[发明专利]多单元阵列能量采集系统

权利要求书

1.一种能量采集系统，其特征是，包括能量采集单元阵列，所述能量采集单元包括：

至少一个在平坦面上的多个匝的平面感应线圈；

一个中空管，由电介质材料与所述平面感应线圈相隔离，其在平行于所述平面感应线圈所在的平面上的尺寸要大于垂直于所述平面感应线圈所在的平面上的尺寸；

一个身处所述中空管内的含有硬磁体的浮动结构，其磁化方向垂直于所述平面感应线圈所在的平面，其尺寸在各个方向上比所述中空管内尺寸小一个预先设计确定的量；

多个预先设计确定数目和安排好在所述中空管外位置布置的永久磁铁，它们磁化方向与所述浮动结构中的硬磁体的磁化方向相反；永久磁铁的设计不仅为所述含硬磁体的浮动结构提供了一个复杂的磁悬浮机制，还为所述含硬磁体的浮动结构提供弹性恢复力；

所述含硬磁体的浮动结构与多个永久磁铁一起形成了在预定频率范围内的一个伪线性振荡器，并且工作于其标定的共振频率时，其能量采集效率最高；

所述的伪线性振荡器具有彼此不同的共振频率，且共同覆盖较宽频率范围的振动，使得所述能量采集系统能从低频宽带频振动中有效地采集能量；

所述的伪线性振荡器的共振频率通过调整所述永久磁铁的位置布置安排或者所述中空管的长度；又或者上述含有硬磁体的浮动结构与所述中空管外永久磁铁的间距来改变；

所述的含有硬磁体的浮动结构与所述中空管外永久磁铁的间距，通过改变所述中空管外永久磁铁之间的物理距离，又或者在中空管顶部和底部的永久磁铁所处的薄膜板上通过电压施加静电力来改变；

含有硬磁体的浮动结构具有凸出的表面，以进一步减少它与所述中空管之间的接触面积；

每一个能量采集单元根据法拉第电磁感应定律都会由于所述含有硬磁体的浮动结构与所述平面感应线圈的相对移动而在所述平面感应线圈内产生电流；

所述中空管的内部被维持在至少部分真空或高真空；

在浮动结构中的硬磁体的高度大于所述平面感应线圈厚度和所述硬磁体与所述平面感应线圈之间的距离的总和，以确保所述含硬磁体的浮动结构在中空管中移动会带来所述平面感应线圈中的磁通变化；

能量采集单元在所述的中空管顶部和底部都具有多个平面感应线圈，且相邻的平面感应线圈之间的距离保持一定由设计预先确定的距离，以确保当所述含硬磁体的浮动结构在中空管中移动时会带来通过所述平面感应线圈的磁通量产生变化。

2.根据权利要求1所述的能量采集系统，其特征是，其中所述能量采集系统包括一个能量存储器，

所述能量存储器用一个电容来暂时存储来自所述的能量采集系统所产生的电能；

所述能量采集系统与无线传感器和/或执行器和应用专用集成电路(ASIC)集成一起，都由晶片的微细加工工序制造而形成一个自供电的无线传感器和/或执行器系统；

自供电的无线传感器和/或执行器系统在主动模式或被动模式下工作。

3.根据权利要求2所述的能量采集系统，其特征是，自供电的无线传感器和/或执行器系统在主动模式下工作，包括：一个所述的能量采集系统、一个可充电电池、一个无线工作单元和一个电源管理单元；自供电的无线传感器和/或执行器系统用于追踪个人的锻炼历史，或通过监测所述能量采集系统所采集的能量的数据来帮助运动员跟踪记录他们的训练进展；无线工作单元是无线传感器系统，或者无线声呐芯片和执行器系统，或无线执行器系统。

4.根据权利要求2所述的能量采集系统，其特征是，自供电的无线传感器和/或执行器系统在主动模式下工作，包括：一组能量采集系统、双充电电池、一个工作单元和电源管理单元；自供电的无线传感器和/或执行器系统仅需要在第一次使用时给电池充电，以启动系统运行，可用于偏远或危险的环境的无线监测。

5.根据权利要求2所述的能量采集系统，其特征是，自供电的无线传感器和/或执行器系统是一个自供电的被动工作模式下的跌倒检测系统，包括一个跌倒传感器、一个无线应急单元、一个活动跟踪单元和一个健康数据单元；自供电跌倒检测系统从系统携带者的身体活动中不断地采收能源，并在主动模式下跟踪系统携带者的身体活动，同时所述的无线应急单元在正常情况下处于关闭状态；无线应急单元工作于被动模式下，只有当在跌倒发生才被所述跌倒传感器触发进入工作状态，并发出紧急请求和健康信息以寻求帮助。

6.根据权利要求1所述的能量采集系统，其特征是，能量采集系统按比例增大形成中型能量采集系统，从由道路交通引起的振动中来采集能量而成为自供电的城市街道照明系统的一个关键组成部分；

自供电的城市街道照明系统包括有埋在路面下的按比例增大的所述的能量采集系统，一个集能储存单元和一个自供电的照明控制单元；

自供电的城市街道照明系统包括有悬挂于电杆上所述的能量采集系统，当暴风雨天气造成电力损失的紧急情况下给路灯和交通灯提供自供电源。