铁块7、3分别位于所述多匝线圈8的正上方和正下方。永磁铁块7和永磁铁块3也可以位于壳体的内表面的其他地方，只要保证多匝线圈运动时切割永磁铁块7和用磁铁块3产生的磁感线即可。优选地，永磁铁块7的N极与永磁铁块3的S极相对，当然并不限于这种方式，例如，永磁铁块7的S极与永磁铁块3的N极相对、永磁铁块7的N极与永磁铁块3的N极相对、永磁铁块7的S极与永磁铁块3的S极相对。当多匝线圈8受激做中高频纵向运动时，多匝线圈8上产生洛伦兹力会与悬臂梁长板2相互发生强耦合，其耦合的效果反作用于多匝线圈8纵向运动。
[0034]进一步地，如图5A、5B所示，所述多匝线圈的截面为圆形或矩形，但是并不限于圆形和矩形。
[0035]当此低频振动电磁式能量收集器安装在低频振动环境中或携带在人体时，环境或人体的振动通过碰撞质量块9撞击悬臂梁长板2，使悬臂梁长板2的自由端不停的纵向做中高频的振动，从而带动多匝线圈8亦做相同的中高频纵向运动，多匝线圈8处在永久磁铁3、7的空间磁场分布之中，因此多匝线圈8随之产生瞬态交流电流，瞬态交流电流随即输出到负载电阻5消耗，从而实现为各种电子器件或传感器提供电能。上述收集器采用电磁式原理，利用悬臂梁振动进行的能量收集结构，易获得较大的感应电流，且制作方便。另外，上述实施例通过双悬臂梁结构及洛伦兹力相互耦合，有效扩展能量收集频带，同时也可通过负载电阻值及多匝线圈电阻值调节，实现最大平均能量收集输出，从而大幅度提高能量转换效率。
[0036]图3为本实用新型的另一个较佳实施例的低频振动电磁能量收集器的结构示意图；图4为本实用新型的另一个较佳实施例的低频振动电磁能量收集器的立体图。本实施例的所述低频振动电磁能量收集器包括能量收集器壳体11、悬臂梁长板12、悬臂梁短板20、碰撞质量块19、磁场产生件13、14以及多匝线圈18、导线15、17以及负载电阻16。
[0037]如图3、4所示的另一实施例的低频振动电磁能量收集器，磁场产生件由两块永久磁铁块13、14叠加形成，并且所述磁场产生件固定于与固定所述悬臂梁长板的侧面相对的侧面的内表面上，优选地，所述磁场产生件与所述悬臂梁长板固定的位置相对应。永磁铁块13和永磁铁块14也可以位于壳体的内表面的其他地方，只要保证多匝线圈18运动时切割永磁铁块13和用磁铁块14产生的磁感线即可。优选地，永磁铁块13的N极与永磁铁块14的S极接触，当然并不限于这种方式，例如，永磁铁块13的S极与永磁铁块14的N极接触、永磁铁块13的N极与永磁铁块14的N极接触、永磁铁块13的S极与永磁铁块14的S极接触。当多匝线圈18受激做中高频纵向运动时，多匝线圈18上会产生横向的洛伦兹力，不与悬臂梁长板12发生耦合。
[0038]此实施例的低频振动电磁能量收集器的其他结构与上一实施例相同，这里不再赘述。
[0039]本实用新型的电磁式能量收集器，把周围环境中低频振动产生的机械能转化为电能。在低频振动激励下，低频振动的碰撞质量块会与悬臂梁长板特定位置发生碰撞，碰撞后的悬臂梁长板会产生中高频振动，带动固定在悬臂梁长板自由端的多匝线圈也会随之发生中高频的振动。由于多匝线圈处在永久磁铁产生的空间电磁场中，当多匝线圈发生切割磁感线运动时，会在多匝线圈内产生瞬态交变电流能量，可以输出至负载电阻消耗或储能单元储存。本实用新型的电磁式能量收集器实现了低频振动电磁式能量收集，不需像电容式能量收集器那样单独设置预充电源，也不需像压电式能量收集器那样制工复杂，实现了电磁式能量收集的无源化，并且制作工艺简单化，同时通过碰撞的方式来极大提高了电磁式悬臂梁结构的低频能量收集带宽。
[0040]本实用新型的收集器可用来给各种便携式电子器件、无线传感器及可穿戴器件等供电，摆脱电池供电的局限性。
[0041]上述两个实施例中，为保证悬臂梁长板2、12有足够的弹性形变，可优先选用铝作为悬臂梁长板2、12的材料，如果微制造需求更小尺寸，亦可使用硅作为悬臂梁长板2、12材料。为保证悬臂梁短板10、20有足够的弹性形变，可优先选用黄铜作为悬臂梁短板10、20的材料，如果微制造需求更小尺寸，可使用SU8或苯并环丁烯等作为悬臂梁短板10、20的材料。可用铜作为多匝线圈8、18的原材料，多匝线圈8、18的几何形状可制作成圆形或者矩形。可用铜作为碰撞质量块9、19的原材料，碰撞质量块9、19的下端可与悬臂梁长板2、12保持足够小的距离，空间距离根据需求的能量收集测算来确定。选用NdFeB永久电磁铁块3、7、13、14，上下两块电磁铁块3、7的空间距离尽量保持合理范围；或左侧电磁铁块13、14与悬臂梁长板
2、12自由端空间距离尽量保持合理范围。负载电阻5值应通过测算确定，测算方法依据器件的平均收集能量，负载电阻16值应与多匝线圈18电阻值接近。
[0042]以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述低频振动电磁能量收集器包括能量收集器壳体、悬臂梁长板、悬臂梁短板、碰撞质量块、磁场产生件以及多匝线圈； 所述悬臂梁长板的一端固定于所述能量收集器壳体的一侧面的内表面，所述悬臂梁长板的另一端的固定有所述多匝线圈;所述悬臂梁短板的一端固定于固定所述悬臂梁长板的侧面的内表面，所述悬臂梁短板位于所述悬臂梁长板的正上方，并且所述悬臂梁短板与所述悬臂梁长板平行，所述悬臂梁短板的另一端的下板面固定有所述碰撞质量块，所述碰撞质量块距离所述悬臂梁长板预定距离;所述磁场产生件固定与所述能量收集器壳体的内表面，并且所述多匝线圈运动时切割所述磁场产生件产生的磁感线； 振动环境提供振动激励给所述能量收集器壳体，所述悬臂梁短板随所述振动激励同时发生振动，所述碰撞质量块对所述悬臂梁长板的预定位置发生碰撞，使所述悬臂梁长板产生接近其本身固有频率的振动，所述多匝线圈以与所述悬臂梁长板相同的频率振动，切割所述磁感线，产生的电信号。2.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述低频振动电磁能量收集器还包括导线，所述导线与所述多匝线圈连接，用于将所述多匝线圈产生的电信号B山寸出O3.根据权利要求2所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述低频振动电磁能量收集器还包括负载电阻，所述负载电阻通过所述导线与所述多匝线圈并联。4.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述悬臂梁长板固定于其所在侧面的几何中心位置处。5.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述悬臂梁长板的长度大于所述述悬臂梁短板的长度。6.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述悬臂梁长板的固有频率大于所述悬臂梁短板的固有频率，所述悬臂梁短板的固有频率接近所述振动激励的频率。7.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述悬臂梁长板的固有频率为中高频，所述振动激励的频率为低频。8.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述磁场产生件包括两块永久磁铁块，所述两块永久磁铁块分别固定于所述能量收集器壳体的顶面的内表面和底面的内表面，并且所述两块永久磁铁块分别位于所述多匝线圈的正上方和正下方。9.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述磁场产生件由一块以上的永久磁铁块叠加形成，所述磁场产生件固定于与固定所述悬臂梁长板的侧面相对的侧面的内表面上，并且所述磁场产生件与所述悬臂梁长板固定的位置相对应。10.根据权利要求1所述的低频振动电磁能量收集器，其特征在于，所述多匝线圈为圆形或矩形。
【专利摘要】本实用新型提供了一种低频振动电磁能量收集器，包括能量收集器壳体、悬臂梁长板、悬臂梁短板、碰撞质量块、磁场产生件以及多匝线圈；振动环境提供振动激励给所述能量收集器壳体，所述悬臂梁长板与所述悬臂梁短板随所述振动激励同时发生振动，所述碰撞质量块对所述悬臂梁长板的预定位置发生碰撞，使所述悬臂梁长板产生接近其本身固有频率的振动，所述多匝线圈以与所述悬臂梁长板相同的频率振动，切割磁感线，产生的电信号。本实用新型的电磁能量收集器实现了低频振动电磁式能量收集，并且通过碰撞的方式来极大提高了电磁式悬臂梁结构的低频能量收集带宽。
【IPC分类】H02N2/18
【公开号】CN205249083
【申请号】CN201520956231
【发明人】任天令, 朱建雄, 李宇涛, 陶璐琪, 杨轶
【申请人】清华大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年11月26日