[發(fā)明專利]電磁式振動發(fā)電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210499462.3
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103001449A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張端;林晨寬;何熊熊
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種振動發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

近年來，人們對新型環(huán)保供電方式的興趣不斷增加，能量采集技術(shù)是替代傳統(tǒng)供電方式的最有前途的方法之一，受到很多學(xué)者關(guān)注，例如，可以收集環(huán)境中的磁能供無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用。自然界中振動無處不在，如海浪波動，人行走時產(chǎn)生上下振動，汽車顛簸，樹枝隨風(fēng)搖擺等，其振動能量通常被忽略，或者被減震器等設(shè)備吸收。如果把振動產(chǎn)生的能量收集起來，替代電池為一些低功耗設(shè)備如微型傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供電，既減少電池造成的環(huán)境污染又突破了電池壽命對上述節(jié)點(diǎn)造成的使用壽命限制，因此振動能量收集成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。

根據(jù)能量收集原理的不同，現(xiàn)有裝置可大致分為電磁式、壓電式和靜電式3種形式。就振動發(fā)電而言，普遍認(rèn)為，鑒于尺寸效應(yīng)上的特點(diǎn)，利用靜電振動發(fā)電的原理僅適合在微尺寸下作振動發(fā)電裝置；從發(fā)電功率來看，較其他兩種方式也有較大差距。有人比較了電磁式和壓電式振動能量收集裝置，結(jié)果顯示當(dāng)振動頻率較高、加速度較大時壓電式表現(xiàn)較好；而振動頻率較低、加速度較小時則是電磁式表現(xiàn)則較好。就本文所關(guān)心的波浪振動、行走振動和樹枝搖擺來說，其振動頻率約為1Hz到4Hz，比較適合采用電磁式振動能量收集原理。

傳統(tǒng)的電磁式振動發(fā)電裝置的內(nèi)部構(gòu)造各不相同，但是大多數(shù)振動發(fā)電裝置未注意到形成閉合磁路，振動利用率低，效率非常低?；蛘哂行┯捎谥圃?、安裝困難等原因不利于實(shí)現(xiàn)。例如專利申請?zhí)枮?00610051677.3的中國發(fā)明專利，公開了一種磁場擠壓增強(qiáng)型振動發(fā)電機(jī)；以及，論文Electromagnetic?generator?for?harvesting?energy?from?human?motion”(Sensors?and?Actuators?A:?Physical，VOL.?147,?pp.248-253)和論文“Analytical?model?of?a?vibrating?electromagnetic?harvester?consi-?dering?nonlinear?effects”(IEEE?TRANSACTIONS?ON?POWER?ELEC-?TRONICS，VOL.?25,?NO.?8,?pp.1989-1997），公開了兩種新型永磁體外置式直線振動發(fā)電機(jī)，該振動發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上均較難保證磁路中氣隙較小的要求，未能實(shí)現(xiàn)閉合磁路，依照電機(jī)原理的有關(guān)理論知識可知其磁感應(yīng)強(qiáng)度低，永磁體利用率不高，大大影響發(fā)電效率。再如專利號為?201020125287.8的中國實(shí)用新型專利，公開了一種環(huán)繞式振動發(fā)電機(jī)，它的永磁體的四個S極呈十字對稱分布，其底部連接在一起并與N極連接，這對制造工藝有很高的要求，非常難制造；同時由于N極和S極之間安裝有線圈，整體及結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，即使能制造好永磁體，安裝也比較困難。并且，由于N極和S極之間隔著線圈，磁路中的氣隙還是比較大，可能會導(dǎo)致磁路中的磁通較弱，產(chǎn)生的電能較少，同樣存在發(fā)電效率較低的技術(shù)問題。論文“低頻振動能量收集裝置的設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬”（傳感器技術(shù)學(xué)報(bào),?2012,?25(9):?1268-1273）公開了一種形成閉合磁路、無彈簧并且效率較高的振動發(fā)電裝置，該裝置在振動過程中，其左右兩磁軛對振子的吸引力在周向上能平衡，但從軸向來說兩吸引力將在振子上產(chǎn)生扭矩，如果振子與導(dǎo)軌間的潤滑不良時該扭矩形成的摩擦將在一定程度上影響振子的自由振動。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有電磁式振動發(fā)電裝置的磁路利用率較低、發(fā)電效率不高的不足，本發(fā)明提供一種振動阻力小、磁路利用率較高、發(fā)電效率較高的電磁式振動發(fā)電裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：?

一種電磁式振動發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼內(nèi)安裝可上下滑動的振子，所述振動發(fā)電裝還包括四個感應(yīng)線圈、前后左右四片磁軛、上磁軛支架和下磁軛支架；所述外殼為一有底的圓筒形，所述外殼為非磁性材料制成，所述圓筒形內(nèi)側(cè)壁上均勻分布著四條導(dǎo)軌，所述振子可滑動地安裝在導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌在徑向上最小尺寸小于磁軛上凸起方齒的齒頂?shù)陌霃?，所述外殼?nèi)自下而上依次布置下磁軛支架、磁軛、振子、上磁軛支架、感應(yīng)線圈和軛頂；

所述磁軛為軟磁材料制成，四個沿外殼空腔周向相鄰對稱分布，所述磁軛包括上面部分和下面部分，所述磁軛上面部分中由上至下包括圓柱形限位塊、線圈軸和扇形限位塊，所述四個感應(yīng)線圈套分別纏繞于所述四個線圈軸上，感應(yīng)線圈在軸向上受到圓柱形限位塊和扇形限位塊的限位，所述磁軛的下面部分有一段凹凸等寬的方齒，處于相對位置的兩片磁軛完全相同，而處于相鄰位置的磁軛其方齒的呈凹凸錯位分布。