采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)能量采集器的制造方法
【專利摘要】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(dòng)能量采集器，該采集器選用的拾振系統(tǒng)由兩端吸附有磁性液體的柱狀永磁鐵和位于殼體外側(cè)的永磁片組成，將永磁間的吸引力作為回復(fù)力，柱狀永磁鐵因吸附有磁性液體而懸浮于殼體內(nèi)，并作為慣性質(zhì)量塊響應(yīng)外界振動(dòng)。感應(yīng)線圈纏繞于端蓋內(nèi)側(cè)的階梯圓柱上，隨著殼體內(nèi)永磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，而感應(yīng)出電能，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能的采集。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，可高效采集各種平面形式的振動(dòng)能。
【專利說(shuō)明】采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)能量采集器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)電裝置領(lǐng)域，具體的說(shuō)，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(dòng)能量采集器。

【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)械振動(dòng)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(jiǎn)單、發(fā)電量大、無(wú)需外電源等優(yōu)點(diǎn)。平面振動(dòng)是一 種常見(jiàn)的振動(dòng)形式，該形式振動(dòng)能量的獲取，同樣需要先設(shè)計(jì)一種平面振動(dòng)能的拾取系統(tǒng)。 常見(jiàn)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(jì)，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(huì)增加永磁鐵與導(dǎo)向裝置的摩擦，降低其拾振性能。
[0003] 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(lái)，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(duì)慣性力敏感度較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：
[0005] 現(xiàn)有平面振動(dòng)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(duì)不高，采能效率較低。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)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。
[0008] 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(guò)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(guò)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。
[0009] 所述殼體、端蓋、墊蓋均為非導(dǎo)磁材料。
[0010] 所述墊蓋與殼體通過(guò)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(duì)應(yīng)拾振系統(tǒng)的固有頻率。
[0011] 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(dòng)，且相對(duì)感應(yīng)線圈產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，引起感應(yīng)線圈中磁通 量的變化，產(chǎn)生電能。
[0012] 本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果：
[0013] 該能量采集器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)來(lái)自平面形式振動(dòng)能的采集，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐疲勞、 無(wú)噪等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的剖視圖。
[0015] 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。
[0016] 圖2為該采集器對(duì)應(yīng)的拾振系統(tǒng)模型圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0018] 采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)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(guò)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(guò)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。
[0019] 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(yùn)動(dòng)，從而引起感應(yīng)線圈7與永磁片5間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得感應(yīng)線圈7中產(chǎn)生電能。
[0020] 圖2為該能量采集器對(duì)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(dòng)位移y(t)作用下，質(zhì)量塊m響應(yīng)振動(dòng)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為：
[0021] mz{t) + cz{t) + kz{t) - -my(t)
[0022] 其中，z (t)為質(zhì)量塊相對(duì)殼體支架的位移，c、k分別為阻尼系數(shù)和等效磁簧的彈 性系數(shù)。阻尼系數(shù)Ct = Cl+ce，阻尼系數(shù)C1主要為磁性液體2與殼體4和端蓋1內(nèi)壁之間 接觸面的粘性阻尼系數(shù)，C e為電磁阻尼系數(shù)。根據(jù)能量守恒定律，可知從振動(dòng)源傳遞給電磁 阻尼的瞬時(shí)功率為i? = ?,μ(〇]2,該功率即為采集到的電功率。
[0023] 所述端蓋1、殼體4、墊蓋6均為非導(dǎo)磁材料，如鋁合金、尼龍、奧氏體不銹鋼等。
[0024] 所述磁性液體可選酯基磁性液體、煤油基磁性液體、機(jī)油基磁性液體。
[0025] 該能量采集器所采用的拾振系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的阻尼形式有粘性阻尼和電磁阻尼，因此該 能量采集器也可應(yīng)用于減振。
【權(quán)利要求】
1. 采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)能量采集器，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); 上述各部分之間的連接：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)，殼體（4)與端蓋（1)通過(guò)螺紋連接，端蓋（1)內(nèi)側(cè)有一階梯圓柱，該階梯圓柱上纏繞有 感應(yīng)線圈（7);通過(guò)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)。 其特征在于：柱狀永磁鐵（3)在磁性液體（2)作用下懸浮于殼體（4)內(nèi)，利用永磁材料 間吸引力所提供的回復(fù)力，柱狀永磁鐵（3)作為慣性質(zhì)量塊響應(yīng)外界振動(dòng)，且相對(duì)感應(yīng)線 圈（7)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，引起感應(yīng)線圈（7)中磁通量的變化，產(chǎn)生電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)能量采集器，其 特征在于所述柱狀永磁鐵（3)和永磁片（5)共軸線，且同名磁極同向而置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)能量采集器，其 特征在于端蓋（1)、殼體（4)、墊蓋（6)均為非導(dǎo)磁材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用磁性液體和永磁鐵組合結(jié)構(gòu)的平面振動(dòng)能量采集器，其 特征在于殼體（4)與墊蓋（6)通過(guò)螺紋連接，使得柱狀永磁鐵和永磁片間的距離可調(diào)。
【文檔編號(hào)】H02K35/02GK104393736SQ201410686191
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】王四棋, 李德才 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)