[发明专利]可变气隙式磁致伸缩振动能量采集器及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变气隙式磁致伸缩振动能量采集器及其方法，具体涉及一种小型便于集成化的可变气隙长度、高负载振动能量采集器。

背景技术

随着无线传感器在传感器网络和微机电系统中的广泛应用，具有使用寿命短、维护费用高、不易于更换、污染环境等缺点的传统电池，已难以满足其供电需求。如何高效的从环境中采集能量，实现无线传感器的自供能技术，是近年来国内外学者研究的热点问题。振动能量以其存在的普遍性、能量密度高等特点被研究者青睐。同时，振动能量采集器的低成本、小体积结构、长寿命、易集成、不需更换或充电等优点，特别适合为无线传感器网络节点供电，对解决无线传感器网络节点中化学电池的更换和传感器的自供能意义重大。

目前的振动能量采集器一般采用压电材料来设计制作，具有结构体积小，便于集成化的特点，在微机电系统中具有非常好的应用前景。但现有的压电振动能量采集器存在输出电功率小、不易于工作在高负载振动环境等不足，且大的电功率输出与小体积结构、便于集成化相矛盾一直是现有振动能量采集器器件开发中的关键问题。磁致伸缩材料具有非常优越的压磁能量转换特性，可工作在大应力冲击及高负载环境，能够较好的满足铁路、公路等大应力振动环境，且磁致伸缩材料的机磁耦合系数大、负载能力强、能量密度高、转换效率高等优点，特别适合于新型振动能量采集装置的应用开发。

针对现有的振动能量采集器应用中存在大的电功率输出与小体积结构、便于集成化相矛盾的问题，探索及开发一种适用于高负载振动环境的小型、易于集成化的大功率、高性能振动能量采集器，为无线传感器网络中自供能技术的供电性能、使用寿命及系统稳定性提供保障。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可变气隙式磁致伸缩振动能量采集器及其方法。

一种可变气隙式磁致伸缩振动能量采集器包括固定支撑结构、铰链位移放大结构、上固定件、磁致伸缩材料、拾取线圈、下旋紧螺钉、气隙、永磁体、底板；底板左侧垂直设有固定支撑结构，底板右侧设有一凹槽，在凹槽中垂直放置永磁体，固定支撑结构上端右侧设有一凹槽，在凹槽中垂直放置铰链位移放大结构并用螺钉固定，底板中间设有螺纹孔，螺纹孔内设有下旋紧螺钉，铰链位移放大结构与下旋紧螺钉之间从上到下顺次设有上固定件、磁致伸缩材料，拾取线圈均匀的绕制在磁致伸缩材料的外表面，磁致伸缩材料的上、下端部分别放置在上固定件和下旋紧螺钉的凹槽内，永磁体的上端面与铰链位移放大结构端部下表面间存在气隙。

另一种可变气隙式磁致伸缩振动能量采集器包括永磁体、底板、左固定支撑结构、左铰链位移放大结构、左侧上固定件、左磁致伸缩材料、左拾取线圈、左侧下旋紧螺钉、左气隙、右固定支撑结构、右铰链位移放大结构、右侧上固定件、右磁致伸缩材料、右拾取线圈、右侧下旋紧螺钉、右气隙；底板左右端分别垂直设有左固定支撑结构、右固定支撑结构，底板中心设有一凹槽，在凹槽中垂直放置永磁体，左固定支撑结构和右固定支撑结构上端内侧分别设有一凹槽，在凹槽中分别垂直放置左铰链位移放大结构、右铰链位移放大结构并用螺钉固定，底板凹槽两侧分别设有两螺纹孔，两螺纹孔内分别设有左侧下旋紧螺钉、右侧下旋紧螺钉，左铰链位移放大结构与左侧下旋紧螺钉之间从上到下顺次设有左侧上固定件、左磁致伸缩材料，右铰链位移放大结构与右侧下旋紧螺钉之间从上到下顺次设有右侧上固定件、右磁致伸缩材料，左拾取线圈、右拾取线圈分别均匀的绕制在左磁致伸缩材料、右磁致伸缩材料的外表面，左磁致伸缩材料的上、下端部分别放置在左侧上固定件和左侧下旋紧螺钉的凹槽内，右磁致伸缩材料的上、下端部分别放置在右侧上固定件和右侧下旋紧螺钉的凹槽内，永磁体的上端面分别与左铰链位移放大结构、右铰链位移放大结构端部下表面间存在左气隙、右气隙。

所述的铰链位移放大结构、上固定件、下旋紧螺钉、底板、左铰链位移放大结构、左侧上固定件、左侧下旋紧螺钉、右铰链位移放大结构、右侧上固定件、右侧下旋紧螺钉的材质均采用高导磁特性的10号钢；固定支撑结构、左固定支撑结构、右固定支撑结构的材质为不导磁的1Cr18Ni9Ti。

所述的永磁体材质为钕铁硼永磁材料，采用轴向方向充磁，上端为永磁体N极，下端为永磁体S极。

所述的固定支撑结构卡槽与铰链位移放大结构上、下端面间为过渡配合，左固定支撑结构卡槽与左铰链位移放大结构上、下端面间为过渡配合，右固定支撑结构卡槽与右铰链位移放大结构上、下端面间为过渡配合。