印制绕组式轻量化电磁能量采集装置

1.本发明涉及无线传感技术领域，尤其涉及一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置。


背景技术：

2.随着农业智能化的不断发展，越来越多的远程无线检测机构应用到农业机械设备上，这些检测机构在工作的过程中需要消耗大量的电能，这样一来给作为载体的机械设备增加了电源供应上的负担，例如，在拖拉机上安装有温度传感器或者湿度传感器等，虽然温度传感器或者湿度传感器等能够有效地检测拖拉机的工作环境和工作状况，但是传感器在工作的过程中需要消耗拖拉机大量的电能。对此，为了实现自供电，针对能量收集和能量储存的研究正在大力推进中。
3.现有技术中，为了能够收集能量，常用的能量采集方式包括三种：压电式、静电式、电磁式。其中，电磁式的能量采集技术由于具有环境适应性强、能量收集效率高等特点，被广泛地应用在各种机械设备上。具体地，电磁式能量采集技术主要包括三类：第一类为利用永磁体采用径向磁通的方式进行布置，这类装置虽然能够具有较高的能量采集效率，但是整体体积较大，所占空间较多，而且质量较大，无法应用于中小型农业机械设备上；第二类为利用永磁体采用轴向磁通的方式进行布置，这类装置需要采取传统铜线的周向布置，并且需要使用导磁铁芯和磁轭，导致体积和质量偏大，而且使用成本较高；第三类为采用线性切割磁感线的方式进行布置，这类装置虽然相对于前两类的体积和质量较小，但是能量的采集效率较低，适用性有限。此外，在传统的电磁能量采集技术中，获取的能量还需要配置相应的能量管理电路和相关的负载设备，使得整个能量采集和检测设备的集成度较低，以及复杂的布线，导致需要占用大量的空间。
4.可见，现有的电磁式能量采集技术存在所占空间大，整体质量较大，集成度较低，结构相对复杂等技术问题，无法应用于诸如拖拉机等中小型农业机械设备上。


技术实现要素：

5.本发明提供一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，用以解决现有技术中磁式能量采集设备所占空间大，整体质量较大，集成度较低，以及结构相对复杂的缺陷，实现中小型农业机械设备上的检测设备能够自供电的技术需求。
6.本发明提供一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，包括：机械增速单元和能量采集单元，所述机械增速单元能够将外部机械设备的运动转化为周向旋转运动，并传递至所述能量采集单元，其中，所述能量采集单元包括：
7.传动轴，所述传动轴与所述机械增速单元连接，所述传动轴能够在所述机械增速单元的驱动下进行周向旋转运动；
8.印制绕组，所述印制绕组包括多个感应线圈，所述多个感应线圈环绕设置在所述传动轴的周侧，所述多个感应线圈通过pcb印刷的方式设置在pcb电路板上，和/或，所述多
个感应线圈通过丝网印刷的方式设置在承印基板上；
9.永磁体组，所述永磁体组环绕设置在所述传动轴的周侧，并且位于所述印制绕组的侧部，所述永磁体组与所述传动轴固定连接；
10.壳体，所述壳体配置为固定在所述外部机械设备上，所述传动轴的两端分别与所述壳体转动连接，所述印制绕组与所述壳体固定连接。
11.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，所述印制绕组的层数为至少两层，至少两层所述印制绕组沿所述传动轴的轴向方向层叠设置，每层所述印制绕组上的所述感应线圈与相邻的所述印制绕组上的所述感应线圈电连接。
12.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，所述印制绕组的输出相具有三相，所述三相依次为u相、v相、w相，每层所述印制绕组均包括六个所述感应线圈，六个所述感应线圈环绕所述传动轴均匀间隔设置，六个所述感应线圈包括：相对设置的u+、u-两个感应线圈；相对设置的v+、v-两个感应线圈；相对设置的w+、w-两个感应线圈。
13.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，位于顶层的所述印制绕组中，u+、v+、w+三个感应线圈各自的一端分别形成为所述三相的输出电极，u+、v+、w+三个感应线圈各自的另一端分别与相邻的所述印制绕组中的u+、v+、w+三个感应线圈的一端电连接，u-、v-、w-三个感应线圈各自的一端相互连接，u-、v-、w-三个感应线圈各自的另一端分别与相邻的所述印制绕组中的u-、v-、w-三个感应线圈的一端电连接；
14.位于底层的所述印制绕组中，u+、u-两个感应线圈各自的一端相互电连接，u+、u-两个感应线圈各自的另一端分别与相邻的所述印制绕组中的u+、u-两个感应线圈的一端电连接，v+、v-两个感应线圈各自的一端相互电连接，v+、v-两个感应线圈各自的另一端分别与相邻的所述印制绕组中的v+、v-两个感应线圈的一端电连接，w+、w-两个感应线圈各自的一端相互电连接，w+、w-两个感应线圈各自的另一端分别与相邻的所述印制绕组中的w+、w-两个感应线圈的一端电连接。
15.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，所述印制绕组的层数为至少三层，位于中间层的所述印制绕组中，
16.u+、v+、w+三个感应线圈的一端分别与相邻一侧的所述印制绕组中的u+、v+、w+三个感应线圈的一端电连接，u+、v+、w+三个感应线圈的另一端分别与相邻另一侧的所述印制绕组中的u+、v+、w+三个感应线圈的一端电连接；
17.u-、v-、w-三个感应线圈的一端分别与相邻一侧的所述印制绕组中的u-、v-、w-三个感应线圈的一端电连接，u-、v-、w-三个感应线圈的另一端分别与相邻另一侧的所述印制绕组中的u-、v-、w-三个感应线圈的一端电连接；
18.并且，每个所述感应线圈均构造为螺旋型绕制结构，相邻两层的所述印制绕组中的相对应的所述感应线圈的螺旋方向相反。
19.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，所述能量采集单元还包括：
20.导磁背铁，所述导磁背铁与所述永磁体组固定连接，并位于所述永磁体组远离所述印制绕组的一侧；
21.法兰联轴器，所述法兰联轴器与所述导磁背铁固定连接，并位于所述导磁背铁远离所述永磁体组的一侧，所述法兰联轴器与所述传动轴固定连接。
22.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，所述永磁体组的数量为两个，两个所述永磁体组分别设置在所述印制绕组的两侧。
23.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，每个所述永磁体组均包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体的数量和所述第二永磁体的数量相同，所述第一永磁体构造为轴向充磁方向，所述第二永磁体构造为切向充磁方向，所述第一永磁体和所述第二永磁体沿所述传动轴的周向方向交替排列。
24.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，所述机械增速单元构造为行星齿轮结构，其中，所述机械增速单元包括：太阳轮、行星轮、齿圈、行星架、输入轴和输出轴，所述输入轴配置为连接外部机械设备，所述输入轴与所述行星架固定连接，所述行星架与所述行星轮固定连接，所述行星轮分别与所述太阳轮、所述齿圈通过齿轮啮合连接，所述输出轴与所述太阳轮固定连接，所述输出轴能够将所述周向旋转运动传递至所述传动轴。
25.根据本发明提供的一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，还包括：
26.电路管理单元，所述电路管理单元包括依次连接的整流电路、稳压电路和储能电路，所述整流电路与所述印制绕组电连接；
27.无线传感单元，所述无线传感单元与所述电路管理单元电连接，并且，所述无线传感单元与所述电路管理单元集成在同一个pcb电路板上，所述无线传感单元包括以下之一：温度传感器、湿度传感器、无线信号发射器。
28.由此，本发明提供的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，能够固定安装在诸如拖拉机的中小型农业机械设备上，借助机械增速单元能够将外部机械设备上运动部件产生的运动转化为周向旋转运动并传递至能量采集单元，能量采集单元基于该周向旋转运动产生电能，并能够供给至相应的检测机构。
29.其中，能量采集单元中用于产生电能的感应线圈能够通过pcb印刷或者丝网印刷的方式构造而成，使得整个装置的体积能够大大地减小，重量能够得到减轻，而且集成度较高，可以广泛地应用于各种中小型农业机械设备。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置的结构示意图；
32.图2是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置中的能量采集单元的结构示意图；
33.图3是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置中，能量采集单元的感应线圈通过pcb印刷的方式设置在pcb电路板时，位于顶层的印制绕组的结构示意图；
34.图4是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置中，能
量采集单元的感应线圈通过pcb印刷的方式设置在pcb电路板时，位于底层的印制绕组的结构示意图；
35.图5是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置中，能量采集单元的感应线圈通过丝网印刷的方式进行制作时的结构示意图；
36.图6是图2中所示能量采集单元中永磁体组的结构示意图；
37.图7是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置中的机械增速单元的结构示意图；
38.图8是图7中所示的机械增速单元的又一个视角的结构示意图；
39.图9是根据本发明的一个实施方式的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置中的电路管理单元的结构示意图。
40.附图标记：
41.100、机械增速单元；101、太阳轮；102、行星轮；103、齿圈；104、行星架；105、输入轴；106、输出轴；200、能量采集单元；210、传动轴；220、印制绕组；221、感应线圈；230、永磁体组；231、第一永磁体；232、第二永磁体；240、壳体；250、导磁背铁；260、法兰联轴器；271、承印基板；272、丝网印版；300、电路管理单元；400、无线传感单元。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在根据本发明的一个实施方式中，提供了一种印制绕组式轻量化电磁能量采集装置，该装置能够固定安装在诸如拖拉机等的中小型农业机械设备上，并基于机械设备自身的运动，通过电磁感应原理产生电能，并将相应的电能供给至检测机构，从而实现能量的自供应。下面结合图1至图9描述本发明中的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置。
44.如图1所示，本实施方式中的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置包括：机械增速单元100、能量采集单元200、电路管理单元300以及无线传感单元400。
45.其中，机械增速单元100与外部机械设备的运动部件连接，其能够将运动部件在运动中产生的低频振动或者低转速旋转运动转化为高速且连续的周向旋转运动。能量采集单元200与机械增速单元100连接，能量采集单元200设置有电磁感应装置，其能够接收机械增速单元100传递的周向旋转运动并产生电能。电路管理单元300与能量采集单元200电连接，电路管理单元300能够接收并存储能量采集单元200产生的电能。无线传感单元400与电路管理单元300电连接，无线传感单元400包括用于环境监测的传感器和用于发送信息的无线信号发射器，电路管理单元300能够对无线传感单元400供电，以使得相关的传感器能够监测当前机械设备所处的环境信息，并将相应的信息发送出去。
46.具体而言，在本实施方式中，如图2所示，能量采集单元200包括：传动轴210、印制绕组220、永磁体组230、壳体240。
47.其中，传动轴210与机械增速单元100的输出端连接，传动轴210能够在机械增速单元100的驱动下进行周向旋转运动。
48.印制绕组220的输出相具有三相，印制绕组220包括多个感应线圈，多个感应线圈环绕设置在传动轴210的周侧，即多个感应线圈沿传动轴210的旋转方向环绕设置，并且，该多个感应线圈通过pcb印刷的方式设置在pcb电路板上，和/或，该多个感应线圈通过丝网印刷的方式设置在承印基板271上。
49.作为一种实现方式，每个感应线圈均构造为螺旋型绕制结构，并且感应线圈的形状采用扇形与圆形结合的方式，以便于有效降低线圈的端部效应，减少功率损耗。
50.永磁体组230环绕设置在传动轴210的周侧，并且位于印制绕组220的侧部，永磁体组230与传动轴210固定连接。也就是说，传动轴210在转动的时候会带动永磁体组230同步转动。其中，永磁体组230沿传动轴210轴向方向的两侧分别为n极和s极。
51.壳体240配置为固定在外部机械设备上，传动轴210的两端分别与壳体240转动连接，印制绕组220与壳体240固定连接。壳体240固定设置在机械设备上，由此，壳体240以及印制绕组220相对于机械设备均是处于固定不动的状态。
52.在本实施方式中，壳体240的数量为两个，传动轴210的两端分别与该两个壳体240转动连接，印制绕组220与壳体240固定连接。
53.在实际应用中，机械设备在运动时，其运动部件会产生低频振动或者低转速旋转运动，在此情况下，机械增速单元100能够基于该低频振动或者低转速旋转运动转化得到周向旋转运动，并可以向能量采集单元200输出能够进行周向旋转运动的驱动力。
54.当传动轴210旋转时，设置在印制绕组220侧部的永磁体组230跟随传动轴210同步转动，由于印制绕组220处于固定不动的状态，印制绕组220中的多个感应线圈将会切割永磁体组230产生的磁感线，感应线圈中则会产生感应电流，该感应电流能够被输送至电路管理单元300，之后，电路管理单元300再将获取的电能供给至无线传感单元400，从而使得无线传感单元400能够正常工作。由此，在不借助外界电源的情况下，使得无线传感单元400能够有效地工作。
55.相比于传统的电磁取能结构，本实施方式中采取pcb印刷的方式将感应线圈设置在pcb板上，或者采取丝网印刷的方式将感应线圈设置在承印基板上，使得整个电磁发电结构能够高度集成，整个装置具有体积小、质量轻、集成度高的特点。
56.可以理解，本实施方式中能量采集单元200产生电能的工作原理主要是基于法拉第电磁感应定律。
57.示例性地，当传动轴210处于未转动的初始状态时，感应线圈与轴向充磁方向的永磁体组的交互面积最大，此时，感应线圈处于最大磁通量的位置，但是由于磁通量没有发生变化，感应线圈中不会产生感应电流。随着传动轴210带动永磁体组230转动，处于固定位置的感应线圈相对地切割磁感线，永磁体组230与感应线圈的交互面积减少，通过感应线圈的磁通量发生变化，感应线圈中产生感应电流。随着传动轴210的继续转动，永磁体组230继续靠近相邻的另一相的感应线圈，并与该感应线圈的交互面积逐渐增大，通过该感应线圈的磁通量增加，该感应线圈中产生与前者相反的感应电流。随着永磁体组的持续转动，感应线圈中能够持续不断地产生感应电流。
58.根据法拉第电磁感应定律，产生的感应电动势的表达式为：
59.60.在上式中，e为感应线圈产生的感应电动势，φ为通过线圈的总磁通量，t为时间，b为磁场的强度，s为感应线圈在磁场中的等效面积，θ为线圈与线圈所在磁场的夹角。
61.可以理解，单匝感应线圈在磁场中能够产生的磁通量为：
62.φ＝∫dφ＝∫b
·
ds，
63.假定感应线圈的匝数为n，并且通过每个感应线圈的磁通量均相等，则由n匝感应线圈组成的回路所产生的感应电动势为：
[0064][0065]
进一步地，印制绕组220的层数为至少两层，至少两层印制绕组220沿传动轴210的轴向方向层叠设置，每层印制绕组220上的感应线圈与相邻的印制绕组220上的感应线圈电连接。可以理解，相邻层的印制绕组220上的感应线圈可以串联连接，也可以并联连接。
[0066]
在本实施方式中，每层印制绕组220均包括六个感应线圈，六个感应线圈环绕传动轴210均匀间隔设置，每个感应线圈所在平面均垂直于传动轴的轴向方向。印制绕组220输出的三相依次为u相、v相、w相，六个感应线圈包括：相对设置的u+、u-两个感应线圈；相对设置的v+、v-两个感应线圈；相对设置的w+、w-两个感应线圈。
[0067]
并且，在传动轴210的周向方向上，每层印制绕组220上的u+、v+、w+、u-、v-、w-六个感应线圈分别设置在相同的位置，例如，每层印制绕组220上的u+感应线圈在传动轴210的周向方向上处于同一个位置。同时，每层印制绕组上的u+、v+、w+、u-、v-、w-六个感应线圈能够与相邻的印制绕组上的u+、v+、w+、u-、v-、w-六个感应线圈一一对应电连接。例如，其中一层印制绕组上的u+感应线圈能够相邻的印制绕组220上的u+感应线圈对应电连接。
[0068]
在本实施方式中，相邻层的印制绕组220上的感应线圈为串联连接。通过该方式可以增加匝数，能够提升输出相电压，进而提升整体功率输出。
[0069]
如图3和图4所示，在传动轴210的周向方向上，u+、v+、w+、u-、v-、w-六个感应线圈依次间隔设置。u+、v+、w+三个感应线圈的输出端分别形成三个输出电极。此外，每个印制绕组上还分别设置有过孔，相邻的印制绕组上位于同一个位置的感应线圈通过该过孔电连接。
[0070]
在该多层印制绕组中，如图3所示，位于顶层的印制绕组220中，u+、v+、w+三个感应线圈各自的一端分别形成为三相的输出电极，u+、v+、w+三个感应线圈各自的另一端通过过孔分别与相邻的印制绕组220中的u+、v+、w+三个感应线圈的一端电连接，u-、v-、w-三个感应线圈各自的一端相互连接，u-、v-、w-三个感应线圈各自的另一端通过过孔分别与相邻的印制绕组220中的u-、v-、w-三个感应线圈的一端电连接。
[0071]
如图4所示，位于底层的印制绕组220中，u+、u-两个感应线圈各自的一端相互电连接，u+、u-两个感应线圈各自的另一端通过过孔分别与相邻的印制绕组220中的u+、u-两个感应线圈的一端电连接，v+、v-两个感应线圈各自的一端相互电连接，v+、v-两个感应线圈各自的另一端通过过孔分别与相邻的印制绕组220中的v+、v-两个感应线圈的一端电连接，w+、w-两个感应线圈各自的一端相互电连接，w+、w-两个感应线圈各自的另一端通过过孔分别与相邻的印制绕组220中的w+、w-两个感应线圈的一端电连接。
[0072]
进一步地，当印制绕组220的层数为至少三层时，位于中间层的印制绕组220中，u+、v+、w+三个感应线圈的一端通过过孔分别与相邻一侧的印制绕组220中的u+、v+、w+三个
感应线圈的一端电连接，u+、v+、w+三个感应线圈的另一端通过过孔分别与相邻另一侧的印制绕组220中的u+、v+、w+三个感应线圈的一端电连接，u-、v-、w-三个感应线圈的一端分别与相邻一侧的印制绕组220中的u-、v-、w-三个感应线圈的一端电连接，u-、v-、w-三个感应线圈的另一端分别与相邻另一侧的印制绕组220中的u-、v-、w-三个感应线圈的一端电连接。
[0073]
并且，每个感应线圈均构造为螺旋型绕制结构，相邻两层的印制绕组220中的相对应的感应线圈的螺旋方向相反。例如，对于中间层的印制绕组而言，设置在其上的u+感应线圈的一端通过过孔与相邻一侧的印制绕组220中的u+感应线圈的一端电连接，u+感应线圈的另一端通过过孔与相邻另一侧的印制绕组220中的u+感应线圈的一端电连接。
[0074]
也就是说，在本实施方式中，多层印制绕组220上相同的感应线圈相互串联连接。以u+、u-两种感应线圈为例，所有印制绕组220上的u+感应线圈串联起来，其中，最上层的u+感应线圈的一端为u相输出，最上层、中间层、最下层的u+感应线圈依次首尾连接串联起来，最下层的u+线圈和u-线圈相连，然后最下层、中间层、最上层的u-线圈依次首尾连接串联起来，同时最上层的u-感应线圈的一端与v-感应线圈的一端以及w-感应线圈的一端连接至一起。v+、v-两种感应线圈，以及w+、w-两种感应线圈各自的连接方式与u+、u-两种感应线圈的连接方式相同，在此不再赘述。
[0075]
可以理解，为了保证感应线圈中产生的电流方向一致，相邻的印制绕组220上相互电连接的两个感应线圈的螺旋方向相反。
[0076]
示例性地，当印制绕组220的层数为12层时，单层印制绕组220上的每个感应线圈均可以设置12个过孔，由于感应线圈呈螺旋型绕制结构，此时，其中6个过孔可以位于螺旋中心，另外6个过孔可以位于螺旋外侧。由此，需要电连接的两个感应线圈可以通过同一个位置的过孔电连接。
[0077]
此外，多层印制绕组220的感应线圈之间还可以采取并联连接的方式。作为一种实现方式，每层印制绕组220上的u+、v+、w+三个感应线圈各自的一端分别形成为三相的输出电极，所有相同的输出电极连接在一起，u+、v+、w+三个感应线圈各自的另一端分别与u-、v-、w-三个感应线圈各自的一端一一对应连接，u-、v-、w-三个感应线圈各自的另一端相互连接。例如，对于其中一层的印制绕组而言，其中的u+感应线圈的一端形成为u相的输出电极，u+感应线圈的另一端与u-感应线圈的一端连接，u-感应线圈的另一端与v-、w-两个感应线圈的一端连接在一起。
[0078]
此时，采用并联连接的方式无法增加匝数，而是只能通过降低各个感应线圈内部阻值的方式增加电流，进而增加整体功率输出。
[0079]
为了有效地固定永磁体组230，在本实施方式中，如图2所示，能量采集单元200还包括：导磁背铁250、法兰联轴器260。
[0080]
导磁背铁250与永磁体组230固定连接，并位于永磁体组230远离印制绕组220的一侧；法兰联轴器260与导磁背铁250固定连接，并位于导磁背铁250远离永磁体组230的一侧，法兰联轴器260与传动轴210固定连接。示例性地，导磁背铁可以采用高导磁硅钢或非晶合金材质。
[0081]
在本实施方式中，永磁体组230的数量为两个，该两个永磁体组230分别设置在印制绕组220的两侧。也就是说，如图2所示，在印制绕组220的两侧，分别依次设置有永磁体组
230、导磁背铁250和法兰联轴器260，而且传动轴210插设在这些部件中。
[0082]
进一步地，为了保护能量采集单元200中的各个部件，壳体240的内部形成有容纳空间，容纳空间能够至少部分地容纳印制绕组220、永磁体组230、导磁背铁250、法兰联轴器260。
[0083]
在本实施方式中，如图4所示，壳体240的数量为两个，该两个壳体240相互对接设置，并固定连接，两个壳体240之间共同形成容纳空间，印制绕组220、永磁体组230、导磁背铁250、法兰联轴器260全部设置在该容纳空间中。
[0084]
示例性地，传动轴210可以通过深沟球轴承与壳体240连接。
[0085]
传动轴210插设在法兰联轴器260中，法兰联轴器260的轴线与传动轴210的轴线相互重合，法兰联轴器260能够通过紧固螺栓与传动轴210固定连接，同时，法兰联轴器260还能够借助紧固螺栓与导磁背铁250固定连接，以有效地限制导磁背铁250在传动轴210轴向方向上的移动。
[0086]
作为一种实现方式，永磁体组230可以通过金属胶固定至导磁背铁250的表面。
[0087]
示例性地，当感应线圈设置在pcb电路板上时，印制绕组220可以基于该pcb电路板通过螺栓与壳体240固定连接，以便于对感应线圈进行有效地定位。当感应线圈采用pcb印刷的方式设置在pcb电路板上时，可以充分利用pcb电路板质量轻、体积小的特点，能够有效降低整个能量采集单元所占用的空间。
[0088]
当感应线圈采用丝网印刷的方式设置在承印基板271上时，也可以实现相应的技术效果。
[0089]
具体而言，采用丝网印刷的制作工艺中需要使用以下部件：丝网印版272、刮板、导电油墨、导电铜浆。
[0090]
在该制作工艺中，如图5所示，丝网印版272与承印基板271采用贴纸固定连接，导电铜浆通过丝网印版272与刮板被印制在承印基板271上，之后，导电铜浆经真空加热处理后固化形成导电线圈。由此，采用相同工艺制作多组导电线圈。
[0091]
而且，多层承印基板271之间可以采用fr4材质实现导体的绝缘。同时，导电线圈可以引出导电电极，多层承印基板271上的导电电极可以采用铜浆注入过孔的方式进行串联。
[0092]
可选地。导电铜浆包括但不仅限于铜制液态金属，其还可以包括银、合金等在内的各种导电性能优良材质。
[0093]
在可选的实施例中，为了增大永磁体组230的表面磁场强度，两个永磁体组230均可以采用轴向磁通和切向磁通相互交替布置的海尔贝克阵列的排列方式。
[0094]
具体而言，每个永磁体组230均包括第一永磁体231和第二永磁体232，第一永磁体231的数量和第二永磁体232的数量相同，第一永磁体231构造为轴向充磁方向，第二永磁体232构造为切向充磁方向，第一永磁体231和第二永磁体232沿传动轴的周向方向交替排列。
[0095]
可选地，第一永磁体231和第二永磁体232均可以采用钕铁硼烧结材料，并且单块永磁体表面磁场强度约为0.3特斯拉。
[0096]
示例性地，如图6所示，永磁体组230包括8块轴向充磁方向的第一永磁体231，以及8块切向充磁方向的第二永磁体232，该两种永磁体在传动轴210的周向方向上交替排列。
[0097]
在该能量采集单元200中，轴向充磁方向的第一永磁体231为主磁极，即感应线圈切割磁感线的作用磁极，切向充磁方向的第二永磁体232为副磁极，其能够增强主磁极的表
面磁场强度，在副磁极的作用下，单块主磁极的表面磁场强度经增强后可达到0.6特斯拉。
[0098]
该印制绕组式轻量化电磁能量采集装置可以设置在拖拉机上，而且，机械增速单元100能够将拖拉机前桥的低幅摆动转化为连续且稳定的周期性往复旋转运动。
[0099]
如图7和图8所示，在本实施方式中，机械增速单元100构造为行星齿轮结构，其中，机械增速单元100包括：太阳轮101、行星轮102、齿圈103、行星架104、输入轴105和输出轴106。
[0100]
输入轴105配置为连接外部机械设备，输入轴105与行星架104固定连接，行星架104与行星轮102固定连接，行星轮102分别与太阳轮101、齿圈103通过齿轮啮合连接，输出轴106与太阳轮101固定连接，输出轴106能够将周向旋转运动传递至传动轴210。
[0101]
在实际应用中，机械增速单元100的输入轴105可以通过螺纹连接等方式与拖拉机前桥的中心孔连接，拖拉机前桥在运动时产生的低频往复摆动运动能够传递至机械增速单元100的输入轴105。之后，在行星齿轮结构的加速作用下，机械增速单元100的输出轴106能够产生连续且稳定的周期性往复旋转运动。
[0102]
相应地，机械增速单元100的输出轴106可以通过柔性联轴器与能量采集单元200的传动轴210连接，以使得该传动轴210能够进行连续且稳定的周期性往复旋转运动。由此，在传动轴210转动的过程中，能量采集单元200能够基于永磁体组230和印制绕组220之间的相对运动产生持续且稳定的电能。
[0103]
如图9所示，电路管理单元300包括依次连接的整流电路、稳压电路和储能电路，整流电路与印制绕组220电连接。
[0104]
其中，印制绕组220输出的u相、v相、w相分别经由同向设置的二极管d1、d2、d3接入电路的两端，形成为整流电路，之后，电路的两端之间设置有电容c1，形成为稳压电路，再之后，产生的电能传输至dc-dc模块和电容c2，形成为储能电路。
[0105]
可以理解，上述结构仅仅是示例性地说明，在实际应用中，电路管理单元300还需要根据具体的需求进行设置。
[0106]
无线传感单元400与电路管理单元300电连接，并且，无线传感单元400可以与电路管理单元300集成在同一个pcb电路板上，无线传感单元400包括以下之一：温度传感器、湿度传感器、无线信号发射器。示例性地，无线信号发射器可以为蓝牙传输装置。
[0107]
例如，在实际使用中，当无线传感单元400包括温度传感器和无线信号发射器时，机械设备在运动中产生的机械能被能量采集单元200转化为电能后，相应的电能被供给至温度传感器和无线信号发射器，温度传感器能够及时地检测当前机械设备所处环境的温度状态，无线信号发射器能够将相应的温度信息发送至终端服务器。
[0108]
可选地，当印制绕组220中的多个感应线圈通过pcb印刷的方式设置在pcb电路板上时，电路管理单元300也可以与该多个感应线圈集成在同一个pcb电路板上。
[0109]
由此可见，本实施方式中的印制绕组式轻量化电磁能量采集装置具有以下优点：
[0110]
(1)结构紧凑，装置轻便。本实施方式中的印制绕组采用了pcb印刷的方式或者丝网印刷的方式制造而成，相比于传统技术，取消了导磁铁芯的设计，有效地减小了装置的轴向体积，减轻了装置的重量。整个装置形状规则、易加工装配。
[0111]
(2)集成度高。采用多层板阵列的方式能够增加线圈匝数，弥补了单层板能量回收效果较低的缺陷，同时极大地提升了感应线圈的集成度，在占用较小空间的同时可以保证
获得最大取能效率。此外，还可以利用pcb板加工的优势，能够将后端能量管理电路及应用电路集成在感应线圈的后端，避免了冗杂、繁琐的线路布置。
[0112]
(3)适应性广。该装置中的机械增速单元能够将低频振动或者低转速旋转运动转化为高速且连续的周向旋转运动，能够将机械能有效地转化为电能，可以应用于诸如拖拉机等中小型农业机械设备上。
[0113]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0114]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。