一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器。采集器本體從上到下分別為上端板、上質(zhì)量塊、磁致伸縮材料、下質(zhì)量塊、碟簧、旋緊螺釘、下端板，其中下質(zhì)量塊與旋緊螺釘配合用于定位碟簧，采集器本體由內(nèi)到外分別為磁致伸縮材料、拾取線圈、帽狀放大結(jié)構(gòu)、氣隙、永磁體、側(cè)端板，帽狀放大結(jié)構(gòu)的上、下端分別固定在上端板與下端板的卡槽內(nèi)，永磁體粘貼在帽狀放大結(jié)構(gòu)的外表面，永磁體端面粘接在側(cè)端板內(nèi)；上端板側(cè)面與側(cè)端板間存在氣隙。本實用新型裝置組裝部件少，機電能量轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，可實現(xiàn)雙向、寬頻帶振動能量的采集，適用于高負載、大應(yīng)力沖擊等復雜環(huán)境下振動能量的采集。
【專利說明】一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，具體涉及一種適用于寬頻帶振動、大應(yīng)力沖擊環(huán)境下的軸向/徑向雙向磁致伸縮式能量采集器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線傳感器在傳感器網(wǎng)絡(luò)和微機電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，具有使用壽命短、維護費用高、不易于更換、污染環(huán)境等缺點的傳統(tǒng)電池，已難以滿足其供電需求。如何高效的從環(huán)境中采集能量，實現(xiàn)無線傳感器的自供能技術(shù)，是近年來國內(nèi)外學者研究的熱點問題。振動能量以其存在的普遍性、能量密度高等特點被研究者青睞。同時，振動能量采集器的低成本、小體積結(jié)構(gòu)、長壽命、易集成、不需更換或充電等優(yōu)點，特別適合為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電，對解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中化學電池的更換和傳感器的自供能意義重大。
[0003]目前的振動能量采集器一般采用壓電材料來設(shè)計制作，具有結(jié)構(gòu)體積小，便于集成化的特點，但其不易于工作在大應(yīng)力沖擊、高負載等復雜多變環(huán)境中，且其輸出電功率依舊較小。磁致伸縮材料本身具有非常優(yōu)越的壓磁特性，材料的機磁耦合系數(shù)大、負載能力強、能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，特別適合于新型振動能量采集裝置的應(yīng)用開發(fā)。
[0004]針對現(xiàn)有的振動能量采集器工作頻帶窄、輸出功率較小、不易于工作在負載環(huán)境中的問題，探索及開發(fā)一種具有寬頻帶、大功率、高性能振動能量采集器，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中自供能技術(shù)的供電性能、使用壽命及系統(tǒng)穩(wěn)定性提供保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器。
[0006]雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器包括上端板、上質(zhì)量塊、磁致伸縮材料、下質(zhì)量塊、碟簧、旋緊螺釘、下端板、拾取線圈、帽狀放大結(jié)構(gòu)、氣隙、永磁體、側(cè)端板；采集器本體從上到下分別為上端板、上質(zhì)量塊、磁致伸縮材料、下質(zhì)量塊、碟簧、旋緊螺釘、下端板，其中下質(zhì)量塊與旋緊螺釘配合用于定位碟簧，通過旋轉(zhuǎn)旋緊螺釘以擠壓碟簧可調(diào)節(jié)裝置工作的預(yù)壓應(yīng)力；采集器本體由內(nèi)到外分別為磁致伸縮材料、拾取線圈、帽狀放大結(jié)構(gòu)、氣隙、永磁體、側(cè)端板，其中拾取線圈均勻繞制在磁致伸縮材料的表面，帽狀放大結(jié)構(gòu)的上、下端分別固定在上端板與下端板的卡槽內(nèi)，永磁體粘貼在帽狀放大結(jié)構(gòu)的外表面，永磁體端面粘接在側(cè)端板內(nèi)；上端板側(cè)面與側(cè)端板間存在氣隙。
[0007]所述的帽狀放大結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為不導磁的黃銅合金。所述的上端板、上質(zhì)量塊、下質(zhì)量塊、旋緊螺釘、下端板和側(cè)端板的材質(zhì)均采用高導磁特性的10號鋼。所述的永磁體材質(zhì)為釹鐵硼永磁材料，采用軸向方向充磁。所述的下質(zhì)量塊與旋緊螺釘為間隙配合，下質(zhì)量塊采用階梯式結(jié)構(gòu)。所述的旋緊螺釘與下端板之間的螺紋螺距配合為1_。所述的下端板與側(cè)端板間為相互獨立的兩體結(jié)構(gòu)，側(cè)端板的下端面與下端板間無間隙。所述的下質(zhì)量塊下端面與旋緊螺釘凹槽面間具有4-5mm的結(jié)構(gòu)調(diào)整間距。所述的上端板側(cè)面與側(cè)端板間的氣隙長度為2-3mm。
[0008]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0009]I)本實用新型采用磁致伸縮材料的壓磁原理與電磁原理相結(jié)合，通過裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可實現(xiàn)環(huán)境壓應(yīng)力作用下磁致伸縮材料3內(nèi)壓應(yīng)力和磁場強度的同時改變，大大提高環(huán)境能量的采集及轉(zhuǎn)換效率，且有利于拓展所采集環(huán)境能量的頻帶寬度，具有寬頻帶、大功率電能輸出的能量采集特點。
[0010]2)本實用新型采用帽狀放大結(jié)構(gòu)9與氣隙10配合設(shè)計，可實現(xiàn)軸向和徑向雙方向環(huán)境振動能量的單獨采集，便于滿足不同環(huán)境振幅及頻率的采集需求；采用磁致伸縮材料來進行能量提取，可工作在較大的應(yīng)力負載及沖擊振動環(huán)境中；旋轉(zhuǎn)旋緊螺釘6以擠壓碟簧5，可實現(xiàn)裝置預(yù)壓應(yīng)力的調(diào)整，有利于環(huán)境振動能量的高效采集及機電能量的高效轉(zhuǎn)換，能量采集器具有雙向、高性能、高可靠性的特點。
[0011]3)本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，組裝部件少，能量采集效率高，穩(wěn)定性好，適用于復雜環(huán)境下寬頻帶、寬幅值、瞬時沖擊振動能量的采集，可滿足自供能技術(shù)中大功率電能輸入的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0013]如圖1所示,雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器包括上端板1、上質(zhì)量塊2、磁致伸縮材料3、下質(zhì)量塊4、碟簧5、旋緊螺釘6、下端板7、拾取線圈8、帽狀放大結(jié)構(gòu)9、氣隙10、永磁體11、側(cè)端板12 ;采集器本體從上到下分別為上端板1、上質(zhì)量塊2、磁致伸縮材料3、下質(zhì)量塊4、碟簧5、旋緊螺釘6、下端板7，其中下質(zhì)量塊4與旋緊螺釘6配合用于定位碟簧5，通過旋轉(zhuǎn)旋緊螺釘6以擠壓碟簧5可調(diào)節(jié)裝置工作的預(yù)壓應(yīng)力；采集器本體由內(nèi)到外分別為磁致伸縮材料3、拾取線圈8、帽狀放大結(jié)構(gòu)9、氣隙10、永磁體11、側(cè)端板12，其中拾取線圈8均勻繞制在磁致伸縮材料3的表面，帽狀放大結(jié)構(gòu)9的上、下端分別固定在上端板I與下端板7的卡槽內(nèi)，永磁體11粘貼在帽狀放大結(jié)構(gòu)9的外表面，永磁體端面粘接在側(cè)端板12內(nèi)；上端板I側(cè)面與側(cè)端板12間存在氣隙10。
[0014]所述的帽狀放大結(jié)構(gòu)9的材質(zhì)為不導磁的黃銅合金。所述的上端板1、上質(zhì)量塊2、下質(zhì)量塊4、旋緊螺釘6、下端板7和側(cè)端板12的材質(zhì)均采用高導磁特性的10號鋼。所述的永磁體11材質(zhì)為釹鐵硼永磁材料，米用軸向方向充磁。所述的下質(zhì)量塊4與旋緊螺釘6為間隙配合，下質(zhì)量塊4采用階梯式結(jié)構(gòu)。所述的旋緊螺釘6與下端板7之間的螺紋螺距配合為1mm。所述的下端板7與側(cè)端板12間為相互獨立的兩體結(jié)構(gòu)，側(cè)端板12的下端面與下端板7間無間隙。所述的下質(zhì)量塊4下端面與旋緊螺釘6凹槽面間具有4-5mm的結(jié)構(gòu)調(diào)整間距。所述的上端板I側(cè)面與側(cè)端板12間的氣隙10長度為2-3mm。
[0015]本實用新型的工作過程如下:旋轉(zhuǎn)旋緊螺釘6擠壓碟簧5，調(diào)整采集器工作時的預(yù)壓應(yīng)力，將采集器放置于環(huán)境中，軸向或徑向環(huán)境應(yīng)力載荷的作用，將使帽狀放大結(jié)構(gòu)9產(chǎn)生結(jié)構(gòu)形變，這一變形使得環(huán)境應(yīng)力作用在磁致伸縮材料上，導致磁致伸縮材料內(nèi)產(chǎn)生壓磁效應(yīng)，進而產(chǎn)生發(fā)電效果，同時，帽狀放大結(jié)構(gòu)9的變形還將使得采集器中氣隙10的長度發(fā)生改變，進而改變磁致伸縮材料內(nèi)的磁場強度，產(chǎn)生電磁發(fā)電的效果，兩部分發(fā)電效果的疊加能實現(xiàn)采集器高性能的振動能量采集。
【權(quán)利要求】
1.一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于包括上端板(I)、上質(zhì)量塊(2)、磁致伸縮材料(3)、下質(zhì)量塊(4)、碟簧(5)、旋緊螺釘(6)、下端板(7)、拾取線圈(8)、帽狀放大結(jié)構(gòu)(9)、氣隙(10)、永磁體(11)、側(cè)端板(12);采集器本體從上到下分別為上端板(I)、上質(zhì)量塊(2)、磁致伸縮材料(3)、下質(zhì)量塊(4)、碟簧(5)、旋緊螺釘(6)、下端板(7)，其中下質(zhì)量塊(4)與旋緊螺釘(6)配合用于定位碟簧(5)，通過旋轉(zhuǎn)旋緊螺釘(6)以擠壓碟簧(5)可調(diào)節(jié)裝置工作的預(yù)壓應(yīng)力；采集器本體由內(nèi)到外分別為磁致伸縮材料(3)、拾取線圈(8)、帽狀放大結(jié)構(gòu)(9)、氣隙(10)、永磁體(11)、側(cè)端板(12)，其中拾取線圈(8)均勻繞制在磁致伸縮材料(3)的表面，帽狀放大結(jié)構(gòu)(9)的上、下端分別固定在上端板(I)與下端板(7 )的卡槽內(nèi)，永磁體(11)粘貼在帽狀放大結(jié)構(gòu)(9 )的外表面，永磁體端面粘接在側(cè)端板(12)內(nèi);上端板(I)側(cè)面與側(cè)端板(12)間存在氣隙(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的帽狀放大結(jié)構(gòu)(9)的材質(zhì)為不導磁的黃銅合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的上端板(I)、上質(zhì)量塊(2)、下質(zhì)量塊(4)、旋緊螺釘(6)、下端板(7)和側(cè)端板(12)的材質(zhì)均采用高導磁特性的10號鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的永磁體(11)材質(zhì)為釹鐵硼永磁材料，米用軸向方向充磁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的下質(zhì)量塊(4)與旋緊螺釘(6)為間隙配合，下質(zhì)量塊(4)采用階梯式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的旋緊螺釘(6)與下端板(7)之間的螺紋螺距配合為1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的下端板(7)與側(cè)端板(12)間為相互獨立的兩體結(jié)構(gòu)，側(cè)端板(12)的下端面與下端板(7)間無間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的下質(zhì)量塊(4)下端面與旋緊螺釘(6)凹槽面間具有4-5mm的結(jié)構(gòu)調(diào)整間距。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向磁致伸縮式寬頻振動能量采集器，其特征在于:所述的上端板(I)側(cè)面與側(cè)端板(12)間的氣隙(10)長度為2-3mm。
【文檔編號】H02K35/02GK204068761SQ201420402138
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】嚴柏平, 張成明, 李立毅, 唐志峰, 呂福在 申請人:浙江大學