专利名称：多方向振动磁电式能量收集系统的制作方法
多方向振动磁电式能量收集系统技术领域
本发明属于电磁类能量回收领域，特别涉及一种多方向振动磁电式能量收集系 统，其具有将外界的振动机械能转换成电能的功能。
背景技术：
长久以来，人们对数据采集的系统都采用电池供电的形式，这样不仅花费一定的 人力物力来更换电池，而且电池的使用也会在一定程度上对环境造成污染。所以近年来，从 周围环境中提取能量得到大多数人的青睐，像太阳能，风能等都已经得到很快的发展。目前 有关振动能量的收集的研究，也就是把周围环境的振动能量转化成电能，从而取代传统的 电池供电系统。而这样的系统一般都用在低功耗的电路中，所以通过环境能量的采集也完 全可以满足测量的需求。
电磁感应又称磁电感应现象，是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电 动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流 动形成感应电流(感生电流)。我们知道感应电流产生的两个条件是(1)电路是闭合而且 是确保导通的；(2)穿过闭合回路的磁通量发生变化。这两个条件必不可少。所以，对于一 个封闭的绕线组来说，当在它的旁边放置一个永磁体的时候，可以保证在这个绕线组封闭 的范围内产生一定的磁通量。这样，当这个永磁体的位置发生变化的时候，通过这个绕线组 的磁通量都将发生变化。这样就可以在原理上保证感应电流的产生。
在实际的工程使用中，为了满足人类各种实验需求，传感器的布置越来越复杂，对 于人类无法到达的地方以及很难到达的地方，一般的电池供电很难满足要求，所以人们考 虑到了通过采集周围的能量来满足供电的需求，而本发明就是基于这样的背景提出的。振 动能是一种广泛存在的能量形式，甚至在许多人们比较难以进入的地方都有振动的存在， 因而研究振动能量收集技术具有一定的意义。
本发明是基于磁电技术的振动能量收集，由于具有结构简单，加工方便等特点，在 工程中具有广泛的使用价值。发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种多 方向振动磁电式能量收集系统，其相对现有的能量回收系统，具有更坚固的结构，应用范围 广，能量收集效率高，制作工艺简单。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是一种多方向振动磁电式能量收集系统，包括立方体框架、磁性元件、弹性元件和六个平 面线圈，立方体框架固定于振动平台，磁性元件位于立方体框架的中心，并借助弹性元件分 别与立方体框架的各个顶点分别连接；平面线圈均具有独立的抽头，分别与电能回收电路 连接，分别固定于立方体框架的六个外表面。
上述永磁体为圆柱体结构或长方体结构。
上述平面线圈由电阻率小的铜芯线制成。
上述六个平面线圈的匝数相同。
采用上述方案后，本发明将振动感知元件和能量转换元件组合在一起，振动感知 元件主要是指立方体框架，将它固定在环境中的振动平台上，就可以把外部的振动能量传 输到本发明的能量收集系统中；而能量转换元件主要是由磁性元件和平面线圈组成，通过 它们的相对运动，空间中的磁通量的变化将产生一定量的感应电流。这样，外界的振动能量 通过立方体框架转换成了立方体框架与磁性元件的相对运动，而平面线圈又是固结在立方 体框架上的，所以磁性元件与立方体框架的相对运动将会在平面线圈上产生感应电流，这 就完成了从振动机械能向电能的转换过程。
图1是本发明的原理示意图；图2是本发明中立方体框架与平面线圈的关系示意图； 图3是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
配合图1至图3所示，本发明提供一种多方向振动磁电式能量收集系统，包括立方 体框架3、磁性元件2、弹性元件1和平面线圈4，下面分别介绍。
如图3所示，立方体框架3具有6个外表面，8个顶点；磁性元件2为圆柱体结构 或长方体结构，位于立方体框架3的内部中心，并借助弹性元件1分别与立方体框架3的各 个顶点连接，这样可保证磁性元件2在弹性元件1的约束下满足多方向的振动；而弹性元件 1的数量与立方体框架3的顶点数目对应，8根弹性元件1分别与立方体框架3的8个顶点 连接，构成对称结构。
平面线圈4共有六个，与立方体框架3的外表面数量相一致，其由电阻率小的铜芯 线制成，分别固定于立方体框架3的外表面，如图2所示，且每个平面线圈4均具有独立的 抽头41，用以与外界电能回收电路连接，同时每个平面线圈4的匝数相同。
本发明的具体工作过程是将立方体框架3固结在振动平台上，当外界有振动的 时候，立方体框架3最快响应振动，由于惯性的存在，磁性元件2保持不变，这样在立方体框 架3和磁性元件2之间就有了相对运动，也就有了位移，而这个位移表现在弹性元件1上， 就表示弹性元件1有一部分被拉伸，另一部分则被压缩。假设这个振动此时停止的话，那么 立方体框架3也将停止，从而固结在其上的平面线圈4也停止运动，但是立方体框架3内的 弹性元件1却仍然处在非平衡态，此时弹性元件1将继续驱动着磁性元件2持续振动，直至 停止。这样就可以保证，只要外界有振动产生，那么通过本发明，就可以转化成磁性元件2 与平面线圈4的相对运动，这样在平面线圈4上的磁通量也就会发生变化，同样也就产生了 感应电流，再结合外部的电能回收电路就完成了从外界环境中提取电能的功能。
本发明的优点在于第一，能够最大限量地采集外部的振动能量，因为立方体框架 1是和外部振动平台固结在一起的；第二，能量损失较小，这是因为内部的磁性元件2能够 在空间多方向振动，这样任何方向的振动能量都能收集到；第三，结构和工艺简单，需要部件少。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
权利要求
1.一种多方向振动磁电式能量收集系统，其特征在于包括立方体框架、磁性元件、弹 性元件和六个平面线圈，立方体框架固定于振动平台，磁性元件位于立方体框架的中心，并 借助弹性元件分别与立方体框架的各个顶点分别连接；平面线圈均具有独立的抽头，分别 与电能回收电路连接，分别固定于立方体框架的六个外表面。
2.如权利要求1所述的多方向振动磁电式能量收集系统，其特征在于所述永磁体为 圆柱体结构或长方体结构。
3.如权利要求1所述的多方向振动磁电式能量收集系统，其特征在于所述平面线圈 由电阻率小的铜芯线制成。
4.如权利要求1所述的多方向振动磁电式能量收集系统，其特征在于所述六个平面 线圈的匝数相同。
全文摘要
本发明公开一种多方向振动磁电式能量收集系统，包括立方体框架、磁性元件、弹性元件和六个平面线圈，立方体框架固定于振动平台，磁性元件位于立方体框架的中心，并借助弹性元件分别与立方体框架的各个顶点分别连接；平面线圈均具有独立的抽头，分别与电能回收电路连接，分别固定于立方体框架的六个外表面。此收集系统相对现有的能量回收系统，具有更坚固的结构，应用范围广，能量收集效率高，制作工艺简单。
文档编号H02K35/00GK102035346SQ20101060135
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者刘祥建, 吕敏, 李海晴, 邵玮, 陈仁文 申请人:南京航空航天大学