[发明专利]宽频微型电磁式振动能量采集器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的能量采集器，具体是一种宽频微型电磁式振动能量采集器。

背景技术

随着MEMS(微机电系统)技术和无线传感器等技术的迅速发展，与之相关的微能源技术变得越来越重要。目前的微能源一般有两种：电池和微型能量采集器。电池由于存储能量有限、寿命短等缺陷极大的限制了其广泛应用，因此克服了此致命缺陷的微型能量采集器越来越受到人们的重视。

机械振动是自然界中广泛存在的一种能量，因此振动能量采集器便应运而生。振动能量采集器能源源不断地为系统提供能量，这就很好地解决了电池供电时间短的问题。但振动能量采集器的输出电压比较低，采集频率比较窄，这在很大程度上限制了其应用。因此提高采集器的输出电压和增大采集频率宽度是亟待解决的关键问题。根据理论分析，振动能量采集器在外界振动频率达到其共振频率附近时，输出电压最大。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号：200810042168.3，名称为：基于升频转换的动圈式微机械电磁能量采集器，该发明提出了利用两个振动频率相差较大的拾振台通过升频来提高电压输出。该升频设计虽能达到提高电压输出的目的，但并没有解决能量采集器采集频率窄的问题。

Bin Yang等在J.Micromech.Microeng.2009，(19)：035001中利用的悬臂梁在346Hz，948Hz和1145Hz三个振动模态设计了一种新型的多频能量采集器，在1g的加速度下346Hz和948Hz获得的电压输出分别约为0.3mV和0.03mV，而1145Hz振动模态的特殊振动方式导致该频率下的电压输出更小。该设计的电压输出比较小，另外只是利用多振动模态设计的多频能量采集器并没有真正地克服能量采集器采集频率窄的缺陷。

现有的电磁式能量采集器由于输出电压较低，频宽比较窄，因此采集器转换效率不高，应用受到很大的限制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种宽频微型电磁式振动能量采集器，能够提高电压输出，增大应用频宽，扩大使用范围，提高转换效率，易于批量化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次由下而上固定连接的底座、中频振动台、低频振动台、垫框、高频振动台和顶盖。

所述的底座为U形结构。

所述的中频振动台包括：第一线圈、中频悬臂梁、第一引脚、第一焊盘和第二焊盘，其中：第一线圈固定在中频悬臂梁上，中频悬臂梁的一端处于自由状态，第一引脚固定在第一线圈最内圈的端点处，第一焊盘和第二焊盘分别固定在中频悬臂梁上，第一线圈从两个焊盘引出。

所述的中频悬臂梁包括：第一方形平台、第一悬臂梁腿和第二悬臂梁腿，其中：悬臂梁腿的两端分别与第一方形平台和底座相连。

所述的低频振动台包括：外框、弹簧连接组件和永磁体，其中：弹簧连接组件固定在外框上，永磁体固定在弹簧连接组件上，位于线圈的正上方。

所述的外框为硅质正方形环状结构；所述的永磁体为立方体或圆柱体形状。

所述的弹簧连接组件包括：第二方形平台、平面弹簧和边框，其中：四根平面弹簧的两端分别与位于中间位置的第二方形平台的每个侧边并与边框相连。

所述的平面弹簧包括：弹簧臂和特制环，特制环两头与弹簧臂连接；所述的特制环为椭圆环、圆环或S形环。

所述的高频振动台包括：第二线圈、高频悬臂梁、第二引脚、第三焊盘和第四焊盘，其中：高频悬臂梁的一端固定在垫框上，另一端处于自由状态，第二线圈固定在高频悬臂梁上，第二引脚固定在第二线圈最内圈的端点处，第三焊盘和第四焊盘固定在高频悬臂梁上，第二线圈从第三焊盘和第四焊盘引出。

所述的第一引脚及第二引脚为方形柱或圆形柱。

所述的顶盖为倒U形结构。