本發(fā)明涉及的是一種微電子領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種抗磁懸浮雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)能量俘獲器。

背景技術(shù)：

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子器件在機(jī)械工程、醫(yī)療工程、通訊工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)這些器件工作在較惡劣的環(huán)境或植入被檢測(cè)的物體中時(shí)，由于電源設(shè)備儲(chǔ)存能量有限，使微電子器件的應(yīng)用受到阻礙。俘獲自然環(huán)境下的能量為電子器件供電，不僅節(jié)能，而且使電子器件工作更穩(wěn)定、可靠。機(jī)械振動(dòng)是最普遍可以俘獲的能量。目前振動(dòng)能量俘獲主要分為三種方式：(1)利用靜電發(fā)生裝置將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能的靜電式；(2)利用壓電效應(yīng)將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能的壓電式；(3)利用電磁能量轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能的電磁式。由于電磁式能量俘獲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成一體化，有利于工程實(shí)踐。但是，電磁式振動(dòng)能量俘獲技術(shù)面臨的主要問題是較窄的帶寬和較低的能量俘獲效率。

能量俘獲裝置的工作頻率與自然頻率匹配產(chǎn)生共振現(xiàn)象可以有更多的能量輸出。為此，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多不同的結(jié)構(gòu)。很多學(xué)者利用自由端附有線圈或者磁鐵的懸臂梁支撐構(gòu)件，當(dāng)外界環(huán)境存在振動(dòng)時(shí)，懸臂梁自由端的線圈或磁鐵與固定的磁鐵或線圈之間的相對(duì)位移引起磁通量的變化，從而產(chǎn)生電壓以達(dá)到能量俘獲的目的。很多學(xué)者通過降低振動(dòng)能量俘獲裝置的固有頻率使其與自然環(huán)境下振動(dòng)頻率匹配，設(shè)計(jì)了彈簧支撐結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量俘獲器、振動(dòng)膜支撐的振動(dòng)能量俘獲器。由于非線性系統(tǒng)具有更寬的頻域響應(yīng)，有的學(xué)者研究了將非線性磁力等效為彈力彈簧的能量俘獲器，該能量俘獲器主要由三塊永磁體、感應(yīng)線圈和微管組成，利用永磁體之間的排斥力使得中間磁鐵在微管內(nèi)懸浮，當(dāng)受到外界振動(dòng)時(shí)，懸浮磁鐵在微管內(nèi)振動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有裝置的適用頻域范圍小、俘獲效率低等缺陷，提出了一種抗磁懸浮雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)能量俘獲器，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)俘獲振動(dòng)能量，不存在機(jī)械摩擦，克服了現(xiàn)有電磁式能量俘獲器應(yīng)用頻域窄，能量俘獲效率低的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，

本發(fā)明包括設(shè)置于目字形基座內(nèi)的永磁體組件、懸浮磁振子和抗磁發(fā)電組件，目字形基座的內(nèi)部隔板豎直設(shè)置形成三個(gè)空槽，其中：中部空槽內(nèi)設(shè)有豎向移動(dòng)的懸浮磁振子，抗磁發(fā)電組件以懸浮磁振子為中心對(duì)稱設(shè)置于中部空槽內(nèi)，兩側(cè)空槽內(nèi)對(duì)稱設(shè)有永磁體組件。

所述的永磁體組件作用于懸浮磁振子磁力的豎直分量在縱向兩個(gè)位置實(shí)現(xiàn)與懸浮磁振子重力的平衡，懸浮磁振子的重心位置點(diǎn)為上穩(wěn)定點(diǎn)、下穩(wěn)定點(diǎn)。

所述的永磁體組件包括沿縱向上下設(shè)置的抗重力永磁體和雙穩(wěn)態(tài)永磁體，所述的抗重力永磁體的數(shù)量為兩個(gè)。

所述的懸浮磁振子、抗重力永磁體和雙穩(wěn)態(tài)永磁體的磁極方向相同。

所述的抗磁發(fā)電組件包括：上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈、下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板、下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈和方形熱解石墨板，其中：上、下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板固定在目字形基座內(nèi)部隔板上，上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈套設(shè)在上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板上，下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈套設(shè)在下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板上，方形熱解石墨板固定在圓形熱解石墨板表面分隔發(fā)電線圈和懸浮磁振子。

所述的上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈、下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板和下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈的軸向厚度相同。

所述的懸浮磁振子達(dá)到上穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)，其重心位于上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈的軸線上，所述的懸浮磁振子達(dá)到下穩(wěn)定時(shí)，其重心位于下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板、下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈的軸線上。

所述的抗磁發(fā)電組件中的接線端用于輸出電能，可直接與其他電子設(shè)備或儲(chǔ)能電路相連接。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明左右對(duì)稱設(shè)置的抗重力永磁體與雙穩(wěn)態(tài)永磁體在激勵(lì)狀態(tài)下懸浮磁振子發(fā)生諧振后，通過磁場(chǎng)作用實(shí)現(xiàn)懸浮磁振子的非線性雙穩(wěn)態(tài)，使懸浮磁振子具有較寬的工作頻域；而抗磁發(fā)電組件中熱解石墨的存在，使得懸浮磁振子在水平方向上受力平衡得以穩(wěn)定懸浮，消除了機(jī)械摩擦的影響，提高了能量俘獲的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中永磁體組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中抗磁發(fā)電組件爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的工作原理示意圖；

圖中：目字形基座1、永磁體組件2、懸浮磁振子3、抗磁發(fā)電組件4、抗重力永磁體5、雙穩(wěn)態(tài)永磁體6、上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8、下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9、下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10、方形熱解石墨板11、上穩(wěn)定點(diǎn)Ⅰ、下穩(wěn)定點(diǎn)Ⅱ。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例包括設(shè)置于目字形基座1內(nèi)的永磁體組件2、懸浮磁振子3和抗磁發(fā)電組件4，其中：目字形基座1的內(nèi)部隔板豎直設(shè)置形成三個(gè)空槽，目字形基座1中間的空槽內(nèi)設(shè)有豎向移動(dòng)的懸浮磁振子3，抗磁發(fā)電組件4以懸浮磁振子3為中心對(duì)稱粘接在目字形基座1中間的空槽內(nèi)，永磁體組件2對(duì)稱粘接在目字形基座1兩側(cè)的空槽內(nèi)；

所述的永磁體組件2作用于懸浮磁振子3磁力的豎直分量在縱向兩個(gè)位置實(shí)現(xiàn)與懸浮磁振子3重力的平衡，懸浮磁振子的重心位置點(diǎn)為上穩(wěn)定點(diǎn)Ⅰ、下穩(wěn)定點(diǎn)Ⅱ。

如圖2所示，所述的永磁體組件2包括沿縱向上下設(shè)置的抗重力永磁體5和雙穩(wěn)態(tài)永磁體6，所述的抗重力永磁體5的數(shù)量為兩個(gè)。

如圖4所示，所述的懸浮磁振子3、抗重力永磁體5和雙穩(wěn)態(tài)永磁體6的磁極方向相同。

如圖3所示，所述的抗磁發(fā)電組件4包括：上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8、下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9、下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10和方形熱解石墨板11，其中：上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7和下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9固定在目字形基座1內(nèi)部隔板上，上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8套設(shè)在上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7上，下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10套設(shè)在下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9上，方形熱解石墨板11固定在上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7和下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9表面分隔抗磁發(fā)電組件4和懸浮磁振子3。

所述的左右對(duì)稱設(shè)置的上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7之間形成上平衡區(qū)域，所述的對(duì)稱設(shè)置的下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板8之間形成下平衡區(qū)域。

所述的上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8的徑向尺寸取決處于上平衡區(qū)域諧振狀態(tài)下懸浮磁振子的振幅，所述的下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9、下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10的徑向尺寸取決處于下平衡區(qū)域諧振狀態(tài)下懸浮磁振子的振幅。

所述的上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8、下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9和下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10的軸向厚度相同。

所述的懸浮磁振子3達(dá)到上穩(wěn)定點(diǎn)Ⅰ時(shí)，其重心位于上穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板7、上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8的軸線上，所述的懸浮磁振子3達(dá)到下穩(wěn)定Ⅱ時(shí)，其重心位于下穩(wěn)定點(diǎn)圓形熱解石墨板9、下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10的軸線上。

所述的抗磁發(fā)電組件4中的接線端用于輸出電能，可直接與其他電子設(shè)備或儲(chǔ)能電路相連接。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例在工作時(shí)，

當(dāng)目字形基座1未受到外界激勵(lì)時(shí)，通過永磁體組件2對(duì)懸浮磁振子3的作用，可以使懸浮磁振子3在上穩(wěn)定點(diǎn)Ⅰ或下穩(wěn)定點(diǎn)Ⅱ位置處實(shí)現(xiàn)磁力的豎直分量與懸浮磁振子3重力的平衡，即懸浮磁振子3在豎直方向上處于平衡狀態(tài)；左右對(duì)稱設(shè)置的熱解石墨板對(duì)懸浮磁振子3水平方向上的斥力作用，可以使懸浮磁振子3達(dá)到穩(wěn)定懸浮狀態(tài)；

當(dāng)目字形基座1受到外界激勵(lì)時(shí)，永磁體組件2與懸浮磁振子3產(chǎn)生相對(duì)位移而導(dǎo)致磁力發(fā)生變化，從而使懸浮磁振子3受迫振動(dòng)；懸浮磁振子3在受迫振動(dòng)過程中，抗磁發(fā)電組件4與懸浮磁振子3間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使通過上穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈8和下穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)電線圈10的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生電壓，產(chǎn)生的電壓經(jīng)電路處理后可直接使用或存儲(chǔ)備用，從而將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能；

當(dāng)激勵(lì)頻率接近諧振頻率時(shí)，由于磁力的作用使懸浮磁振子3處于非線性穩(wěn)態(tài)狀態(tài)中，可以在較寬的頻率范圍內(nèi)俘獲振動(dòng)能量。