專利名稱：振動發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著能源的減少和環(huán)境污染的加重，人們對新型環(huán)保供電方式的興趣不斷增加，能量采集技術(shù)是替代傳統(tǒng)供電方式的最有前途的方法之一。目前的能量采集技術(shù)研究熱點(diǎn)之一為振動發(fā)電技術(shù)，有很多學(xué)者開始研究小型振動發(fā)電機(jī)。振動無處不在，如人體的運(yùn)動、汽車的顛簸、樹葉的隨風(fēng)振動等。目前，上述振動通常被忽略，或者被機(jī)械減振器和其他減振設(shè)備吸收，也有人提出振動發(fā)電裝置，該振動發(fā)電裝置能把振動產(chǎn)生的能量收集起來并應(yīng)用于生活實(shí)際，該方式能有效減少對化學(xué)電池的依賴從而減少環(huán)境污染，例如為手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)等供電，這正是振動發(fā)電裝置具有較高研究價(jià)值和廣闊應(yīng)用前景的主要原因?，F(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)振動發(fā)電的一種方式是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)電，稱為電磁式振動發(fā)電裝置，傳統(tǒng)的電磁式振動發(fā)電裝置，內(nèi)部構(gòu)造各不相同例如專利申請?zhí)枮?00410067821.3的中國發(fā)明專利，共公開了一種振動發(fā)電機(jī)；專利申請?zhí)枮?00810230833. I的中國發(fā)明專利，公開了一種三維振動發(fā)電機(jī)；專利申請?zhí)枮?00710126703. 9的中國發(fā)明專利，公開了一種便攜式振動發(fā)電機(jī)；專利申請?zhí)枮?200610051677.3的中國發(fā)明專利，公開了一種磁場擠壓增強(qiáng)型振動發(fā)電機(jī)；以及，論文“新型永磁體外置式直線振動發(fā)電機(jī)性能研究”(浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，第41卷第 9 期，pp. 1604-1608)和論文“A micro electromagnetic generator for vibration energy harvesting” (JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING,17(2007), pp. 1257-1265),公開了一種新型永磁體外置式直線振動發(fā)電機(jī),該振動發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上均較難保證磁路中氣隙較小的要求，未能實(shí)現(xiàn)閉合磁路，依照電機(jī)有關(guān)理論可知其磁感應(yīng)強(qiáng)度低，磁路利用率不高，振動能量利用率不高。同時(shí)，上述有些公開文獻(xiàn)中電磁線圈利用率也是一個(gè)可以改善之處，電磁線圈中有較多部分不能有效切割磁力線并產(chǎn)生電動勢，大大影響發(fā)電效率。再如專利號為201020125287. 8的中國實(shí)用新型專利，公開了一種環(huán)繞式振動發(fā)電機(jī)，它的永磁體的四個(gè)S極呈十字對稱分布，其底部連接在一起并與N極連接，這對制造工藝有很高的要求，非常難制造；同時(shí)由于N極和S極之間安裝有線圈，整體及結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，即使能制造好永磁體，安裝也比較困難。并且，由于N極和S極之間隔著線圈，磁路中的氣隙還是比較大，可能會導(dǎo)致磁路中的磁通較弱，產(chǎn)生的電能較少，同樣存在發(fā)電效率較低的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的振動發(fā)電裝置的磁路利用率較低、發(fā)電效率較低、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、 制造安裝困難的不足，本發(fā)明提供一種提高磁路利用率、發(fā)電效率較高、結(jié)構(gòu)緊湊合理、便于制造安裝的振動發(fā)電裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種振動發(fā)電裝置，包括感應(yīng)線圈和線圈支架，所述振動發(fā)電裝置還包括外殼、兩片磁軛、滑動軸和振子，所述外殼設(shè)有圓形空腔，所述線圈支架位于所述圓形空腔的下端， 所述線圈支架包括上圓盤、中軸和下圓盤，所述感應(yīng)線圈套裝在所述中軸上，所述上圓盤外壁設(shè)有上扇形塊，所述下圓盤的外壁設(shè)有下扇形塊，以所述線圈支架的軸心為中心，所述上扇形塊和下扇形塊針對稱設(shè)置；所述圓形空腔的內(nèi)壁正對地設(shè)置兩片磁軛，所述磁軛包括上面部分和下面部分，兩片磁軛的上面部分的相對面上呈凹凸等寬的方齒，且兩片磁軛之間的方齒呈凹凸錯(cuò)位分布；一片磁軛的下面部分的上端設(shè)有上弧形凸塊，另一片磁軛的下面部分的下端設(shè)有下弧形凸塊，所述上扇形塊靠接在所述上弧形凸塊上，所述下扇形塊靠接在所述下弧形凸塊上；所述上圓盤上安裝滑動軸，所述滑動軸上安裝振子，所述滑動軸的上端與端蓋連接，所述端蓋安裝在所述圓形空腔的上端。所述振子包括上銜鐵、永磁體和下銜鐵，所述永磁體的上部連接上銜鐵，所述永磁體的下部連接下銜鐵，所述上銜鐵和下銜鐵的厚度與磁軛齒寬相等，所述永磁體的厚度為磁軛齒寬的偶數(shù)倍。通常會選擇永磁體的厚度為磁軛齒寬的2倍或4倍，當(dāng)然，也可以選擇其他偶數(shù)倍。本發(fā)明的磁軛齒寬是指齒頂?shù)膶挾?，齒頂?shù)膶挾扰c齒底的寬度相等。所述磁軛的橫截面呈120°扇形。當(dāng)然，也可以選擇其他的角度，例如90°。150°
坐寸ο所述端蓋的底面設(shè)有上緩沖墊，所述上圓盤的上端面設(shè)有下緩沖墊。所述緩沖墊可以選用泡沫墊。所述端蓋與圓形空腔的內(nèi)壁之間設(shè)置密封圈。所述密封圈采用橡膠圈，使得端蓋與外殼連接更加緊密。所述外殼上設(shè)有四根定位柱，其中，兩根定位柱卡住一片磁軛。當(dāng)然，也可以選用其他的定位方式。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為在振子上下振動過程中，上、下銜鐵和兩片磁軛的齒相對位置發(fā)生周期性變化，系統(tǒng)中磁路分布發(fā)生周期性變化，電磁線圈上的磁通發(fā)生周期性變化， 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電磁線圈上能得到感應(yīng)電壓，當(dāng)線圈匝數(shù)比較大時(shí)就能產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，由于振子在振動過程中，能形成閉合磁路，且電磁線圈感應(yīng)的磁通變化較快，電磁線圈上產(chǎn)生的電壓較大。本發(fā)明的有益效果提高了磁路的利用率，提高了線圈利用率，提高了發(fā)電效率； 且其結(jié)構(gòu)緊湊合理，易于制造安裝，適用范圍廣。


圖I是本發(fā)明的振動發(fā)電裝置的示意圖。
圖2是振動發(fā)電裝置的外部示意圖。
圖3是端蓋和振子的示意圖。
圖4是線圈支架的示意圖。
圖5是外殼的不意圖。
圖6是左磁軛的示意圖。
圖7是右磁軛的示意圖。圖8是兩片磁軛與線圈支架的裝配關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖I 圖8,—種振動發(fā)電裝置,包括感應(yīng)線圈I和線圈支架2,所述振動發(fā)電裝置還包括外殼13、左磁軛4、右磁軛5、滑動軸9和振子，所述外殼13設(shè)有圓形空腔，所述線圈支架2位于所述圓形空腔的下端，所述線圈支架2包括上圓盤、中軸和下圓盤，所述感應(yīng)線圈I套裝在所述中軸上，所述上圓盤外壁均設(shè)有上扇形塊，所述下圓盤的外壁均設(shè)有下扇形塊，以所述線圈支架2的軸心為中心，所述上扇形塊和下扇形塊針對稱設(shè)置；所述圓形空腔的內(nèi)壁正對地設(shè)置左磁軛4、右磁軛5，所述左磁軛4、右磁軛5均包括上面部分和下面部分，，兩片磁軛的上面部分的相對面上呈凹凸等寬的方齒，且兩片磁軛之間的方齒呈凹凸錯(cuò)位分布；右磁軛5的下面部分的上端設(shè)有上弧形凸塊，左磁軛4的下面部分的下端設(shè)有下弧形凸塊，所述上扇形塊靠接在所述上弧形凸塊上，所述下扇形塊靠接在所述下弧形凸塊上；所述上圓盤上安裝滑動軸4，所述滑動軸4上安裝振子，所述滑動軸4的上端與端蓋5 連接，所述端蓋5安裝在所述圓形空腔的上端。所述振子包括上銜鐵8、永磁體7和下銜鐵6，所述永磁體7的上部連接上銜鐵8， 所述永磁體7的下部連接下銜鐵6，所述上銜鐵8和下銜鐵6的厚度與磁軛齒寬相等，所述永磁體7的厚度為磁軛齒寬的偶數(shù)倍。通常會選擇永磁體的厚度為磁軛齒寬的2倍或4倍， 當(dāng)然，也可以選擇其他偶數(shù)倍。本發(fā)明的磁軛齒寬是指齒頂?shù)膶挾?，齒頂?shù)膶挾扰c齒底的寬度相等。所述磁軛3的橫截面呈120°扇形。當(dāng)然，也可以選擇其他的角度，例如90°。 150。等。所述端蓋5的底面設(shè)有下緩沖墊3，所述上圓盤的上端面設(shè)有上緩沖墊10。所述上緩沖墊和下緩沖墊均可以選用泡沫墊。所述端蓋12與圓形空腔的內(nèi)壁之間設(shè)置密封圈11。所述密封圈11采用橡膠圈， 使得端蓋與外殼連接更加緊密。所述外殼13上設(shè)有四根定位柱，其中，兩根定位柱卡住一片磁軛4、5。當(dāng)然，也可以選用其他的定位方式。本實(shí)施例中，振子相對于外殼13上下振動的過程中，磁力線的走向可分為下面分 5種情況 ①永磁體7下面的下銜鐵6與左磁軛4的齒頂相對時(shí)，該下銜鐵6與右磁軛5的齒底相對，永磁體7上面的上銜鐵8與右磁軛5齒頂相對且與左磁軛4的齒底相對。由于鐵磁材料傳遞磁力線的特性，磁力線由永磁體7的的N極發(fā)出，先后經(jīng)過永磁體7上面的上銜鐵8、氣隙、右磁軛5、線圈支架2、左磁軛4、氣隙和永磁體7下面的下銜鐵6回到永磁體 7的S極，形成閉合回路。②振子向上振動，當(dāng)永磁體7下面的下銜鐵6與左磁軛4的齒頂?shù)南鄬γ娣e大于與齒底的相對面積時(shí)，磁力線從永磁體7的N極發(fā)出，經(jīng)過上銜鐵8后，大部分磁力線經(jīng)過氣隙向右磁軛5走，再經(jīng)過線圈支架2、左磁軛4、氣隙、下銜鐵6，回到永磁體7的S極，但也有磁通經(jīng)上銜鐵8、左右氣隙、左右磁軛、左右氣隙、下銜鐵6，回到永磁體的S極。與情形① 相比，通過線圈支架的磁通減少了。③振子繼續(xù)向上繼續(xù)振動，當(dāng)永磁體7下面的下銜鐵6和左磁軛4的齒頂相對的面積跟與齒底相對的面積相等時(shí)，磁力線從永磁體7的N極發(fā)出，傳向上銜鐵8，再經(jīng)過氣隙分別傳向左右兩片磁軛，由于左右對稱性，左右磁力線向下走的部分相互抵消，即線圈支架 2上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為O。左右磁軛各自向下走的磁力線，分別經(jīng)過磁軛和氣隙傳到下銜鐵6， 再回到永磁體7的S極。④振子繼續(xù)向上振動，當(dāng)永磁體7下面的下銜鐵6和左磁軛4的齒頂?shù)南鄬γ娣e比與齒底相對面積小時(shí)。磁力線從永磁體7的N極發(fā)出，大部分磁通經(jīng)上銜鐵8、左右氣隙、 左右磁軛、左右氣隙、下銜鐵6，回到永磁體的S極。另有一部分磁通經(jīng)過上銜鐵8、氣隙、左磁軛4、線圈支架2、右磁軛5、氣隙、下銜鐵6，回到永磁體的S極。與情形②相比通過線圈支架的磁通方向相反。⑤振子繼續(xù)向上振動，當(dāng)永磁體7下面的下銜鐵6和左磁軛4的齒底對齊時(shí)，磁力線由永磁體7的N極發(fā)出，先后經(jīng)過永磁體7上面的上銜鐵8、氣隙、左磁軛4、線圈支架2、 右磁軛5、氣隙和永磁體7下面的下銜鐵6回到永磁體7的S極，形成閉合回路。此時(shí)的磁力線走勢跟情形①正好相反。根據(jù)上述分析，在振子振動的過程中，通過線圈支架的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向不斷變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理
Γ Αφ ABSηΛ其中，Vrail為線圈的感應(yīng)電壓，η為線圈的匝數(shù)，Δ φ為磁通量變化量，At為發(fā)生變化所用時(shí)間，ΛΒ為磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，S為線圈支架中心鐵心的截面積。因此，在振子振動的過程中，線圈磁通不斷變化，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。該振動能量收集裝置形成了閉合磁路，磁路利用率高；同時(shí)設(shè)計(jì)了多齒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致振子在一次振動中磁場可產(chǎn)生多次交變，使其在低頻的條件下就能產(chǎn)生較大的電壓。本發(fā)明中，除了振子沖擊力相當(dāng)大的時(shí)候，振子一般情況不會沖到下緩沖墊3和上緩沖墊10上面。這是由于當(dāng)振子位于磁軛上有齒一段的上邊緣或下邊緣并繼續(xù)向上或向下運(yùn)動時(shí)，齒對銜鐵的吸引力將阻止振子的運(yùn)動，并將其拉回有齒段；而在有齒段內(nèi)，磁軛上的齒對振子的吸引力左右對稱抵消，振子運(yùn)動不受影響。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，安裝比較方便；振子振動時(shí)，能形成閉合磁路， 磁路利用率聞，提聞發(fā)電效率。本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.一種振動發(fā)電裝置，包括感應(yīng)線圈和線圈支架，其特征在于所述振動發(fā)電裝置還包括外殼、兩片磁軛、滑動軸和振子，所述外殼設(shè)有圓形空腔，所述線圈支架位于所述圓形空腔的下端，所述線圈支架包括上圓盤、中軸和下圓盤，所述感應(yīng)線圈套裝在所述中軸上， 所述上圓盤外壁設(shè)有上扇形塊，所述下圓盤的外壁均有下扇形塊，以所述線圈支架的軸心為中心，所述上扇形塊和下扇形塊針對稱設(shè)置；所述圓形空腔的內(nèi)壁正對地設(shè)置兩片磁軛， 所述磁軛包括上面部分和下面部分，兩片磁軛的上面部分的相對面上呈凹凸等寬的方齒， 且兩片磁軛之間的方齒呈凹凸錯(cuò)位分布；一片磁軛的下面部分的上端設(shè)有上弧形凸塊，另一片磁軛的下面部分的下端設(shè)有下弧形凸塊，所述上扇形塊靠接在所述上弧形凸塊上，所述下扇形塊靠接在所述下弧形凸塊上；所述上圓盤上安裝滑動軸，所述滑動軸上安裝振子， 所述滑動軸的上端與端蓋連接，所述端蓋安裝在所述圓形空腔的上端。
2.如權(quán)利要求I所述的振動發(fā)電裝置，其特征在于所述振子包括上銜鐵、永磁體和下銜鐵，所述永磁體的上部連接上銜鐵，所述永磁體的下部連接下銜鐵，所述上銜鐵和下銜鐵的厚度與磁軛齒寬相等，所述永磁體的厚度為磁軛齒寬的偶數(shù)倍。
3.如權(quán)利要求I或2所述的振動發(fā)電裝置，其特征在于所述磁軛的橫截面呈120°扇形。
4.如權(quán)利要求I或2所述的振動發(fā)電裝置，其特征在于所述端蓋的底面設(shè)有上緩沖墊，所述上圓盤的上端面設(shè)有下緩沖墊。
5.如權(quán)利要求I或2所述的振動發(fā)電裝置，其特征在于所述端蓋與圓形空腔的內(nèi)壁之間設(shè)置密封圈。
6.如權(quán)利要求I或2所述的振動發(fā)電裝置，其特征在于所述外殼上設(shè)有四根定位柱， 其中，兩根定位柱卡住一片磁軛。
全文摘要
一種振動發(fā)電裝置，包括感應(yīng)線圈和線圈支架，所述振動發(fā)電裝置還包括外殼、兩片磁軛、滑動軸和振子，所述外殼設(shè)有圓形空腔，所述線圈支架位于所述圓形空腔的下端，所述線圈支架包括上圓盤、中軸和下圓盤，所述感應(yīng)線圈套裝在所述中軸上，所述圓形空腔的內(nèi)壁正對地設(shè)置兩片磁軛，所述磁軛包括上面部分和下面部分，兩片磁軛的上面部分的相對面上呈凹凸等寬的方齒，且兩片磁軛之間的方齒呈凹凸錯(cuò)位分布；所述上圓盤上安裝滑動軸，所述滑動軸上安裝振子，所述滑動軸的上端與端蓋連接，所述端蓋安裝在所述圓形空腔的上端。本發(fā)明提高磁路利用率、發(fā)電效率較高、結(jié)構(gòu)緊湊合理、便于制造安裝。
文檔編號H02K35/02GK102594082SQ20121003863
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者何熊熊, 張端 申請人:何熊熊, 張端