(fù)的特性，消除了傳動(dòng)過程中的空程和機(jī)械摩擦，具有較高的傳動(dòng)效率、穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)靈敏度，特別適合收集微小的振動(dòng)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1所示為采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器剖視圖；
[0012]圖2所示為采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器三維裝配圖；
[0013]圖中:1、套筒，2、永磁體，3、超磁致伸縮棒，4、線圈，5、線圈骨架，6、端蓋，7、螺釘，8、柔性鉸鏈，9、配重，10、碟形彈簧，11、輸入頂桿，12、預(yù)緊螺桿，13、導(dǎo)線孔。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型提供了一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器，該裝置能夠?qū)⒅車h(huán)境的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能，為微電子系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供能量。
[0015]如圖1和圖2所示，該采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器主要包括套筒1、永磁體2、超磁致伸縮棒3、線圈4、線圈骨架5、端蓋6、螺釘7、柔性鉸鏈8、配重9、碟形彈簧10、輸入頂桿11、預(yù)緊螺桿12和導(dǎo)線孔13。柔性鉸鏈8、配重9、碟形彈簧10和輸入頂桿11組成了振動(dòng)收集模塊，通過調(diào)節(jié)配重、輸入頂桿和柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)之間的距離，可以將壓力放大不同的倍數(shù)作用于超磁致伸縮棒，起到壓力放大的作用。超磁致伸縮棒3、線圈
4、線圈骨架5和永磁體2組成的能量轉(zhuǎn)換模塊集成在套筒I內(nèi)，永磁體2嵌在套筒I內(nèi)，線圈4纏繞在線圈骨架5上，超磁致伸縮棒3位于套筒I的中心軸線上，由線圈骨架5對(duì)其進(jìn)行徑向固定，永磁體2和線圈骨架5由套筒I和端蓋6對(duì)其進(jìn)行軸向的固定。套筒I和線圈骨架5上開有導(dǎo)線孔13，通過導(dǎo)線孔13可將線圈4上的電能引至外接電路。超磁致伸縮棒3的頂端與輸入頂桿11接觸，輸入頂桿11與上端蓋6之間裝有碟形彈簧10,輸入頂桿11可沿端蓋6的通孔軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；超磁致伸縮棒3的底端與預(yù)緊螺桿12接觸，由預(yù)緊螺桿12對(duì)超磁致伸縮棒進(jìn)行預(yù)緊。套筒I與端蓋6由螺釘7連接。
[0016]所述振動(dòng)能量收集器的振動(dòng)收集模塊和能量轉(zhuǎn)換模塊分別位于套筒的外部和內(nèi)部，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。
[0017]所述振動(dòng)能量收集器的功能材料為超磁致伸縮棒，當(dāng)超磁致伸縮棒發(fā)生變形時(shí)，超磁致伸縮棒的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化，由電磁感應(yīng)定律可知，周圍磁場的變化會(huì)使閉合線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，通過導(dǎo)線將線圈上的電能引到外接電路進(jìn)行儲(chǔ)存，達(dá)到能量收集的目的。
[0018]所述振動(dòng)能量收集器的振動(dòng)收集模塊由配重、柔性鉸鏈、螺栓、螺母、碟形彈簧和輸入頂桿組成，通過調(diào)節(jié)配重、輸入頂桿和柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)之間的距離，可以將壓力放大不同的倍數(shù)作用于超磁致伸縮棒。
[0019]所述振動(dòng)收集模塊是由柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)能量的收集，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)通過螺釘連接固定在基座上，安裝和更換非常方便。柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)利用彈性材料微小變形及其自回復(fù)的特性，消除了傳動(dòng)過程中的空程和機(jī)械摩擦，具有較高的傳動(dòng)效率、穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)靈敏度，特別適合收集微小的振動(dòng)。
[0020]所述振動(dòng)收集模塊采用碟形彈簧為輸入頂桿提供回復(fù)力，碟形彈簧剛度大，能以小變形承受大載荷，實(shí)現(xiàn)低行程高補(bǔ)償力的效果。
[0021]振動(dòng)能量收集器通過螺栓連接固定在振動(dòng)源上，振動(dòng)源工作時(shí)，配重由于慣性會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，柔性鉸鏈將振動(dòng)傳遞給輸入頂桿，同時(shí)放大了輸入頂桿作用于超磁致伸縮棒的壓力，超磁致伸縮棒受到周期性的壓力而產(chǎn)生伸縮變形。由超磁致伸縮材料的維拉里效應(yīng)，形狀變化會(huì)使超磁致伸縮棒的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化，又由電磁感應(yīng)定律，變化的磁場使閉合線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。通過套筒上的導(dǎo)線孔，可用導(dǎo)線將線圈上的電能引到外部電路，為微電子系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供電能。
【權(quán)利要求】
1.一種采用柔性鉸鏈放大的超磁致伸縮振動(dòng)能量收集器，包括套筒、永磁體、超磁致伸縮棒、線圈、線圈骨架、端蓋、柔性鉸鏈、配重、碟形彈簧、輸入頂桿、預(yù)緊螺桿和導(dǎo)線孔；其特征在于:柔性鉸鏈、配重、碟形彈簧和輸入頂桿組成了振動(dòng)收集模塊，配重到柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)的距離與輸入頂桿到柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)的距離比為N: 1，從而將壓力放大N倍作用在輸入頂桿上，起到壓力放大的作用，柔性鉸鏈節(jié)點(diǎn)固定在基座上；超磁致伸縮棒、線圈、線圈骨架和永磁體組成的能量轉(zhuǎn)換模塊集成在套筒內(nèi)，永磁體嵌在套筒內(nèi)，線圈纏繞在線圈骨架上，超磁致伸縮棒位于套筒的中心軸線上，由線圈骨架對(duì)其進(jìn)行徑向固定，永磁體和線圈骨架由套筒和端蓋對(duì)其進(jìn)行軸向的固定；套筒和線圈骨架上開有導(dǎo)線孔，通過導(dǎo)線孔將線圈上的電能引至外接電路；超磁致伸縮棒的頂端與輸入頂桿接觸，輸入頂桿與上端蓋之間裝有碟形彈簧，輸入頂桿可沿端蓋的通孔軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；超磁致伸縮棒的底端與預(yù)緊螺桿接觸，由預(yù)緊螺桿對(duì)超磁致伸縮棒進(jìn)行預(yù)緊。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK203708142SQ201420021205
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】孟愛華, 陳文藝, 劉成龍, 楊劍鋒, 祝甲明 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)