[发明专利]基于非对称-双平面弹簧的宽范围振动能量收集器

说明书

本发明提供一种基于非对称‑双平面弹簧的宽范围振动能量收集器，包括外壳、置于外壳内部的连接件、永磁铁、安装于连接件的第一平面弹簧、第二平面弹簧，第一平面弹簧、第二平面弹簧通过连接件固定于永磁铁，外壳上对应永磁铁位置绕设有线圈，所述第一平面弹簧、第二平面弹簧为非对称‑双平面弹簧结构，具有不同弹性系数，外界振动作用到收集器时，第一平面弹簧、第二平面弹簧振动带动永磁铁上下运动，与固定在外壳上的线圈产生相对位移。本发明采取非对称结构使收集器具有不同的振动模态来实现宽带宽，结构简单，装配难度低；且其采取非对称结构，运动模态多样，收集频带宽，该能量收集器能够收集两个谐振点下的振动能量。

技术领域

本发明涉及微能量收集领域，具体是一种基于非对称-双平面弹簧的宽范围振动能量收集器。

背景技术

随着物联网的快速发展，越来越多的无线传感器网络和低功耗电子设备得到广泛应用。目前，给这些电子设备供电以传统的化学电池为主，而定期地维护设备，更换电池会耗费大量的人力和物力，除此之外，化学电池还会污染环境。低功耗电子设备工作地环境中存在着可被利用的能量，如太阳能、风能、热能、振动能等。振动能有着不受环境限制、分布广泛的优点，若能将这些振动能量收集起来，实现电子设备的自供电，进而取代化学电池，将从根本上解决化学电池带来的问题。

目前常见的能量收集器仅工作在单一谐振点，而环境中的振动大都不是单一频率的振动，其频率成分分布在一个较宽的频带内，为了充分采集环境中的振动能量，要求振动能量收集器具有宽频振动采集性能。

申请公布号为CN111130296 A的发明专利公开了一种电磁式振动能量收集器。该收集器通过连接在永磁体上下表面的两个对称结构的平面弹簧带动永磁体振动，平面弹簧的结构为四条蛇形悬臂梁和矩形弹性平台，每段悬臂梁分别连接弹性平台和硅衬底的边框。该收集器通过永磁体和铁芯之间的非线性吸引力使振子的振动具有典型的非线性效应从而拓宽系统的输出宽带，提高输出功率。但是该收集器结构较复杂，装配工艺要求高。

申请公布号为CN111245295 A的发明专利公开了一种电磁式振动能量收集器。该收集器有上下两个底板，上底板四周连接有四个结构相同的平面弹簧，中间放置蛇形线圈，下底板中心放置阵列磁铁。在外界激励条件下，平面弹簧带动蛇形线圈在水平方向产生运动，使线圈切割磁铁阵列产生的磁感线，从而在蛇形线圈两端产生感应电动势。该收集器的弹簧为四个相同的对称弹簧，导致运动模式单一，收集频带窄。

发明内容

本发明针对单谐振点振动能量收集器收集范围的不足，提出了一种基于非对称-双平面弹簧的宽范围振动能量收集器，其采取非对称结构使收集器具有不同的振动模态来实现宽带宽，结构简单，装配难度低；且其采取非对称结构，运动模态多样，收集频带宽，该能量收集器能够收集两个谐振点下的振动能量。

一种基于非对称-双平面弹簧的宽范围振动能量收集器，包括外壳、置于外壳内部的连接件、永磁铁、安装于连接件的第一平面弹簧、第二平面弹簧，第一平面弹簧、第二平面弹簧通过连接件固定于永磁铁，外壳上对应永磁铁位置绕设有线圈，所述第一平面弹簧、第二平面弹簧为非对称-双平面弹簧结构，具有不同弹性系数，外界振动作用到收集器时，第一平面弹簧、第二平面弹簧振动带动永磁铁上下运动，与固定在外壳上的线圈产生相对位移。

进一步的，外壳的顶部对应第一平面弹簧、第二平面弹簧开设有两个凹槽，第一平面弹簧、第二平面弹簧分别放置在外壳顶部的两个凹槽内。

进一步的，由第一平面弹簧和第二平面弹簧组成的平面弹簧组合可分别加工，也可一体化加工。

进一步的，外壳对应永磁铁位置的侧壁环绕设有绕线槽，线圈绕制在外壳的绕线槽内。

进一步的，所述第一平面弹簧、第二平面弹簧为具有相同横梁个数，不同横梁厚度的弹簧组合。

进一步的，所述第一平面弹簧、第二平面弹簧为具有相同横梁厚度，不同横梁个数的弹簧组合。