[發明專利]軸向磁場磁電式微發電機

有效

• 申請號: 201310142857.2
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN103280910A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 石庚辰;隋麗;杜琳;趙精晶
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02K5/04
• 分類號: H02K5/04;H02K1/17;H02K1/22;H02K3/04;H02K3/28
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;付雷杰

技術領域

本發明涉及一種磁電式微發電機，具體涉及一種軸向磁場磁電式微發電機，屬于能源開發技術領域。

背景技術

近年來微小型機電系統發展迅速，機電系統體積的縮小，要求能源供給裝置也要小型化。微能源器件可分為兩大類：微型化學電池和微發電機。微型化學電池目前存在的主要問題是自身攜帶能量有限，需要定期人為補充能量，自持力差。而微發電機則可以從環境中主動獲取能量，屬于自換能器，不需定期人為補充能量，同時自身無污染，因而有著良好的發展前景。

盤式永磁同步單相微發電機依靠風動渦輪轉化風能獲取環境能量，是一種高功率能量密度的能源器件。目前國內外此類微發電機均采用磁鐵磁軛轉動式，如英國倫敦帝國理工學院設計的軸流式氣動微型渦輪發電系統、美國加州大學伯克利分校設計的可變磁阻微發電機、法國LEG的研究小組設計的平面微發電機、美國佐治亞理工學院和麻省理工學院的合作設計的微發電機，該類微發電機體積大、結構復雜、轉化效率低。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種軸向磁場磁電式微發電機，該發電機結構簡單、體積小、功率密度大、啟動風速低、抗沖擊能力強。

本發明的軸向磁場磁電式微發電機，包括：渦輪、發電機外殼、上磁軛、下磁軛、上磁鐵、下磁鐵、線圈和中心軸；其中中心軸包括上連接軸、中連接軸和下連接軸。

所述發電機外殼為兩端開口的筒形結構，在發電機外殼2內表面的中間位置加工有環形凸起。

所述上磁軛為具有階梯狀中心孔的圓柱形結構；在其大孔徑所在側的端面上加工用于放置上磁鐵的環形凹槽，該環形凹槽外圓周面處的壁厚小于發電機外殼內表面環形凸起的厚度；所述上磁軛和上磁鐵通過磁力相互吸引固結為一個整體，形成發電機的上定子；所述下磁軛和下磁鐵采用相同的結構形成發電機的下定子。

所述上定子安裝在發電機外殼內部環形凸起的上表面；所述下定子安裝在發電機外殼內部環形凸起的下表面；其中上磁鐵和下磁鐵相對放置。

所述線圈為具有中心孔的圓盤形結構，其位于上定子與下定子之間，且線圈與上磁鐵和下磁鐵之間均有間隙；所述線圈的上表面和下表面各有一條輸出線，兩條輸出線在線圈上表面和下表面中心孔外圍分別繞成兩個平面環形結構。

所述上連接軸為由導電材料制成的階梯軸，上連接軸位于上磁軛的中心孔內，其軸徑較大端與上磁軛中心孔孔徑較大部分間隙配合；上連接軸的軸徑較大端的端部穿過上磁軛的中心孔與線圈上表面輸出線形成的環形結構緊密接觸；其軸徑較小端從頂部穿出上磁軛的中心孔，且上連接軸的軸肩與上磁軛中心孔的軸肩相對，并在兩軸肩之間安裝一圈滾珠；沿上連接軸的下端面在其中心加工帶有內螺紋的盲孔。

所述下連接軸為導電材料制成的階梯軸，其采用與上連接軸相同的方式安裝在下磁軛的中心孔內；其中下連接軸軸徑較大端的端部與線圈下表面輸出線形成的環形結構緊密接觸，其軸徑較小端的端部與下磁軛的下表面間有間隙；在下連接軸的中心加工帶有內螺紋的通孔，該通孔通過線圈中心孔與上連接軸中心的盲孔貫通。

帶有外螺紋的中間連接軸依次穿過下連接軸、線圈和上連接軸，與下連接軸和上連接軸上的內螺紋匹配連接；所述線圈為發電機的轉子。

所述渦輪同軸固接在上連接軸頂部位于發電機外殼之外的部分。

所述線圈包括m層線圈，其中m為大于等于2的偶數；每層線圈均為單相、同心式繞組平面環形線圈。

所述線圈中每一層線圈均由兩個以上外形為扇形的回形線圈繞其軸心相鄰排列而成，每一層線圈中的各個回形線圈相互串聯。

所述上定子和下定子與發電機外殼的連接處均采用過盈配合的安裝形式。

有益效果

本發明所設計的軸向磁場磁電式微發電機采用線圈轉動式結構，該結構的發電機具有結構簡單、體積小、功率密度大和抗沖擊能力強的優勢。具體為：

（1）將上磁軛和下磁軛分別作為發電機的上、下蓋板，能夠有效降低發電機的軸向結構尺寸。

（2）發電機的磁體安裝在外殼內部的環形凸起上，其所受沖擊力由外殼凸起來承受，提高了發電機的抗沖擊能力。

（3）在本發明中采用滾珠代替軸承，由滾珠承擔連接軸的導向和支撐作用，減小了軸向尺寸，降低了成本。

（4）由上下連接軸、滾珠，及上下磁軛構成的兩條輸出回路，簡化了結構；

（5）在本發明中磁軛與磁體相互吸引固結后作為定子，不僅形成發電機所需的磁回路，還起到支撐中心軸的作用，省去了專門的支撐結構，簡化了發電機結構，使得發電機的軸向尺寸進一步縮小。