[發(fā)明專利]采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動能量采集器

在審

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• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104393736A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王四棋;李德才
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 董琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)電裝置領(lǐng)域，具體的說，本發(fā)明涉及采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動能量采集器。

背景技術(shù)

機(jī)械振動能是環(huán)境中普遍存在的一種能量，該類能量采集器主要有靜電式、壓電式和電磁式，相比之下，電磁式具有結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)電量大、無需外電源等優(yōu)點。平面振動是一種常見的振動形式，該形式振動能量的獲取，同樣需要先設(shè)計一種平面振動能的拾取系統(tǒng)。常見的彈簧和永磁質(zhì)量塊的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)具有抗疲勞性差、噪聲大等不足。磁性彈簧多利用磁鐵同極斥力而設(shè)計，該結(jié)構(gòu)為了增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通常需要增加導(dǎo)桿或套筒等永磁鐵導(dǎo)向裝置，這樣會增加永磁鐵與導(dǎo)向裝置的摩擦，降低其拾振性能。

磁性液體是一種由包覆有表面活性劑的納米鐵磁性或亞鐵磁性顆粒分散于液態(tài)載液中形成的穩(wěn)定的膠態(tài)懸浮液，磁性液體二階浮力原理是指磁性液體可以將沉浸在其中的比重比其自身大的永久磁鐵懸浮起來，這樣可以改變久磁鐵和與其接觸面間的摩擦形式，即由固體間摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橐汗涕g摩擦，且僅有少量磁性液體與避免接觸，使得吸附有磁性液體的永磁鐵對慣性力敏感度較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

現(xiàn)有平面振動能量采集器的拾振系統(tǒng)多采用彈簧與永磁鐵的機(jī)械連接，表現(xiàn)出抗疲勞性差、噪聲大等不足，穩(wěn)定性較差，且拾振系統(tǒng)靈敏度相對不高，采能效率較低。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動能量采集器，該裝置包括端蓋、磁性液體、殼體、柱狀永磁鐵、永磁片、墊蓋、感應(yīng)線圈。

將端面吸附有磁性液體的柱狀永磁鐵裝入殼體內(nèi)，殼體與端蓋通過螺紋連接，端蓋內(nèi)側(cè)有一階梯圓柱，該階梯圓柱上纏繞有感應(yīng)線圈，通過螺紋將墊蓋與殼體連接，墊蓋內(nèi)底面剛性連接有永磁片，柱狀永磁鐵和永磁片的磁極沿軸向同名磁極同向而置。

所述殼體、端蓋、墊蓋均為非導(dǎo)磁材料。

所述墊蓋與殼體通過螺紋連接，使得柱狀永磁鐵和永磁片間的距離可調(diào)，依此調(diào)節(jié)柱狀永磁鐵和永磁片間的吸引力，進(jìn)而調(diào)節(jié)該能量采集器對應(yīng)拾振系統(tǒng)的固有頻率。

柱狀永磁鐵在磁性液體作用下懸浮于殼體內(nèi)，利用永磁鐵間吸引力所提供的回復(fù)力，柱狀永磁鐵作為慣性質(zhì)量塊響應(yīng)振動，且相對感應(yīng)線圈產(chǎn)生運動，引起感應(yīng)線圈中磁通量的變化，產(chǎn)生電能。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果：

該能量采集器能夠?qū)崿F(xiàn)對來自平面形式振動能的采集，且具有結(jié)構(gòu)簡單、耐疲勞、無噪等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的剖視圖。

圖中：端蓋1、磁性液體2、柱狀永磁鐵3、殼體4、永磁片5、墊蓋6、感應(yīng)線圈7。

圖2為該采集器對應(yīng)的拾振系統(tǒng)模型圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動能量采集器，如圖1所示。該裝置包括端蓋1、磁性液體2、柱狀永磁鐵3、殼體4、永磁片5、墊蓋6、感應(yīng)線圈7。將端面吸附有磁性液體2的柱狀永磁鐵3裝入殼體4內(nèi)，柱狀永磁鐵3在磁性液體2作用下懸浮于殼體4內(nèi)，殼體4與端蓋1通過螺紋連接，端蓋1內(nèi)側(cè)有一階梯狀圓柱，其圓周面分布有感應(yīng)線圈7；通過螺紋將墊蓋6與殼體4連接，墊蓋6內(nèi)底面剛性連接永磁片5，柱狀永磁鐵3和永磁片5的同名磁極沿軸向同向而置。

利用永磁材料間吸引力所提供的回復(fù)力而使得柱狀永磁鐵3慣性塊在中心位置運動，從而引起感應(yīng)線圈7與永磁片5間的相對運動，使得感應(yīng)線圈7中產(chǎn)生電能。

圖2為該能量采集器對應(yīng)的拾振系統(tǒng)模型圖，為二階質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)，在外界振動位移y(t)作用下，質(zhì)量塊m響應(yīng)振動對應(yīng)的運動微分方程為：