CN103762908B - 一种实现能量采集器内共振的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现能量采集器内共振的方法，与传统的能量采集器相比，在能量采集器的动子上安装质量块-弹簧组机构。本发明方法通过加入可以产生内共振现象的质量块-弹簧组机构，将其与相对于腔体或基底有相对运动的永磁体连接在一起，使能量在不同的模态间相互转化，从而极大的提升了能量采集效率。并且通过设计成可变结构，可以满足多种工况下的不同要求。本发明易于实现，不改变能量采集器原有结构，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现能量采集器内共振的方法。
背景技术
面对日益严峻的能源危机，以及环境污染问题的日益凸显，寻找清洁能源变得越来越迫切，并受到各国的普遍关注。环境中普遍存在的机械振动能是一种清洁环保能源。能量采集器可以收集周围环境中的能量并转换成电能。然而，现有的能量采集器还存在着能量采集效率低，针对不同工况，结构比较单一，不能满足各种工况要求等问题。
发明内容
本发明提出一种实现能量采集器内共振的方法，目的在于解决现有能量采集器普遍存在的能量采集效率小、针对不同工况结构单一，无法满足多种工况下工作要求等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种实现能量采集器内共振的方法，其特征在于，在能量采集器的动子上安装质量块-弹簧组机构。
所述质量块-弹簧组机构中弹簧为螺旋形弹簧，弹簧数目为至少两个；弹簧一端连接质量块，另一端连接在能量采集器的动子上。
优选地，所述能量采集器为电磁式能量采集器，包括永磁体、腔体、线圈和悬浮磁铁，所述永磁体为环状圆柱体，对称安装于腔体的上下两端，所述永磁体的磁极均位于上下两个端面，上端为S极，下端为N极，所述线圈绕于腔体外壁上，线圈之间有绝缘材料，所述悬浮磁铁悬浮于上下两个永磁体之间，所述动子为悬浮磁铁；所述质量块-弹簧组机构包括弹簧和质量块，所述质量块为环状圆柱体，内圆半径大于腔体的外圆半径，所述质量块安装于线圈外侧，通过弹簧连接悬浮磁铁。
优选地，所述能量采集器为压电式能量采集器，包括永磁体、悬臂梁和附重块，所述附重块安装在悬臂梁的自由端下端面，所述永磁体为圆柱体，一个安装在悬臂梁的自由端上端面，一个安装在附重块下端面，另两个永磁体关于悬臂梁轴对称安装，所述四个永磁体的磁极均位于顶面和底面，从上向下的三个永磁体均为上端面N极，下端面S极，最下面的一个永磁体上端面S极，下端面N极；所述动子为安装在附重块下端面的永磁体；所述质量块-弹簧组机构包括弹簧和质量块，所述质量块为环状圆柱体，通过弹簧连接附重块下端面的永磁体。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明方法通过加入可以产生内共振现象的质量块-弹簧组结构，将其与相对于腔体或基底有相对运动的永磁体连接在一起，使能量在不同的模态间相互转化，从而极大的提升了能量采集效率。并且通过设计成可变结构，可以满足多种工况下的不同要求。本发明易于实现，不改变能量采集器原有结构，适用范围广。
附图说明
图1是本发明实施例1用于电磁式能量采集器的结构示意图。
图2是本发明实施例2用于压电式能量采集器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例做进一步的说明。
一种实现能量采集器内共振的方法，其特征在于，在能量采集器的动子上安装质量块-弹簧组机构。所述质量块-弹簧组机构中弹簧为螺旋形弹簧，弹簧数目为至少两个；弹簧一端连接质量块，另一端连接在能量采集器的动子上。
实施例1
如图1所示，所述能量采集器为电磁式能量采集器，包括永磁体1、腔体2、线圈3和悬浮磁铁4，所述永磁体1为环状圆柱体，对称安装于腔体2的上下两端，所述永磁体1的磁极均位于上下两个端面，上端为S极，下端为N极，所述线圈3绕于腔体2外壁上，线圈3之间有绝缘材料，所述悬浮磁铁4悬浮于上下两个永磁体1之间，悬浮磁铁4的磁极位于顶面和底面，上端为N极，下端为S极,所述动子为悬浮磁铁4；所述质量块-弹簧组机构包括弹簧5和质量块6，所述质量块6为环状圆柱体，内圆半径大于腔体2的外圆半径，所述质量块6安装于线圈3外侧，通过弹簧5连接悬浮磁铁4。
本发明方法应用于电磁式能量采集器中的工作原理：当能量采集器受到所处环境中的振动作用时，由于悬浮磁铁4受到上下两端永磁体1的斥力作用，将通过弹簧5，带动质量块6沿其中心轴线作上下方向的受迫振动，从而使得线圈3的磁通量发生变化。根据法拉第电磁感应定律，线圈3中会产生感应电流和感应电动势，从而将振动能量转化为电能。与传统的电磁式能量采集器相比，由于增加了弹簧5和质量块6，从而可以产生非线性振动过程中所特有的内共振现象，使能量在不同的模态间相互转化，极大的提升了能量采集效率。并且由于弹簧5的数目可以自由选择，从而适用于各种工况。
实施例2
如图2所示，所述能量采集器为压电式能量采集器，包括永磁体1、悬臂梁7和附重块8，所述附重块8安装在悬臂梁7的自由端下端面，所述永磁体1为圆柱体，一个安装在悬臂梁7的自由端上端面，一个安装在附重块8下端面，另两个永磁体1关于悬臂梁7轴对称安装，所述四个永磁体1的磁极均位于顶面和底面，从上向下的三个永磁体1均为上端面N极，下端面S极，最下面的一个永磁体1上端面S极，下端面N极；所述动子为安装在附重块8下端面的永磁体1；所述质量块-弹簧组机构包括弹簧5和质量块6，所述质量块6为环状圆柱体，通过弹簧5连接附重块8下端面的永磁体1。
本发明方法应用于压电式能量采集器中的工作原理：当能量采集器受到所处环境中的振动作用时，由于由压电材料制成的悬臂梁7受到上下两端永磁体1作用力以及悬臂梁7本身和附重块8的重力，在它们的共同作用下，将通过弹簧5，带动质量块6作上下方向的低频受迫振动，由于压电效应，产生电能，从而将振动能量转化为电能。与传统的压电式能量采集器相比，由于增加了弹簧5和质量块6，从而可以产生非线性振动过程中所特有的内共振现象，使能量在不同的模态间相互转化，极大的提升了能量采集效率。并且由于弹簧5的数目可以自由选择，从而适用于各种工况。
Claims (3)
1.一种实现能量采集器内共振的方法，其特征在于，在能量采集器的动子上安装质量块-弹簧组机构；所述能量采集器为电磁式能量采集器，包括永磁体（1）、腔体（2）、线圈（3）和悬浮磁铁（4），所述永磁体（1）为环状圆柱体，对称安装于腔体（2）的上下两端，所述永磁体（1）的磁极均位于上下两个端面，上端为S极，下端为N极，所述线圈（3）绕于腔体（2）外壁上，线圈（3）之间有绝缘材料，所述悬浮磁铁（4）悬浮于上下两个永磁体（1）之间，所述动子为悬浮磁铁（4）；所述质量块-弹簧组机构包括弹簧（5）和质量块（6），所述质量块（6）为环状圆柱体，内圆半径大于腔体（2）的外圆半径，所述质量块（6）安装于线圈（3）外侧，通过弹簧（5）连接悬浮磁铁（4）。
2.根据权利要求1所述的实现能量采集器内共振的方法，其特征在于，所述质量块-弹簧组机构中弹簧为螺旋形弹簧，弹簧数目为至少两个；弹簧一端连接质量块，另一端连接在能量采集器的动子上。
3.一种实现能量采集器内共振的方法，其特征在于在能量采集器的动子上安装质量块-弹簧组机构，所述能量采集器为压电式能量采集器，包括永磁体（1）、悬臂梁（7）和附重块（8），所述附重块（8）安装在悬臂梁（7）的自由端下端面，所述永磁体（1）为圆柱体，一个安装在悬臂梁（7）的自由端上端面，一个安装在附重块（8）下端面，另两个永磁体（1）关于悬臂梁（7）轴对称安装，四个永磁体（1）的磁极均位于顶面和底面，从上向下的三个永磁体（1）均为上端面N极，下端面S极，最下面的一个永磁体（1）上端面S极，下端面N极；所述动子为安装在附重块（8）下端面的永磁体（1）；所述质量块-弹簧组机构包括弹簧（5）和质量块（6），所述质量块（6）为环状圆柱体，通过弹簧（5）连接附重块（8）下端面的永磁体（1）。
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