[发明专利]一种宽频带低频振动能量采集装置

说明书

本发明公开了一种宽频带低频振动能量采集装置，包括底板、工作点调节装置、弹簧、弹性片簧、下卡槽、上卡槽、内永磁环、外永磁环、发电永磁体、线圈、第一支架和第二支架，所述工作点调节装置、第一支架分别与底板连接，所述弹簧的一端与工作点调节装置的顶部连接，另一端与下卡槽的底部连接，所述下卡槽通过下压紧环与内永磁环固定连接，所述上卡槽通过上压紧环与内永磁环固定连接，所述发电永磁体位于线圈内，并且发电永磁体通过连接杆与上卡槽固定连接，所述线圈通过第一固定框与第一支架固定连接，所述外永磁环通过第二固定框与第一支架固定连接，所述外永磁环套设于内永磁环外侧。本发明结构紧凑，实现宽频带低频的能量采集。

技术领域

本发明涉及能量回收领域，具体涉及一种宽频带低频振动能量采集装置。

技术背景

随着微机电系统(MEMS)和新型传感技术的发展，传感器正在逐渐智能化、微型化、无线网络化发展，无线传感器网络(WSN)也随之因运而生。而无线传感器节点是无线传感器网络的核心硬件基础，因此保持无线传感器节点长期工作是无线传感器网络应用中必须满足的条件。随着低功耗电路设计技术的快速发展，无线传感器的体积在不断减小，功耗也不断降低。目前毫瓦级甚至微瓦级的电能就能保证一个低功耗的无线传感器节点正常工作，这使得利用电池进行较长时间供电成为可能，但是该方式不足的地方在于：①电池容量有限，且存在相应的使用寿命，必须定期更换；②在高温、强腐蚀等恶劣环境下电池难以使用；③电池体积较大，严重限制了无限传感器节点的微型化和集成化。

为了解决无线传感器节点持续供电的难题，近年来，能量采集技术成为研究热点，它是指收集环境中其他形式的能量并将其转化为电能，并被认为是未来解决无线传感器节点供电问题最具潜力的技术途径，典型的环境能量来源有太阳能、热能、振动能等。振动能由于在自然界广泛存在，则被认为是最好的环境能量来源。若将这些振动能加以应用，则其在无线传感器节点的供电上具有极大应用前景。

早期的振动能量采集器通常被设计成线性的，只有激励频率在谐振频率附近才会产生较大的能量，如果环境激励频率与线性系统的谐振频率不匹配则输出的电压大幅降低。由于环境中的振动通常是宽带的，所以这种线性能量采集器效率低下。而双稳态能量采集器在一定程度上解决了这些缺陷，双稳态结构压电能量收集装置是非线性压电能量收集技术在能量收集装置结构设计上的典型运用,双稳态结构压电能量收集装置的应用性很强,压电能量收集装置采用双稳态结构不仅可以增加带宽,降低频率,还可以有效提高输出,增加能量转换效率。目前常见的双稳态能量采集器多为悬臂梁式结构，其缺点在于结构不够紧凑，而且应力集中容易损坏。针对此缺点设计了一种宽频带低频的振动能量采集装置具有较大的价值。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种结构紧凑，能有效的扩展带宽，实现宽频带低频的能量采集的宽频带低频的振动能量采集装置，其具体技术方案如下：

一种宽频带低频振动能量采集装置，包括底板、工作点调节装置、弹簧、弹性片簧、下卡槽、上卡槽、内永磁环、外永磁环、发电永磁体、线圈、第一支架和第二支架，所述工作点调节装置、第一支架分别与底板连接，所述弹簧的一端与工作点调节装置的顶部连接，另一端与下卡槽的底部连接，所述下卡槽通过下压紧环与内永磁环固定连接，所述上卡槽通过上压紧环与内永磁环固定连接，所述发电永磁体位于线圈内，并且发电永磁体通过连接杆与上卡槽固定连接，所述线圈通过第一固定框与第一支架固定连接，所述外永磁环通过第二固定框与第一支架固定连接，所述外永磁环套设于内永磁环外侧。

进一步的，所述工作点调节装置的两侧分别设有第二支架，所述第二支架与底板连接，所述上卡槽的两侧对称地连接有弹性片簧，所述上卡槽两侧的弹性片簧分别通过夹紧块与第二支架连接，所述下卡槽的两侧也对称地连接有弹性片簧，所述下卡槽两侧的弹性片簧也分别通过夹紧块与第二支架连接。

进一步的，所述外永磁环可以更换为不同高度的外永磁环。

进一步的，所述外永磁环与内永磁环的垂直方向为磁化方向，且外永磁环与内永磁环之间互斥。