本發(fā)明屬于振動能量采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器及制作方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的將振動能量轉(zhuǎn)化為電能的采集器比較少，一部分體積過大且笨重，不適合應(yīng)用于實(shí)際中去，而只作為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)做研究；還有一部分體積能夠做到較小，但其所轉(zhuǎn)換的電量太微弱，以至于對于其應(yīng)用范圍有限和應(yīng)用價值較??；并且現(xiàn)有的采集器結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，使用方法繁瑣，實(shí)用性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器，包括外殼、推桿、第一固定擋板、第二固定擋板、彈簧、多根固定桿和采集裝置；

所述的外殼的底部設(shè)置有推桿，外殼的內(nèi)部設(shè)置有第一固定擋板和第二固定擋板，第一固定擋板和第二固定擋板平行相對設(shè)置，并通過固定桿相連接，第一固定擋板的下表面設(shè)置有彈簧，彈簧的另一端與外殼的底面相連接；所述第一固定擋板與第二固定擋板之間的中部設(shè)置有采集裝置，推桿穿過外殼的底部和第一固定擋板，并與采集裝置的底部相接觸；

所述的采集裝置包括第一硅鋼片、第二硅鋼片、纏繞有感應(yīng)線圈的第三硅鋼片、纏繞有感應(yīng)線圈的第四硅鋼片、兩個磁鐵和導(dǎo)向套；所述兩個磁鐵的異性磁極端相對放置，內(nèi)部設(shè)置有形狀記憶合金的導(dǎo)向套設(shè)置在兩個磁鐵之間；第一硅鋼片、第二硅鋼片、第三硅鋼片和第四硅鋼片在兩個磁鐵外部圍成方形，第一硅鋼片和第二硅鋼片分別與兩個磁鐵的另一個磁極端相連接。

所述的形狀記憶合金采用磁控形狀記憶合金。

所述的用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的制作方法，包括以下步驟：

步驟1、設(shè)定形狀記憶合金的尺寸和磁場感應(yīng)強(qiáng)度閾值，根據(jù)所設(shè)定的尺寸和閾值，建立磁路三維模型，確定磁鐵的尺寸范圍，并在磁鐵的尺寸范圍內(nèi)選定體積最小的磁鐵作為采集器磁鐵；

步驟2、設(shè)定采集器運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)所設(shè)定的采集器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行電磁仿真，獲得實(shí)際磁場感應(yīng)強(qiáng)度；所述的采集器運(yùn)行參數(shù)包括形狀記憶合金的相對磁導(dǎo)率、硅鋼片相對磁導(dǎo)率、磁鐵的相對磁導(dǎo)率、磁鐵的矯頑力和空氣相對磁導(dǎo)率；

步驟3、判斷獲得的實(shí)際磁場感應(yīng)強(qiáng)度是否大于等于所設(shè)定的磁場感應(yīng)強(qiáng)度閾值，若是，執(zhí)行步驟4，否則，返回執(zhí)行步驟1，重新確定采集器磁鐵的尺寸；

步驟4、將當(dāng)前設(shè)置的采集器磁鐵的尺寸作為用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的磁鐵的尺寸，并進(jìn)一步確定用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的全部零件尺寸；

步驟5、根據(jù)確定的全部零件尺寸，進(jìn)行制造用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提出一種用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定新穎、體積較小，從而所占空間小，具有比其他裝置更強(qiáng)的安裝能力，使用方便，能夠在更多的微機(jī)電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，同時利用MSMA材料的伸縮效應(yīng)和維拉利效應(yīng)將振動能量轉(zhuǎn)換為幅值頻率可變的交流電壓，達(dá)到機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換的目的，轉(zhuǎn)換效果更好，并且制作方法簡單，實(shí)用性更大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的正視圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的剖視圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的制作方法流程圖；

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的磁通密度矢量圖；

其中，1為外殼，2為推桿，3為第一固定擋板，4為第二固定擋板，5為彈簧，6為固定桿，7為第一硅鋼片，8為第二硅鋼片，9為第三硅鋼片，10為第四硅鋼片，11為磁鐵，12為導(dǎo)向套，13為感應(yīng)線圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，一種用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器，包括外殼1、推桿2、第一固定擋板3、第二固定擋板4、兩個彈簧5、多根固定桿6和采集裝置；其中，

所述外殼1的底部固定設(shè)置有推桿2，推桿2能夠伸縮進(jìn)外殼1中，也可以伸出外殼1，方便安裝在振動裝置上；外殼1的內(nèi)部設(shè)置有第一固定擋板3和第二固定擋板4，第一固定擋板3和第二固定擋板4平行相對設(shè)置，并通過固定桿6相連接，第一固定擋板3的下表面設(shè)置有兩個輕質(zhì)彈簧5，兩個彈簧5的另一端均與外殼1的的底面相連接；所述第一固定擋板3與第二固定擋板4之間的中心部位設(shè)置有采集裝置，推桿2穿過外殼1的底部和第一固定擋板3，并與采集裝置的底部相接觸；

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的采集裝置包括第一硅鋼片7、第二硅鋼片8、第三硅鋼片9、第四硅鋼片10、兩個磁鐵11和導(dǎo)向套12；所述第一硅鋼片7和第二硅鋼片8的形狀為長方形，第三硅鋼片9和第四硅鋼片10的形狀為倒工字形，第三硅鋼片9和第四硅鋼片10中間的橫桿均纏繞有感應(yīng)線圈13；所述兩個磁鐵11的異性磁極端平行相對放置，導(dǎo)向套12設(shè)置在兩個磁鐵11之間，導(dǎo)向套12的左右兩端分別與兩個磁鐵11的異性磁極端相連接，導(dǎo)向套12內(nèi)部設(shè)置有形狀記憶合金；第一硅鋼片7、第二硅鋼片8、第三硅鋼片9和第四硅鋼片10在兩個磁鐵11外部圍成方形，第一硅鋼片7和第二硅鋼片8分別與兩個磁鐵11的與磁極端相對應(yīng)的另一端相連接，第三硅鋼片9和第四硅鋼片10分別與兩個磁鐵11的前后端相平行，并且第三硅鋼片9和第四硅鋼片10上的感應(yīng)線圈13分別與導(dǎo)向套12的前后端位置相對應(yīng)；

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的形狀記憶合金采用磁控形狀記憶合金(MSMA)，其形變溫度范圍一般在-100～200℃，能夠完全恢復(fù)的形變量可達(dá)6～8％，比超磁致伸縮材料Terfenol-D變形率高出約50倍，是一種兼有感知和驅(qū)動功能的新型材料；與溫控型形狀記憶合金(SMA)相比，磁控形狀記憶合金(MSMA)是近幾年出現(xiàn)的一種新型功能材料，該材料在馬氏體條件下外加磁場可以使其有較大的變形率，并具有形狀記憶功能，力能密度大，響應(yīng)頻率高；

本發(fā)明實(shí)施例中，所述的磁鐵11采用永磁體；

本發(fā)明實(shí)施例中，采用多根固定桿6將第一固定擋板3、第二固定擋板4、第一硅鋼片7、第二硅鋼片8、第三硅鋼片9、第四硅鋼片10和磁鐵11均進(jìn)行固定，增強(qiáng)穩(wěn)定性；

本發(fā)明實(shí)施例中，用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的制作方法，方法流程圖如圖3所示，包括以下步驟：

步驟1、采用尺寸為5mm*5mm*20mm的形狀記憶合金，該形狀記憶合金在磁場強(qiáng)度為0.5T以上的磁場中，其變化率較為顯著，因此設(shè)定磁場感應(yīng)強(qiáng)度閾值為0.5T，以所設(shè)定的尺寸和閾值為約束條件，利用有限元分析軟件ANSYS對磁場進(jìn)行仿真，建立磁路三維模型，確定磁鐵的尺寸范圍為大于5mm*10mm*25mm，并選定尺寸為5mm*10mm*25mm的磁鐵作為采集器磁鐵；

步驟2、設(shè)定采集器運(yùn)行參數(shù)，即ANSYS軟件進(jìn)行分析時的參數(shù)為：MSMA的相對磁導(dǎo)率為10(變化范圍為2～65)；硅鋼片的相對磁導(dǎo)率為10⁴；永磁體的相對磁導(dǎo)率為1.7507；磁鐵的矯頑力為1.5*10⁵A/m；空氣的相對磁導(dǎo)率為1；根據(jù)所設(shè)定的采集器運(yùn)行參數(shù)，獲得磁通密度矢量圖；

本發(fā)明實(shí)施例中，獲得的磁通密度矢量圖如圖4所示；

步驟3、判斷通過材料的磁場強(qiáng)度是否高于0.5T，若是，執(zhí)行步驟4，否則，返回執(zhí)行步驟1，根據(jù)實(shí)際情況重新確定采集器磁鐵的尺寸和參數(shù)；

本發(fā)明實(shí)施例中，將實(shí)際材料進(jìn)行磁場測量，獲得的實(shí)際磁場感應(yīng)強(qiáng)度為0.594T，大于所設(shè)定的磁場感應(yīng)強(qiáng)度閾值，達(dá)到了材料所需要的磁通量，因此執(zhí)行步驟4；

步驟4、將當(dāng)前設(shè)置的采集器磁鐵的尺寸作為用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的磁鐵的尺寸，并進(jìn)一步確定用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的全部零件尺寸；

本發(fā)明實(shí)施例中，確定的全部零件尺寸為：導(dǎo)向套的尺寸為7mm*6mm*20mm；第一硅鋼片和第二硅鋼片的尺寸為25mm*18mm；第三硅鋼片和第四硅鋼片中間的橫桿的長度均為13mm，寬度為9mm；第一固定擋板的尺寸為49mm*34mm，中間有14mm*14mm的開口，第二固定擋板的尺寸為50mm*35mm，中間有一處凸出，長寬高分別為7mm、7mm、2.5mm；

步驟5、根據(jù)確定的全部零件尺寸，進(jìn)行制造用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器；

本發(fā)明實(shí)施例中，用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器的使用方法為：將用于將振動能量轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集器放置在振動裝置上，振動裝置振動時MSMA材料與推桿撞擊，由于壓力使MSMA材料產(chǎn)生形變，從而改變磁通量的變化，感應(yīng)線圈的電流也隨之改變，借助MSMA材料的維拉利效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了獲取幅值頻率可變的交流感應(yīng)電壓的目的。