[发明专利]一种双向振动能量收集装置

说明书

本发明涉及一种双向振动能量收集装置，包括底座、支撑立柱、套环、支撑弹簧、联动弹簧、能量转换悬臂梁、顶座和导向杆，支撑立柱安装于底座之上，套环套设于支撑立柱之外，套环沿支撑立柱的轴向活动；数根导向杆竖直安装于顶座之下，导向杆与支撑弹簧一一对应，支撑弹簧套设于导向杆之外，支撑弹簧的顶端与顶座连接，支撑弹簧的底端与套环连接，导向杆的底端贯穿至套环之下且活动配合；联动弹簧与能量转换悬臂梁一一对应，联动弹簧的顶端连接至套环，联动弹簧的底端与能量转换悬臂梁的一端连接，能量转换悬臂梁的另一端连接至底座，以使联动弹簧与能量转换悬臂梁联动，通过能量转换悬臂梁将机械能转换为电能。本发明实现双向能量收集。

技术领域

本发明属于能量转换技术领域，具体涉及一种双向振动能量收集装置。

背景技术

近年来，环境中的振动能量采集技术备受关注，该采集技术能够使无电池的无线电子设备的正常运行，将振动引起的环境机械能转化为电能。实际上，来自任何地方的机械振动能量都可采集。天然或人造振动都是有用的机械能源，但在这些环境下振动频率通常很低，相反应力变化可以非常高，通过磁性材料提供的强磁力耦合将能量转换为电能，这种方法可以克服一些电线布线或更换电池等困难，它降低了安装维护成本，却仍然保持了高坚固性和紧凑性。

对于振动能量收集设备，压电材料已经成功应用，然而它们表现出一些局限性，因为去极化效应使其能量密度相对较低，这可以通过使用磁致伸缩材料来解决。大磁致伸缩材料(Galfenol)是一种新型的智能材料，具有优越的机磁耦合特性、抗应力冲击能力强、机磁耦合系数大、高功率密度、压磁感应灵敏且速度快、负载能力强、可靠性高等特点，适合用于振动能量采集平台中人类行走所产生振动能量的收集。因此，开展基于超磁致伸缩材料的振动能量采集技术研究，促进新型高效振动能量采集平台的开发，具有重要的科学研究意义和应用前景。

大磁致伸缩材料Galfenol是一种智能材料，可实现能量的机械能与磁能双向可逆转换。在以Galfenol材料为基础的振动能量收集装置中，可以弥补传统微器件中的供能方式不足。磁致伸缩式振动能量收集装置是基于磁致伸缩材料的维拉里效应将机械振动能转化为磁能、再转化为电能。磁致伸缩材料的维拉里效应，也称为压磁效应，即Galfenol材料受到应力发生弯曲变形时，周期性的弯曲变形引起材料内部的磁通密度发生改变的现象。当磁致伸缩材料受到外力的作用时，磁化状态发生改变，基于电磁感应定律，变化的磁场在感应线圈中产生感应电流，从而实现将机械能先转换成磁能，再将磁能转换为电能。

利用压电材料能够把任何形式的振动能转换成电能，而且与电磁式和静电式的振动能量收集方式相比，此方式的力电转换性能好、无需额外电源、获得的能量密度高，因此在能量工程、智能器件、信息技术等方面都得到了广泛的应用。压电式振动能量收集装置的机理是基于压电材料的正压电效应把机械振动能转换为电能。当受到某固定方向外力作用时，压电材料会产生形变，内部产生电极化现象，同时在两个表面上产生等量异号的电荷，电荷的面密度与所受外力的大小成正比，当外力撤去后，又恢复到不带电的状态，当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变，由此将机械振动能转换为电能。

基于此，有必要开发一种新型的振动能量收集装置。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种双向振动能量收集装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：