[發明專利]一種永磁體和超磁致伸縮棒聯合采能的振動能量回收裝置

有效

• 申請號: 201810487358.X
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108631538B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 何忠波;柏果;薛光明;榮策;周景濤;鄭佳偉;王懷光
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02N2/18
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 韓紅艷

本發明涉及一種永磁體和超磁致伸縮棒聯合采能的振動能量回收裝置，包括管形外殼、上蓋、下蓋、柱形永磁體、拉簧、超磁致伸縮棒、設有外螺紋的伸縮棒護套、設有外螺紋的預緊螺蓋和不使用線圈骨架的線圈；本發明的永磁體和超磁致伸縮棒可同時采集振動能量，永磁體在運動過程中的撞擊力可產生更大應變，有利于產生更多位移，有效地增大了整個裝置的能量密度，使裝置輸出更大電能，且能適應更多頻率的振源；本發明采用彈簧?質量塊結構形式，無需安裝在固定的兩個零部件之間，只需固定在振動界面即可采集振源振動能量。

技術領域

本發明屬于清潔綠色能源利用技術領域，涉及一種永磁體和超磁致伸縮棒聯合采能的振動能量回收裝置。

背景技術

振動是自然環境和人類生活中都普遍存在的現象，其中蘊含的振動能量幾乎是一種無處不在的清潔能源。振動能較風能和太陽能無地域采集限制，較熱能具有可觀的能量轉化效率，若采用適當的裝置利用這些能源，對于人類緩解傳統化石能源日益匱乏的壓力具有重大意義。同時，振動能量會帶來噪聲污染和能源浪費，加速設備損耗，而利用振動能量回收裝置在采集能量的同時還能為振動提供阻力，既提高了能源利用率，也減少了振動的不良影響。振動能量回收即指利用特定的振動能量回收系統將振動能源轉化為可用能量的技術。而且依據能量轉化方式的不同，振動能量回收可大致分為靜電式、永磁式、壓電式和磁致伸縮式四種，有時采用兩者結合的組合形式。

電磁式（又稱永磁式）振動能量回收裝置在機電領域已經有廣泛應用。該類型能量回收裝置基于法拉第電磁感應定律，當外部振動引起采集線圈和永磁體之間相對移動時，導體內部磁通量變化而產生感應電動勢。電磁式振動能量回收技術成熟，低頻振動回收效果要優于壓電式裝置，且不同體積的電磁式結構可滿足不同的功率驅動需求。然而總體來看，該類型能量回收裝置的能量密度較低，使用效果并不理想。

磁致伸縮材料是一種智能磁性材料，在外界磁場作用下，該材料會發生形變，實現機械輸出。磁致伸縮振動能量回收技術基于材料的逆磁致伸縮效應，即材料承受外力發生變形時，內部磁化強度發生變化，采用電導體如線圈檢測該磁特性變化即可輸出電動勢。對比壓電陶瓷材料及傳統磁性材料Ni、Co，磁致伸縮材料具有室溫下磁致伸縮應變大、能量密度大、響應速度快、負載能力強、輸出力大、磁機耦合系數大、居里點溫度高等性能優勢，將超磁致伸縮材料用于能量回收，可實現振動能量回收系統的大功率輸出和長時間穩定工作。

偏置磁場、預緊力等因素對材料的輸出具有一定影響，由于對線圈和偏置磁場的需求，裝置體積較大而整體能量密度較低，設計的合理的磁路以提高裝置能量密度對提升裝置實用性至關重要，單純的電磁式能量回收裝置也具有此問題。此外，棒式裝置工作時需恰好夾在有相對位移的兩個部件之間，必須發生相對形變才能回收能量，部分環境難以滿足此安裝條件。如何調整裝置結構，充分利用偏置磁體和超磁致伸縮材料進行回收能量，且能適應任意振動環境十分重要。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種永磁體和超磁致伸縮棒聯合采能的振動能量回收裝置，它能克服當前電磁式及超磁致伸縮式能量回收裝置的能量密度低、不能回收多種頻率振源振動能量的缺陷，并能利用永磁體和超磁致伸縮棒聯合采能，將高能量密度的振動能量回收，同時能適應任意頻率振源。

為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種永磁體和超磁致伸縮棒聯合采能的振動能量回收裝置，包括管形外殼、上蓋、下蓋、柱形永磁體、拉簧、超磁致伸縮棒、設有外螺紋的伸縮棒護套、設有外螺紋的預緊螺蓋和不使用線圈骨架的線圈；

在管形外殼的上下兩端分別設有外螺紋，在上蓋和下蓋上分別設有內螺紋，上蓋和下蓋分別與管形外殼螺紋連接；在上蓋和下蓋上設有對稱的線圈上卡槽和線圈下卡槽；線圈由上蓋和下蓋夾緊定位；

所述柱形永磁體通過拉簧吊掛在上蓋底面的中心，且柱形永磁體位于線圈內；