[发明专利]一种电磁式非线性谐振升频振动能量采集装置

说明书

本发明涉及一种电磁式非线性谐振升频振动能量采集装置,由两级振动系统构成，第一级包括低频/高频振动能量采集子系统，两采集系统的铜线圈在不均匀磁场中振动，产生电能输出。第二级振动系统包括支撑弹簧，永磁体组合及第一级系统组成。当振动发生时，第二级振动系统处于共振状态，振动响应主要是奇次谐波分量，一次和三次谐波分量为主，作为基础激励使得低频采集子系统和高频采集子系统处于共振状态。振动能量采集装置将集中于低频的振动能量通重新分配到低频和高频振动。本发明适用于航空航天、船舶、桥梁建筑工程结构的振动能量采集，尤其适用于振动强度较弱的工程环境，可为振动控制与健康监测系统中的自供能装置、无线传感器网络提供电能。

技术领域

本发明涉及能量采集技术，尤其涉及一种电磁式非线性谐振升频振动能量采集装置。

背景技术

能量采集技术是一种非常有前途的清洁能源技术，是一种使用环境能量向小型和移动的电气或电子设备供电的能源技术。通常情况下，这些设备都是依靠传统的电池来提供能量，但是传统电池的缺点在于：供能寿命有限，因此使用一段时间后要更换或者充电。这对于放置在恶劣环境或者埋于结构内部的无线传感器而言，是个很严重的制约条件。然而，振动能量采集器件不受连接线的限制，且无需频繁更换，适合为传感网络的无线传感器供能。因此，振动能量采集器已成为可自我维持电源研究中的一大热点，在航空航天、武器装备、桥梁建筑等领域中具有较为广泛的应用价值与潜景。

振动能量采集器件的采集效率取决于振动幅值及共振频率两个要素。为实现高效能量采集，振动型能量采集器的设计需要其共振频率与环境振源频率相匹配。然而，环境中的振动能以低频为主（如航天柔性结构、舰载装备振动），而传统的振动能量采集器谐振频率高、工作频带窄，因而不能有效地采集环境中的振动能，在弱强度振动环境中，存在采集能效不高的问题。

发明内容

本发明提供一种电磁式非线性谐振升频振动能量采集装置，采用两极振动能量采集系统的设计，即使在环境振动频率低的情况下，第二级振动系统处于主共振状态，其中由两个环形永磁体（11）和一个两极环形永磁体（12）组合成的强立方非线性系统产生的奇次谐波触发第一级振动系统共振，提高了能量的采集效率，因为支撑弹簧（8）的作用，在共同产生共振时，第一级振动集系统的振动幅度得到数倍的提升，进一步提高振动能量的输出功率，解决现有线性采集装置中无法兼顾高水平电能输出与低频工作环境瓶颈问题，尤其适用于弱强度振动环境的能量采集，并且其立柱形的实现结构构型简单，体积小，可以根据需求方便调节采集性能，节约制作成本。