[发明专利]一种多方向的电磁式振动发电装置

说明书

本申请涉及一种多方向的电磁式振动发电装置，由外壳、内框架、支承梁、夹具和机电转换单元构成。外壳的内部形成一个封闭且中空的空间，对位于其内部的内框架、支承梁、夹具和机电转换单元具有保护作用；支承梁的一端由夹具固定在外壳的内壁上，支承梁的另一端固定在位于外壳内部的内框架上，至少3根位于同一平面内的支承梁将内框架与外壳连接在一起。机电转换单元由至少3个沿着内框架周边布置的电磁式振动能采集器构成。内框架及电磁式振动能采集器的可动部分构成的组合结构的重心不在支承梁所在的平面内。该装置可以采集方向平行于和垂直于支承梁所在的平面的振动能，在无线传感等领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及绿色能源和无线传感器网络领域，具体涉及一种基于受迫振动与电磁感应原理将环境中的振动能转换为电能的发电装置。

背景技术

伴随着物联网技术的发展，无线传感技术被广泛应用于智能农业、智能建筑、智慧电网和森林火灾防范监控等领域；用于监控的无线传感器节点具有数量多，位置分散等特点，传统供电方式如化学电池虽然比较成熟，但化学电池存在寿命短、难以在高温、低温和湿度较大的环境中稳定工作的问题，在使用过程中需要定期大规模的更换或充电，提升了人力成本，尤其是当无线传感器节点在高压塔顶等不易到达的位置，给无线传感器节点维护带来了困难；并且化学电池会对环境造成污染。低功耗的芯片、传感器和无线通信技术的发展，大大降低了监测与无线收发终端等电子设备的功耗，使采用微小型的发电装置替代化学电池给无线传感器节点供电成为可能；相较于传统化学电池，微小型发电装置具有稳定性好、无需维护、寿命长、无污染等优点，是当前无线传感器网络和微能源领域研究的热点。

振动能广泛存在于环境中，作为一种清洁能源被应用到能源采集中；振动能采集是指将振动能采集器与产生振动激励的结构进行刚性连接，其间可通过发电装置内部结构将振动放大，把振动传递到机电转换单元，从而实现振动能到电能的转换。现有的振动能采集器大多只能采集一个方向的振动激励，当环境中的振动能来自不同方向时，无法有效收集，影响了这些装置的应用。因此，研制在不同振动激励方向下都具有高效率的振动能采集发电装置具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种多方向的电磁式振动发电装置，该装置可将环境中不同方向的振动能转换为电能；并且该发电装置在户外环境可以稳定，长时间的工作，是低功耗无线传感器节点等的理想电源。

为完成上述发电装置，采用以下方案完成：

一种多方向的电磁式振动发电装置，其是由外壳、内框架、支承梁、夹具和机电转换单元构成。所述外壳的内部形成一个封闭且中空的空间，对位于其内部的内框架、支承梁、夹具和机电转换单元具有保护作用；支承梁的一端由夹具固定在外壳的内壁上，支承梁的另一端固定在位于外壳内部的内框架上，至少3根位于同一平面内的支承梁将内框架与外壳连接在一起。所述机电转换单元由至少3个沿着内框架周边布置的电磁式振动能采集器构成，每个电磁式振动能采集器由线圈框架、铜线圈、永磁体、弹性梁、夹具和螺丝螺母构成，铜线圈固定于线圈框架上，线圈框架固定于外壳的内壁上，永磁体固定在弹性梁的一端，弹性梁的另一端通过夹具和螺丝螺母固定于内框架上。内框架及固定于其上的机电转换单元的永磁体、弹性梁、夹具和螺丝螺母等构成的组合结构的重心不在支承梁所在的平面内。

当发电装置的外壳固定在振动的物体上时，如果振动方向平行于支承梁所在的平面，由于内框架及固定于其上的机电转换单元的永磁体、弹性梁、夹具和螺丝螺母等构成的组合结构的重心不在该平面内，组合结构受到的惯性力也不在该平面内，将对支承梁产生随时间而变化的力矩，导致组合结构及支承梁发生振动，组合结构的振动引起位于弹性梁自由端的永磁体相对于固定于外壳内壁的铜线圈发生相对运动，弹性梁对组合结构的振动具有放大作用，永磁体与铜线圈的相对运动进一步导致通过铜线圈的磁通量发生变化并产生感生电动势，利用该感生电动势即可为外部负载供电。