一种基于磁通密度突变的平面能量收集器
阅读说明：本技术 一种基于磁通密度突变的平面能量收集器 (Plane energy collector based on magnetic flux density abrupt change ) 是由 彭艳 张兰 李忠杰 罗均 谢少荣 蒲华燕 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于磁通密度突变的平面能量收集器,包括外壳、线圈阵列一、线圈阵列二和磁铁阵列,所述线圈阵列一和所述线圈阵列二均由多个串联连接的线圈构成,所述线圈阵列一和所述线圈阵列二串联连接,所述线圈阵列一设置于所述外壳的壳盖上,所述线圈阵列二设置于所述外壳的壳底座内,所述磁铁阵列由多个小磁铁构成,所述磁铁阵列设置于所述线圈阵列一和所述线圈阵列二之间,且所述磁铁阵列的两端与所述壳底座的两个端板通过弹簧连接；本发明可以充分吸收环境中的振动能并将其转换为电能,完全无需外部功能,且还具备整体结构简单、小体积、低功耗、便携的优点。(The invention discloses a plane energy collector based on magnetic flux density mutation, which comprises a shell, a first coil array, a second coil array and a magnet array, wherein the first coil array and the second coil array are both formed by a plurality of coils connected in series; the invention can fully absorb the vibration energy in the environment and convert the vibration energy into electric energy, does not need external functions at all, and has the advantages of simple integral structure, small volume, low power consumption and portability.)
技术领域
本发明涉及能量收集装置技术领域，特别是涉及一种基于磁通密度突变的平面能量收集器。
背景技术
随着科学技术的不断发展，人们对于能源的需求和依赖与日俱增。近年来，利用传统的化石燃料发电暴露出越来越多的问题，比如空气污染，温室气体的大量排放以及燃料废弃物处理困难等。特别是，随着微机电技术和电子产业的迅猛发展，无线电子设备的体积也逐渐微型化。能量供应制约着无线电子设备的发展。常用的电池供电的方法存在很多弊端，电池虽然能够提供足够的能量，但是其使用寿命短，需要定期更换，且废弃电池难以回收处理。
为了解决这些问题，科研人员在探索利用环境振动发电来替代传统的化石燃料发电，目前常见的能量收集机制包括电磁式，摩擦电式，磁致伸缩式和压电式。目前常见的能量收集装置普遍存在结构度杂，体积大的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁通密度突变的平面能量收集器，以解决上述现有技术存在的问题，可以充分吸收环境中的振动能并将其转换为电能，完全无需外部功能，且还具备整体结构简单、小体积、低功耗、便携的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于磁通密度突变的平面能量收集器，包括外壳、线圈阵列一、线圈阵列二和磁铁阵列，所述线圈阵列一和所述线圈阵列二均由多个串联连接的线圈构成，所述线圈阵列一和所述线圈阵列二串联连接，所述线圈阵列一设置于所述外壳的壳盖上，所述线圈阵列二设置于所述外壳的壳底座，所述磁铁阵列由多个小磁铁构成，所述磁铁阵列设置于所述线圈阵列一和所述线圈阵列二之间，且所述磁铁阵列的两端与所述壳底座的两个端板通过弹簧连接。
优选地，所述线圈阵列一和所述线圈阵列二均由16个线圈呈矩形排列而成，且所述线圈阵列一和所述线圈阵列二的各个线圈分别由线柱固定在所述外壳的壳盖和壳底座上。
优选地，所述壳盖上设置有穿线孔一和穿线孔二，所述线圈阵列一的各个线圈的两个线头分别由所述穿线孔一和所述穿线孔二穿出所述外壳并串联连接。
优选地，所述壳底座上设置有穿线孔三和穿线孔四，所述线圈阵列二的各个线圈的两个线头分别由所述穿线孔三和所述穿线孔四穿出所述外壳并串联连接。
优选地，所述壳盖的底部设置有两个限位销，所述壳底座的上端板外凸，所述壳底座的下端板上设置有与两个限位销相对的限位孔，所述壳盖的顶端位于所述壳底座的上端板的底部，且通过螺钉连接，所述壳盖的底端则通过限位销插入所述限位孔内，实现与所述壳底座的限位连接。
优选地，所述磁铁阵列由16个立方体小磁铁按照N极和S极交替的方式进行排布而成，所述磁铁阵列设置于磁铁支架内，两个弹簧的一端固定所述磁铁支架上下端设置的弹簧固定槽内，两个弹簧的另一端固定在所述壳底座的上端板和下端板内侧设置的弹簧固定槽内。
优选地，所述壳底座的两侧板的内侧设置有滑道，所述滑道顶部侧壁上设置有多个滚珠孔一，所述滑道底部侧壁上设置有多个滚珠孔二，所述滚珠孔一和所述滚珠孔二内设置有滚珠，所述磁铁支架的两侧与所述滑道滚动连接。
优选地，所述滚珠为氮化硅滚珠。
优选地，所述磁铁支架与所述外壳的间隙中设置有润滑油。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明提供的基于磁通密度突变的平面能量收集器，完全实现了系统自供能，从环境中的振动中吸收能量，利用电磁转换机制，将振动能转化为电能。
2、本发明提供的基于磁通密度突变的平面能量收集器，主要由一个磁铁阵列，两个线圈阵列，以及上下两个外壳组成，结构简单，体积小，易于制造。
3、本发明提供的基于磁通密度突变的平面能量收集器，采用滚珠将磁铁支架与外壳间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，并在磁铁支架与外壳的间隙中添加润滑油，进一步减小摩擦，减小了能量耗散，提高了该装置的能量转换效率。
4、本发明提供的基于磁通密度突变的平面能量收集器，使用正方体磁铁，并采用N极和S极交替的排布方式，显著增大了磁通量的变化率，提高了该装置的发电能力。
5、本发明提供的基于磁通密度突变的平面能量收集器，使用分散的小块磁铁代替等体积的大块磁铁，增多了磁铁的边缘数目，因为磁铁边缘处磁通密度变化最大，因此采用这种方式，可以增加通过线圈的磁通密度突变次数，进而提高装置的发电能力。
6、本发明提供的基于磁通密度突变的平面能量收集器，使用钛合金线柱固定线圈，钛合金优良的导磁性，可以提高该装置的发电能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中基于磁通密度突变的平面能量收集器的立体结构示意图；
图2为图1的爆炸视图；
图3为本发明中壳盖的正视图；
图4为本发明中壳盖的立体结构视图；
图5为本发明中磁铁阵列的结构示意图；
图6为本发明中壳底座的正视图；
图7为本发明中壳底座的立体结构视图；
图8为本发明中壳底座的滑道处的局部视图；
图9为本发明中磁铁的排布图；
图10为本发明的电路系统图；
图中：1-壳盖、2-a-穿线孔一、2-b-穿线孔二、2-c-穿线孔三、2-d-穿线孔四、3-线柱、4-a-线圈阵列一、4-b-线圈阵列二、5-螺纹孔、6-a-弹簧一、6-b- 弹簧二、7-磁铁支架、8-磁铁阵列、9-a-弹簧固定槽、9-b-弹簧固定槽、10-壳底座、11-端板、12-滚珠孔一、13-滚珠孔二、14-能量收集器、15-整流电路、 16-DC-DC调压电路、17-储能电路、18-电子元件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于磁通密度突变的平面能量收集器，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的基于磁通密度突变的平面能量收集器，如图1-2所示，包括外壳、线圈阵列一4-a、线圈阵列二4-b和磁铁阵列8，线圈阵列一4-a和线圈阵列二4-b均由多个串联连接的线圈构成，线圈阵列一4-a和线圈阵列二4-b 串联连接，线圈阵列一4-a设置于外壳的壳盖1上，线圈阵列二4-b设置于外壳的壳底座10内，磁铁阵列8由多个小磁铁构成，磁铁阵列8设置于线圈阵列一4-a和线圈阵列二4-b之间，且磁铁阵列8的两端与壳底座10的两个端板 11通过弹簧连接。
如图3-4、图6-7所示，线圈阵列一4-a和线圈阵列二4-b均由16个线圈呈矩形排列而成，且线圈阵列一4-a和线圈阵列二4-b的各个线圈分别由线柱 3固定在外壳的壳盖1和壳底座10上；壳盖1上设置有穿线孔一2-a和穿线孔一2-b，线圈阵列一4-a的各个线圈的两个线头分别由穿线孔一2-a和穿线孔一2-b穿出外壳并串联连接，壳底座10上设置有穿线孔三2-c和穿线孔四2-d，线圈阵列二4-b的各个线圈的两个线头分别由穿线孔三2-c和穿线孔四2-d穿出外壳并串联连接；各个线头在外壳的外部采用焊锡连接，避免占用过多的内部空间。
于本具体实施例中，壳盖1的底部设置有两个限位销，壳底座10的上部端板11外凸，壳底座10的下部端板11上设置有与两个限位销相对的限位孔，壳盖1的顶端位于壳底座10的上部端板11的底部，且通过螺钉穿过螺纹孔5 连接，壳盖1的底端则通过限位销插入限位孔内，实现与壳底座10的限位连接。
如图5、图9所示，磁铁阵列8由16个立方体小磁铁按照N极和S极交替的方式进行排布而成，磁铁阵列8设置于磁铁支架7内，弹簧一6-a和弹簧二6-b的一端固定磁铁支架7上下端设置的弹簧固定槽内，弹簧一6-a和弹簧二6-b的另一端固定在壳底座10的上、下端板11内侧设置的弹簧固定槽一9-a 和弹簧固定槽二9-b内。
如图8所示，壳底座10的两侧板的内侧设置有滑道，滑道顶部侧壁上设置有多个滚珠孔一12，滑道底部侧壁上设置有多个滚珠孔二13，滚珠孔一12 内安装1.2mm的氮化硅滚珠，滚珠孔二13内安装1.588mm的氮化硅滚珠，通过滚珠的设置实现磁铁支架7的两侧与滑道的滚动连接，将滑动摩擦滑动摩擦转化为滚动摩擦，以降低能量耗散，为了进一步提高该装置的发电性能，磁铁支架7与外壳的间隙中还添加有润滑油。
结合图10介绍该装置的电路系统。当能量收集器14受到振动时，磁铁阵列会在两个线圈阵列之间产生往复运动，线圈中产生正弦电流，能量收集器输出交流电流，将能量收集器14的输出端与整流电路15的输入端连接在一起，整流电路可将交流电转化为直流电。整流电路15的输出端与DC-DC调压电路 16的输入端相连，DC-DC调压电路16可以调节电压，使之与后续电路所需的电压相匹配。DC-DC调压电路16的输出端与储能电路17的输入端相连，将收集的能量储存起来。将储能电路17的输出端与电子元件18的输入端相连，就可以实现为电子元件提供电能。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器