[发明专利]一种基于Halbach阵列的双自由度振动能量采集装置

说明书

本发明涉及一种基于Halbach阵列的双自由度振动能量采集装置，包括基座(1)，固定在基座(1)上的主梁(2)，以及与主梁(2)的自由端垂直连接的第一副梁(3)和第二副梁(4)，所述第一副梁(3)的自由端上设有感应线圈(6)，所述第二副梁(2)的自由端连接空心六棱柱(7)，所述空心六棱柱(7)的六棱柱面对应第一副梁(3)设置，所述空心六棱柱(7)的内表面设有永磁阵列(8)。与现有技术相比，本发明具有拓宽单自由度悬臂梁式能量采集装置的工作频带、提高能量采集效率等优点。

技术领域

本发明涉及能源回收技术领域，尤其是涉及一种基于Halbach阵列的双自由度振动能量采集装置。

背景技术

能源危急是当今世界最为关注的问题之一，各国科技工作者一直在努力寻找和开发新型能源来解决能源缺乏和使用传统能源时存在的问题，环境中潜在可用的能源有：太阳能、振动、噪声、温差等等，其中振动能几乎无处不在，且具有较高的能量密度。以地铁系统为例，地铁在运行过程中产生很大的振动能量通过轮轨噪声向外界辐射，造成大量的能量损失。

目前研究的振动能量采集器主要有三种转换形式：压电式、电容式与电磁式。其中，电磁式振动能量采集器的基本原理是法拉第电磁感应定律，即当穿过闭合回路所围成面积的磁通量发生变化时，回路中便会产生感应电动势；相比于压电式和电容式振动能量采集器，电磁式振动能量采集器的优势在于体积较小，感测频率较高、工艺可与半导体技术兼容、无需外界驱动、可在各种恶劣环境中使用等。目前的电磁式振动能量采集器多为单自由度模型，即单自由度直角悬臂梁式振动能量采集器，然而单自由度模型只能集中在单一频率附近采集能量，具有很大局限性，无法适应复杂多变的振动环境，且能量输出效率低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于Halbach阵列的双自由度振动能量采集装置，该装置通过引入双自由度和Halbach阵列，保留了悬臂梁振动能量收集器优点的同时，拓宽了振动能量采集器的工作频带，并提高了能量输出效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于Halbach阵列的双自由度振动能量采集装置，包括基座，固定在基座上的主梁，以及与主梁的自由端分别垂直连接的厚度及质量均不相同的第一副梁和第二副梁，所述第一副梁的自由端上设有感应线圈，所述第二副梁的自由端连接空心六棱柱，所述空心六棱柱的六棱柱面对应第一副梁设置，所述空心六棱柱的内表面设有永磁阵列。

进一步地，所述空心六棱柱为中空的直六棱柱结构，空心六棱柱的截面为中空的正六边形结构，空心六棱柱的中空部分为正六边形结构。

进一步地，所述空心六棱柱的内表面内部附着有六个永磁阵列，每个永磁阵列位于空心六棱柱内表面的中心位置所述永磁阵列设于空心六棱柱各侧面的内表面中心处。

进一步地，所述第一副梁的自由端的顶部设有铁芯，所述感应线圈缠绕在铁芯上。

进一步地，所述铁芯的底面与所述空心六棱柱的六棱柱面的中心位置对应设置。

进一步地，所述永磁阵列采用Halbach永磁阵列。

进一步地，所述永磁阵列采用直线型Halbach永磁阵列。

进一步地，所述永磁阵列与空心六棱柱之间，所述铁芯与第一副梁之间通过环氧胶黏贴连接。

进一步地，所述第一副梁的顶部表面与所述第二副梁的顶部表面位于同一平面。

进一步地，所述第二副梁的自由端与空心六棱柱焊接连接。