[发明专利]一种振动能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及振动能量收集技术领域，特别是涉及一种振动能量收集装置。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，新的技术正在日新月异地改变我们的生活，但随之带来的是人们对资源需求的不断增加。长期以来作为人类主要能源的化石能源在不断消耗、不断枯竭，能源危机将不断加剧，人们正迫切寻求可替代能源。振动是人类生活环境中最常见的机械能量形式，行人走动、车辆行驶、体育锻炼等待，一旦物体之间发生了相对位移，就会产生振动。这些振动能量都是潜在的可利用能量，实现对这些振动能量的收集，可以为缓解能源紧张提供一种可行的途径。

振动能量收集装置就是通过利用自然界中的各种各样类型的振动，利用一些能量转化规律将这些振动能量转化成电能，并将转化的电能进行存储利用。

目前，振动能量收集装置大多采用基于谐振的弹簧—质量结构，使该结构的谐振频率与外界振动相同，促使振子与机架产生最大的相对运动，进而采用各种机电转换方法，如压电式、静电式或者电磁式机电转换方法，将动能转化成电能。这一解决方案一直以来面临的问题是外界振动与弹簧—质量系统的频率匹配问题，即弹簧—质量系统（无论是压电式的还是静电式与电磁式的弹簧—质量结构）的谐振频率一般都比较高，而外界振动源（例如波浪、车轮的运动或是人体的运动）的频率则普遍比较低，而且振动频率随时间的变化而变化。有些振动能量收集装置的振动幅度较大，设备使用寿命较短。

对于电磁式振动能量收集装置来说，磁通量的变化在闭合线圈上会产生感生电动势，当闭合线圈连接负载时，则会产生对应电流。在磁通变化率确定的条件下，输出电压与功率的调节主要由线圈匝数决定。线圈匝数越多，则就会得到越高的输出电压，但由于受线圈自身内阻的限制，线圈匝数越多，对外形成电流的能力却会下降。且从力学角度考虑，当速度一定时，物体质量越大其动能就越大，所以当弹簧和线圈等轻物连接时，无法收集到振动物体的最大动能，那么将物体的动能转化为电能的效果就较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种振动能量收集装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种振动能量收集装置，包括外壳、上传动轴、下传动轴、线圈支架、弹性机构、磁铁固定架、强磁铁及电能储存机构，所述上传动轴和下传动轴分别与外壳的上、下端滑动连接，上传动轴的下端与下传动轴的上端滑动连接，上传动轴的下端设置在线圈支架内腔的环形凹槽内，线圈支架套装固定在下传动轴的凸缘的上面，线圈支架的外壁上设置有环形凹槽；所述弹性机构分别套装在上传动轴和下传动轴上，强磁铁分别固定在磁铁固定架内腔上下端的环形凹槽内，所述电能储存机构固定连接在外壳侧壁的中部。

进一步地，所述弹性机构包括压簧、波形垫圈、碟形垫圈，压簧分别与磁铁固定架的上、下端螺纹连接，压簧内腔的凸缘分别嵌套在上传动轴和下传动轴的环形凹槽内，波形垫圈套装固定在压簧内腔的凸缘上，碟形垫圈分别固定在磁铁固定架上、下端的环形凹槽内。

进一步地，所述外壳为圆柱体，分为上、下外壳，上外壳与下外壳通过螺纹连接。

进一步地，所述强磁铁采用钕铁硼环形磁铁。

进一步地，所述振动能量收集装置的共振幅度为0.75mm-1mm,共振工作频率为25HZ-35HZ。

进一步地，所述电能储存机构为圆柱体。

进一步地，所述电能储存机构采用电源管理芯片，电源管理芯片包括用于将线圈中的交流电压整流为单方向脉动直流电压的整流电路、用于对所述单方向脉动直流电压进行滤波的滤波电路、用于使直流电压保持稳定的稳压电路、对电能进行储存的储能模块，所述整流电路采用倍压整流电路，滤波电路采用一个电容，稳压电路采用硅稳压管，所述储能模块包括超级电容和锂电池。

进一步地，所述储能模块还包括用于检测电能是否储满的电压检测装置。

本发明的积极有益效果：

1、本发明体积小、工作寿命长，能够高效的转化能量，高效的储存能量。通过使弹性机构和磁铁固定架连接，最大效率的转化电能。

2、通过采用强磁铁来提高磁通变化率，在满足输出电压的指标的情况下，通过电磁结构优化来提高功率输出。

3、储能模块带有自动检测断电功能,在电量储满后,会自动切断,防止了储电装置在储电过程中因储电过多而降低使用寿命的损害以及造成安全威胁。

附图说明

图1为本发明的结构图

图2为本发明刚性力作用部分的结构图

图3为本发明弹性力作用部分的结构图