[發(fā)明專(zhuān)利]一種球形陣列式永磁體振動(dòng)能量采集器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210574939.3
• 申請(qǐng)日: 2022-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114865873A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王四棋;陳龍;朱海;袁芳;李德才
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02K35/02
• 分類(lèi)號(hào): H02K35/02
• 代理公司: 北京市誠(chéng)輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 楊帥峰;岳東升

本發(fā)明公開(kāi)了一種球形陣列式永磁體振動(dòng)能量采集器，該采集器主要由大非導(dǎo)磁空心球體和滾動(dòng)凹槽組成，且二者上分別分布有有限個(gè)永磁體和感應(yīng)線圈，大非導(dǎo)磁空心球體上位于滾動(dòng)凹槽內(nèi)，二者可以發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中振動(dòng)源來(lái)自滾動(dòng)凹槽響應(yīng)外界的低頻振動(dòng)，如波浪能、人體運(yùn)動(dòng)能等，滾動(dòng)凹槽底側(cè)的感應(yīng)線圈感應(yīng)非導(dǎo)磁空心球體內(nèi)因滾動(dòng)提供的交變磁場(chǎng)而產(chǎn)生電能。該采集器針對(duì)擺動(dòng)型或復(fù)合型低頻振動(dòng)源，能夠提供可靠、穩(wěn)定的采集能。

技術(shù)領(lǐng)域

所述發(fā)明涉及振動(dòng)能量采集領(lǐng)域，主要針對(duì)復(fù)合型振動(dòng)源和擺動(dòng)型振動(dòng)源，例如波浪能量、人體手臂擺動(dòng)能量等。

背景技術(shù)

目前能量采集裝置被認(rèn)為是代替化學(xué)電池用于低功耗機(jī)電設(shè)備的主要新型供電方式，針對(duì)于低功耗的傳感設(shè)備等，拾取環(huán)境中的機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的采集方式已經(jīng)有了一定的發(fā)展，其中電磁式振動(dòng)能量采集系統(tǒng)由于其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究。現(xiàn)有的電磁采能結(jié)構(gòu)是根據(jù)振動(dòng)源的某一振動(dòng)方向設(shè)計(jì)的，主要有平面運(yùn)動(dòng)型、豎直運(yùn)動(dòng)型。但是對(duì)于擺動(dòng)型振動(dòng)源，例如人體走路時(shí)手臂或腿部的運(yùn)動(dòng)，不僅有水平運(yùn)動(dòng)也有上下運(yùn)動(dòng)，是一種擺動(dòng)型的復(fù)合振動(dòng)形式，還有海洋波浪振動(dòng)，同樣也是橫波和縱波的復(fù)合振動(dòng)，水平型和豎直型的單一采能結(jié)構(gòu)都不能充分地采集振動(dòng)能量。另外振動(dòng)源的低頻特性也使得電磁式振動(dòng)能量采集器無(wú)法完全拾振，以致于能量轉(zhuǎn)化效率較低。因此需要設(shè)計(jì)一種適合于低振動(dòng)頻率的擺動(dòng)型或復(fù)合型振動(dòng)工況的電磁能量采集結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所需要解決的問(wèn)題是，現(xiàn)有的電磁式振動(dòng)能量采集結(jié)構(gòu)無(wú)法充分采集和轉(zhuǎn)化擺動(dòng)型和復(fù)合型振動(dòng)形式的能量，且輸出能量密度低，另外單個(gè)永磁體在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的磁通量變化量小，輸出電壓不足，無(wú)法為低功耗設(shè)備進(jìn)行供電。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

設(shè)計(jì)一種球形陣列式永磁體振動(dòng)能量采集器，該裝置包括大非導(dǎo)磁空心球體、小非導(dǎo)磁空心球體、滾動(dòng)凹槽、永磁體、線圈架、感應(yīng)線圈，其中大非導(dǎo)磁空心球體帶有永磁體定位柱，永磁體陣列放置于永磁體定位柱上，滾動(dòng)凹槽帶有非導(dǎo)磁彈性圍板和線圈架定位孔，線圈架定位孔均勻分布在滾動(dòng)凹槽底側(cè)，且分布方式與永磁體陣列方式相同。

所述永磁體是圓盤(pán)空心狀永磁體，其內(nèi)徑與永磁體定位柱大小一致，并通過(guò)大非導(dǎo)磁空心球體內(nèi)腔的永磁體定位柱固定，相鄰陣列的永磁體磁極相反布置，且利用小非導(dǎo)磁空心球體防止永磁體發(fā)生軸向竄動(dòng)。

所述大非導(dǎo)磁空心球體上下半球各有分布均勻的永磁體定位柱，且上下半球可利用鎖緊裝置鎖緊，鎖緊裝置可通過(guò)螺紋、卡扣等方式實(shí)現(xiàn)，大非導(dǎo)磁空心球體外表面需盡量光滑。

所述滾動(dòng)凹槽其凹面作為球形振子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，曲率可根據(jù)振動(dòng)源的振幅、頻率等進(jìn)行設(shè)計(jì)和更改，使能量采集器固有頻率與振動(dòng)源頻率一致，達(dá)到共振效果，提高能量采集效率。

所述線圈架通過(guò)線圈架定位孔固定在滾動(dòng)凹槽底側(cè)，線圈架外形與滾動(dòng)凹槽凸面曲率相同，線圈架按照永磁體陣列方式分布在滾動(dòng)凹槽底側(cè)。

所述感應(yīng)線圈均勻多匝纏繞在線圈架中，且外徑與永磁體外徑大小相同，當(dāng)球形振子在滾動(dòng)凹槽中發(fā)生滾動(dòng)時(shí)，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得感應(yīng)線圈產(chǎn)生電壓，將多組感應(yīng)線圈串聯(lián)可輸出更大的感應(yīng)電壓。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果：

該永磁體發(fā)電裝置采取陣列永磁體可以增加線圈中磁通量的變化率，提高能量密度；并利用球體作為振子使摩擦損耗進(jìn)一步降低，提高能量轉(zhuǎn)化效率；通過(guò)滾動(dòng)凹槽使發(fā)電裝置更加利于對(duì)擺動(dòng)型和復(fù)合型振動(dòng)源的能量拾取和轉(zhuǎn)化，提高輸出功率；非導(dǎo)磁彈性圍板可以有效較少振子與內(nèi)壁碰撞的能量損失。

附圖說(shuō)明

圖1為球形陣列式永磁體振動(dòng)能量采集器的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖中：大非導(dǎo)磁空心球體1、小非導(dǎo)磁空心球體2、滾動(dòng)凹槽3、永磁體4、永磁體定位柱5、感應(yīng)線圈6、線圈架7、線圈架定位孔8 螺釘9，非導(dǎo)磁彈性圍板10。