本发明专利技术公开了一种差动电磁式振动能量采集装置，通过在底板上设置环形滑槽，由环形滑槽内的滚球感应所述底板受到的多方向振动后在环形滑槽内滚动，并通过滚球的滚动带动条形限位槽与椭圆轨道的相对位置发生变化，使得所述条形限位槽内的线圈和磁铁的相对位置也随之发生变化，在二者运动过程中，根据法拉第电磁感应定律，线圈会切割磁感线产生电流，实现任意平面内多方向振动能到电能的转化；同时，每当条形限位槽与椭圆轨道的相对位置发生一定的变化，条形限位槽内的线圈和磁铁就会同时朝向/背离条形限位槽中心移动，把任意平面内的多方向振动源通过滚球转化为对电磁式能量转化装置的差动冲击，从而将微能量放大，显著的提高了振动能量的采集效率。的提高了振动能量的采集效率。
【技术实现步骤摘要】
一种差动电磁式振动能量采集装置
[0001]本专利技术涉及微能量采集
，尤其是涉及一种差动电磁式振动能量采集装置。
[0002]
技术介绍
[0003]近年来，随着微电子技术、无线通信技术的快速发展，无线传感网络被应用于环境与生态监测、健康监护、家庭自动化以及交通控制等领域，受到了人们的广泛关注。然而，传统基于化学电池的供电方式具有寿命短、更换难、成本高等局限性，供电问题已成为无线传感网络大规模应用的一大障碍。振动在环境中无处不在，采集环境中的振动能并将其转化为电能，从而代替传统电源为无线传感网络供电已成为该领域的研究热点。目前，环境振动能量的采集方式有静电式、电磁式、压电式等。
[0004]在实际应用中，环境振动源具有不稳定性、随机性，存在一定频带宽度的同时，还具有多方向性；当振动源的频率和振动方向与能量收集器装置不匹配时，能量收集器装置的输出能量会急剧减少，收集效率低，从而限制了能量收集器在复杂多变振动环境中的应用。同时，现有的振动能量采集装置大多存在能量转换效率低等问题，在多方向振动微能量的环境中无法有效的实现能量采集。
[0005]
技术实现思路
[0006]本专利技术目的在于解决现有的振动能量采集装置无法高效地采集任意平面内的多方向振动微能量的问题，专利技术了一种可以将多方向振动微能量差动放大后进行采集的能量采集装置，通过本专利技术装置，可高效率地实现任意平面内的多方向振动微能量的采集。
[0007]本专利技术通过如下技术方案来解决上述存在的技术问题：一种差动电磁式振动能量采集装置，包括：底板，所述底板的上表面设有环形滑槽，条形限位槽和椭圆轨道，所述环形滑槽固定设置在所述底板上，所述条形限位槽和所述椭圆轨道其中一者固定设置，另一者活动设置，且所述条形限位槽与所述环形滑槽的中心轴垂直相交，所述椭圆轨道的中心轴与所述环形滑槽的中心轴重合；电磁式能量转化装置，包括设置在所述条形限位槽内、可沿所述条形限位槽的长度方向移动的线圈和磁铁，所述线圈和所述磁铁分别位于所述条形限位槽的两端，且所述线圈和所述磁铁的一端为可活动连接在所述椭圆轨道上的连接端，另一端为自由端，所述线圈与所述磁铁的自由端相对，所述线圈/所述磁铁的长度小于所述椭圆轨道短轴的长度；滚球，所述滚球位于所述环形滑槽内，且所述滚球与所述条形限位槽和所述椭圆轨道中活动设置的一者连接；当所述底板受到多方向振动时，所述滚球在所述环形滑槽内滚动，带动所述条形
限位槽和所述椭圆轨道中活动设置的一者转动，使得所述线圈和所述磁铁同时朝向/背离所述条形限位槽的中心移动，产生电能。
[0008]本专利技术提出的一种差动电磁式振动能量采集装置，通过在底板上设置环形滑槽，由环形滑槽内的滚球感应所述底板受到的多方向振动后在环形滑槽内滚动，并通过滚球的滚动带动条形限位槽与椭圆轨道的相对位置发生变化，使得所述条形限位槽内的线圈和磁铁的相对位置也随之发生变化，在二者运动过程中，根据法拉第电磁感应定律，线圈会切割磁感线产生电流，实现任意平面内多方向振动能到电能的转化；同时，每当条形限位槽与椭圆轨道的相对位置发生一定的变化，条形限位槽内的线圈和磁铁就会同时朝向/背离条形限位槽中心移动，把任意平面内的多方向振动源通过滚球转化为对电磁式能量转化装置的差动冲击，从而将微能量放大，显著的提高了振动能量的采集效率，相比于现有技术中，仅将磁铁或线圈其中一个固定，另一个作相对运动的电磁式能量转化结构，本专利技术中切割磁感线的速度提高了一倍。
[0009]值得一提的是，本专利技术中所描述的，所述条形限位槽和所述椭圆轨道其中一者固定设置，另一者活动设置，其中，固定设置是指相对于所述底板固定设置，活动设置是指相对于所述底板活动设置。关于所述滚球的材质，可以是金属，也可以是非金属，本专利技术不做限定。关于所述滚球与所述条形限位槽和所述椭圆轨道中活动设置的一者连接，其连接方式可以为弹性连接，也可以为刚性连接，根据实际使用需求而定，本专利技术不做限定。另外，考虑到实际使用中该差动电磁式振动能量采集装置可单独使用，也可能被集成到其中装置上联合使用，关于所述条形限位槽和所述椭圆轨道的长短关系未做限定，只要满足当所述条形限位槽与所述椭圆轨道其中一者固定时，另一者可在所述滚球的带动下绕所述环形滑槽的中心轴任意转动。
[0010]在一较佳实施例中：所述线圈和所述磁铁之间在处于最大相对距离时，所述磁铁至少部分位于所述线圈外，且所述线圈和所述磁铁不脱离所述条形限位槽，在处于最小相对距离时，所述磁铁至少部分位于所述线圈内。如此设置，使得所述线圈在移动过程中能够切割磁感线，保证了电磁转化效率。
[0011]进一步的，所述环形滑槽包括内环侧壁、底壁和外环侧壁，所述条形限位槽位于所述内环侧壁合围的区域内，所述条形限位槽的长度不大于所述环形滑槽的内环直径。
[0012]进一步的，所述椭圆轨道设置在所述环形滑槽的内环侧壁或外环侧壁上，或者所述椭圆轨道设置在所述环形滑槽外环侧壁之外的所述底板上。所述椭圆轨道通过连接端连接在所述环形滑槽或所述底板上。当所述椭圆轨道固定设置时，所述连接端设置为固定连接端，当所述椭圆轨道活动设置时，所述连接端设置为活动连接端。值得一提的是，当该差动电磁式振动能量采集装置集成到其他装置上联合使用时，所述椭圆轨道还有其他易于想到的连接位置。
[0013]在一较佳实施例中：所述条形限位槽活动设置，所述椭圆轨道固定设置，当所述滚球在所述环形滑槽内滚动时，带动所述条形限位槽绕所述环形滑槽的中心轴转动。根据该设计方案，所述条形限位槽相对于所述底板活动设置，而所述椭圆轨道固定不动，所述滚球与所述条形限位槽连接，当所述滚球在所述环形滑槽内滚动时，带动所述条形限位槽绕所述环形滑槽的中心轴转动，使得所述条形限位槽内的所述线圈和所述磁铁在随着所述条形限位槽转动的同时沿着所述椭圆轨道滑动，即所述线圈和所述磁铁同时朝向/背离条形限
位槽中心运动，实现多方向振动微能量的差动采集。
[0014]进一步的，所述条形限位槽与所述底板轴连接，且连接轴与所述椭圆轨道的中心轴重合。由于所述滚球与所述条形限位槽相连，当所述滚球感应所述底板的多方向振动而在所述环形滑槽内滚动时，带动所述条形限位槽绕连接轴转动，从而使得所述条形限位槽与所述椭圆轨道的相对位置发生变化。
[0015]进一步的，所述环形滑槽的内环/外环侧壁上设有第一环形槽，或者所述底板设有与所述环形滑槽同心设置的第一环形槽，所述条形限位槽上设有第一连接件，所述第一连接件活动连接在所述第一环形槽内。具体的，所述条形限位槽两端分别设有第一连接件，所述环形滑槽内环侧壁的外侧周向设有第一环形槽，第一连接件活动设置在第一环形槽内，第一连接件可以为滑动件、滚动件等，从而使得所述条形限位槽在所述滚球的带动下可绕所述环形滑槽的中心轴转动，且不会影响所述滚球在所述环形滑槽内的滚动。或者，所述条形限位槽的底壁外侧设有第一连接件，所述环形滑槽内环/外环侧壁的顶部周向设有第一环形槽，或所述底板设有与所述环形滑槽同心设置的第一环形槽，第一连接件设置在第一环形槽内，第一连接件可以为滑动件、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种差动电磁式振动能量采集装置，其特征在于，包括：底板，所述底板的上表面设有环形滑槽，条形限位槽和椭圆轨道，所述环形滑槽固定设置在所述底板上，所述条形限位槽和所述椭圆轨道其中一者固定设置，另一者活动设置，且所述条形限位槽与所述环形滑槽的中心轴垂直相交，所述椭圆轨道的中心轴与所述环形滑槽的中心轴重合；电磁式能量转化装置，包括设置在所述条形限位槽内、可沿所述条形限位槽的长度方向移动的线圈和磁铁，所述线圈和所述磁铁分别位于所述条形限位槽的两端，且所述线圈和所述磁铁的一端为可活动连接在所述椭圆轨道上的连接端，另一端为自由端，所述线圈与所述磁铁的自由端相对，所述线圈/所述磁铁的长度小于所述椭圆轨道短轴的长度；滚球，所述滚球位于所述环形滑槽内，且所述滚球与所述条形限位槽和所述椭圆轨道中活动设置的一者连接；当所述底板受到多方向振动时，所述滚球在所述环形滑槽内滚动，带动所述条形限位槽和所述椭圆轨道中活动设置的一者转动，使得所述线圈和所述磁铁同时朝向/背离所述条形限位槽的中心移动，产生电能。2.根据权利要求1所述的差动电磁式振动能量采集装置，其特征在于，所述线圈和所述磁铁之间在处于最大相对距离时，所述磁铁至少部分位于所述线圈外，且所述线圈和所述磁铁不脱离所述条形限位槽，在处于最小相对距离时，所述磁铁至少部分位于所述线圈内。3.根据权利要求2所述的差动电磁式振动能量采集装置，其特征在于，所述环形滑槽包括内环侧壁、底壁和外环侧壁，所述条形限位槽位于所述内环侧壁合围的区域内，所述条形限位槽的长度不大于所述环形滑槽的内...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾生尧，施阁，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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