[发明专利]基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置

权利要求书

1.一种基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，包括：

固定框架；

旋转单元，所述旋转单元嵌入所述固定框架中，所述旋转单元包括可旋转永磁体和至少一个轴；

至少一组环绕线圈，所述至少一组环绕线圈缠绕在所述固定框架上；

至少一个固定永磁体，所述可旋转永磁体静态时，受所述至少一个固定永磁体产生的直流偏置磁场作为非线性弹簧约束稳定在平衡位置，并且所述旋转单元工作时，受载流导线产生的磁场作用围绕所述平衡位置作周期性摆动，通过调节所述直流偏置磁场的大小，所述可旋转永磁体在工频条件下可达谐振状态，谐振状态下，摆动幅度达最大值，并且摆动时产生的运动磁场在所述至少一组环绕线圈中可感应出足以支撑传感节点正常工作的电能，且由于具有非线性频率响应，能量采集装置具有极宽频带，其中，所述载流导线配置的约束条件有：载流导线配置时，导线配置在所述能量采集装置沿y轴的中心截面中；

其中，由于所述至少一个固定永磁体中固定永磁体提供的所述直流偏置磁场作用在所述可旋转永磁体上的力矩随转动角度呈非线性变化，使得所述能量采集装置的典型频率响应呈非线性特性。

2.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，所述旋转单元还包括：

多个轴承固定件和多个轴承，所述可旋转永磁体、所述至少一个轴和所述多个轴承的内环为可转动部件，所述多个轴承固定件和所述多个轴承的外环为固定部件，其中，所述至少一个轴为一个或两个，所述多个轴承固定件和所述多个轴承均为两个。

3.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，所述至少一个固定永磁体为一个或两个。

4.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，所述至少一个轴、多个轴承固定件均为非导磁材料，所述固定框架采用既不导磁也不导电材料制成，以抑制涡流效应。

5.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，旋转单元的制备方法包括：

采用烧结或粘接工艺制作所述可旋转永磁体，在所述可旋转永磁体电镀并充磁前，在所述可旋转永磁体的上下底面中心位置打尺寸相同的孔；

若所述可旋转永磁体中心孔贯通，则制作一个轴，所述轴的中间区段的外径与所述孔的内径保持一致，以压接方式和所述可旋转永磁体中心孔紧密配合；若所述可旋转永磁体中心孔未贯通，则制作两个轴，所述两个轴的一端的外径与所述孔的内径保持一致，以所述压接方式和所述可旋转永磁体的中心孔紧密配合，所述两个轴的另一端的外径与轴承内环尺寸保持一致，以所述压接方式和所述轴承的内环紧密配合；

制作两个轴承固定件，所述两个轴承固定件的外尺寸宽度小于所述固定框架的内部方形通孔宽度，所述两个轴承固定件的内径与轴承外环的外径保持一致，所述两个轴承固定件以压接方式分别和两端轴承进行紧密配合。

6.根据权利要求5所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，所述固定框架的制备方法包括：

在方形非导电非导磁材料的中心打贯通方孔，在所述固定框架的外侧沿方孔贯通方向的中间部分铣出台阶，并对所述固定框架外轮廓进行倒角；

若采用单独制作方式制作所述轴承固定件，则将所述两轴承固定件与所述轴承压接配合后得到的所述旋转单元以压接方式装入所述固定框架方形通孔的中心；

若所述轴承固定件直接制作在所述固定框架上，则在所述固定框架上沿垂直于方形通孔的方向在上下底面的中心打圆形通孔，所述圆形通孔的内径与所述轴承外环的外径保持一致，在两端压有轴承的所述可旋转永磁体放入所述固定框架方形通孔中心后，轴承两端采用压接方式分别压入上下底面的圆形通孔中。

7.根据权利要求6所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，所述环绕线圈的缠绕方法包括：

多组所述环绕线圈按层的分组方式或沿y方向分组方式分别缠绕在所述固定框架上，每组之间以串联或并联方式连接。

8.根据权利要求7所述的基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，其特征在于，环绕线圈的缠绕层数、每层缠绕匝数、线圈直径、线圈材料均可调。