[發(fā)明專利]高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置

在審

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• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105529899A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 曹曉勇;田珺;高玉恒;張真銘;閆建勇;王偉;李娟娟;梁思韜
• 申請（專利權）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)山西省電力公司呂梁供電公司
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;吳立

技術領域

本發(fā)明涉及一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，屬于電磁發(fā)電技術領域。

背景技術

近年來，隨著無線電通訊與微機電系統(tǒng)(Mi-cor-Elect-MechanicalSystem,MEMS)技術的不斷發(fā)展，使得微電子設備，微傳感器和可攜帶電子器件等微型機電設備的應用范圍不斷擴大，尤其在嵌入式系統(tǒng)，人體健康檢測系統(tǒng)，環(huán)境控制系統(tǒng)，聲納系統(tǒng)，以及軍事安全應用系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應用。通常，這些設備依靠傳統(tǒng)電池提供能量，如鋰聚合物電池，鎳氫電池等，但傳統(tǒng)電池存在明顯的缺陷：

(1)相對于微型機電設備其體積仍然較大，限制了微型機電設備的進一步微型化；

(2)電池化學毒性污染嚴重；

(3)供能壽命有限。

由于傳統(tǒng)電池這些的缺陷，各國研究者研究從周圍環(huán)境中收集能量，目的是取代傳統(tǒng)電池為微型機電設備供電。通常把利用一種技術從周圍環(huán)境中獲取能量并將其轉(zhuǎn)化為可利用能量的過程稱作能量收集，由于環(huán)境中機械振動是最為常見且廣泛存在的一種能量存在形式，通過能量收集技術收集振動能，用于補充或取代電池具有極大的運用前景。

21世紀以來，該研究方向已成為國際上的研究熱點，目前各國研究者提出的振動能量收集技術主要包括：電磁式能量收集技術，靜電式能量收集技術，壓電式能量收集技術，磁致伸縮式能量收集技術以及復合式能量收集技術。靜電式能量收集器一般需要被引導，即它在開始產(chǎn)生電能之前，需要一個外部電源在可變電容之間產(chǎn)生原始電壓差。壓電式能量收集技術的機理是基于壓電材料的正壓電效應把振動能轉(zhuǎn)化為電能。當受到某固定方向外力作用時，壓電材料會產(chǎn)生形變，內(nèi)部產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時在兩個表面上產(chǎn)生等量異號的束縛電荷，電荷的面密度與所受外力的大小成正比，當外力撤去后，又恢復到不帶電的狀態(tài)，當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變，由此將機械振動能轉(zhuǎn)換為電能。但是目前壓電效應轉(zhuǎn)化的效率特別低，無法滿足無線傳感網(wǎng)絡的要求。

電磁式能量收集技術是把外界隨機的機械振動轉(zhuǎn)化為線圈回路或永磁體的運動，實現(xiàn)兩者之間的相對運動，從而使線圈回路內(nèi)磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電動勢。相對靜電式和壓電式能量收集技術，它的要求較低，不需要外部電源，效率也比壓電式相對高，但是現(xiàn)階段的電磁式發(fā)電機也有相當大的缺陷：（1）只能在唯一頻率特定達到最大輸出電壓與功率，如果環(huán)境振動頻率偏離設計頻率一點，所產(chǎn)生的電力急劇下降。（2）所產(chǎn)生的電能還是相對較低；（3）功率輸出不連續(xù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種對環(huán)境振動頻率要求不高，產(chǎn)生電能較高，功率輸出連續(xù)的高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，包括殼體，以及位于殼體內(nèi)部的拾振系統(tǒng)和感應線圈，所述拾振系統(tǒng)位于所述感應線圈內(nèi)部，所述拾振系統(tǒng)包括多個拾振彈簧，每個拾振彈簧的一端與殼體相連，另一端分別固定連接一個永磁鐵，所述多個拾振彈簧的振動方向與所述線圈的軸線方向平行。

所述多個拾振彈簧具有至少三組共振頻率。

所述感應線圈纏繞在所述殼體內(nèi)壁，所述感應線圈具有多層。

所述殼體為圓柱形，所述感應線圈纏繞在所述圓柱形殼體內(nèi)壁上。

所述永磁鐵的另一端與所述殼體之間設置有緩沖裝置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：本發(fā)明采用的拾振系統(tǒng)由多個磁鐵-彈簧裝置構成的。每個磁鐵都有自己特定的固定共振頻率，線圈是靜止的，磁鐵運動產(chǎn)生電動勢，當周圍環(huán)境有微振動時，每個磁鐵振動使線圈中產(chǎn)生電動勢,由于與每個磁鐵相連的彈簧具有不同的共振頻率,本發(fā)明的電磁發(fā)電裝置對環(huán)境振動的頻率要求不高,可以彌補現(xiàn)有技術中的電磁發(fā)電裝置具有的電壓不穩(wěn)定和功率不連續(xù)的缺點,即使環(huán)境頻率變化時,其產(chǎn)生的電能也不會急劇下降,并且,產(chǎn)生的電能也比現(xiàn)有技術大很多，總的電能可以為無線傳感系統(tǒng)提供動力，這樣可以確保無線傳感系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的工作。

附圖說明

圖1為單個磁鐵—彈簧裝置的簡化示意圖；

圖2為單個磁鐵—彈簧裝置的輸出電壓和功率隨外界振動頻率變化的曲線圖；

圖3為本發(fā)明的電磁發(fā)電裝置的結(jié)構示意圖；

圖4為本發(fā)明的電磁發(fā)電裝置的輸出電壓和功率隨外界振動頻率變化的曲線圖。

具體實施方式

為了進一步了解本發(fā)明的實質(zhì)性特點，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。