滾動(dòng)振子直線振動(dòng)能量收集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及能量收集裝置，尤其是一種電磁式振動(dòng)能量收集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或分布式小系統(tǒng)供電問(wèn)題是一個(gè)難點(diǎn)。而振動(dòng)是自然界的一種能量存在形式。例如海面的波浪，樹枝在風(fēng)吹動(dòng)下的擺動(dòng)，顛簸的車輛等。振動(dòng)發(fā)電是將各種振動(dòng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，是一種有潛力的無(wú)污染、不消耗自然資源的新型發(fā)電裝置，適合于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或分布式小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)采用。
[0003]實(shí)現(xiàn)振動(dòng)發(fā)電的一種方式是電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)電。以往的電磁感應(yīng)振動(dòng)發(fā)電裝置，內(nèi)部構(gòu)造各不相同。申請(qǐng)?zhí)枮?00410067821.3的振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00810230833.1的三維振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00710126703.9的便攜式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00610051677.3的磁場(chǎng)擠壓增強(qiáng)型振動(dòng)發(fā)電機(jī)。論文“新型永磁體外置式直線振動(dòng)發(fā)電機(jī)性能研宄”(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“Amicro electromagnetic generator for vibrat1n energy harvesting，， (JOURNAL OFMICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, 17 (2007), pp.1257-1265)，在其結(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，由電機(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(dòng)能量利用率不高。同時(shí)上述有些資料中線圈利用率也是一個(gè)可以改善之處，其線圈中有較多部分不能有效切割磁力線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，影響發(fā)電效率。申請(qǐng)?zhí)枮?01020125287.8的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，它的永磁體的四個(gè)S極呈十字對(duì)稱分布，其底部連接在一起并與N極連接，這對(duì)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，那磁路中的氣隙還是比較大，可能會(huì)導(dǎo)致磁路不能閉合或者感應(yīng)的磁通較弱，產(chǎn)生的電能較少，這對(duì)于高制造成本的它是得不償失的。申請(qǐng)?zhí)枮?012104994623的電磁式振動(dòng)發(fā)電裝置，雖然力圖通過(guò)平衡磁力的方法消除定位力，但由于第一裝置中磁力遠(yuǎn)大于重力，并且由于誤差和不對(duì)稱性的存在，定位力不可避免在一定程度上仍然存在，阻礙了振子靈活運(yùn)動(dòng)；另一方面，其永磁體屬于振子，易于在振動(dòng)中遭到碎壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有振動(dòng)能量收集方式的漏磁高、能量轉(zhuǎn)換率低和裝置使用不穩(wěn)定的不足，本實(shí)用新型提供一種漏磁較少、能量轉(zhuǎn)換率較高、永磁體固定、振子運(yùn)動(dòng)中為滾動(dòng)摩擦、穩(wěn)定性良好的滾動(dòng)振子直線振動(dòng)能量收集裝置。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種滾動(dòng)振子直線振動(dòng)能量收集裝置，包括外殼，所述能量收集裝置還包括位于外殼內(nèi)的永磁體、底磁軛、線圈支架、前后磁軛和左右磁軛
[0007]所述永磁體有N極和S極，所述永磁體上有兩個(gè)底磁軛，每個(gè)底磁軛上有兩個(gè)安放線圈支架的線圈底座，所述線圈底座上安放四個(gè)線圈支架，N極對(duì)應(yīng)的底磁軛用于放置左線圈支架和后線圈支架，S極對(duì)應(yīng)的底磁軛用于放置右線圈支架和前線圈支架，四個(gè)線圈支架完全相同；
[0008]所述線圈支架上纏繞感應(yīng)線圈，各線圈支架上的感應(yīng)線圈串接，四個(gè)線圈支架上設(shè)有安放四片磁軛的磁軛底座，安放于左線圈支架上的是左磁軛，安放于右線圈支架上的是右磁軛，安放于前線圈支架上的是前磁軛，安放于后線圈支架上的是后磁軛，左磁軛和右磁軛相對(duì)放置并且完全相同，前磁軛和后磁軛相對(duì)放置并且完全相同，每片磁軛上都有齒，齒底與齒頂?shù)膶挾认嗤?，且左、右磁軛與前、后磁軛上的齒呈交錯(cuò)分布；前后磁軛和左右磁軛圍成的空腔內(nèi)布置球形振子，各個(gè)磁軛上方均與磁軛支架連接。
[0009]進(jìn)一步，所述磁軛支架上方為彈性墊圈。
[0010]所述外殼內(nèi)部有四條導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌用于固定磁軛、線圈支架和底磁軛的周向位置，也就是各磁軛位于導(dǎo)軌之間的空隙處，各線圈支架位于導(dǎo)軌之間的空隙處，兩底磁軛的圓弧面上有槽正好用于嵌入兩條正對(duì)的導(dǎo)軌；四條導(dǎo)軌之間放置球形振子，振子與導(dǎo)軌滾動(dòng)接觸。
[0011]所述外殼上方有頂蓋，頂蓋為非磁材料制成，外殼頂部外側(cè)有外螺紋，頂蓋內(nèi)側(cè)有外螺紋，通過(guò)螺紋配合頂蓋固定于外殼，并壓驚彈性墊圈。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:本實(shí)用新型中在振動(dòng)作用下，振子在外殼導(dǎo)軌上滾動(dòng)，磁軛與振子發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈磁通大小不斷變化，線圈就能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。為說(shuō)明其變化，考慮下面兩種情形:
[0013]I)振子沿導(dǎo)軌振動(dòng)和滾動(dòng)過(guò)程中，球形振子的表面始終有一個(gè)大圓與導(dǎo)軌面相切。當(dāng)該大圓與左、右磁軛齒頂中位正對(duì)時(shí)，磁力線由永磁體N極發(fā)出，先后經(jīng)過(guò)底磁軛、左線圈支架、左磁軛、氣隙、球形振子、氣隙、右磁軛、右線圈支架、回到永磁體S極，形成閉合磁路。該情形下，左、右線圈支架上的線圈內(nèi)磁通達(dá)到最大，而前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通為O。
[0014]2)當(dāng)球形振子向上運(yùn)動(dòng)，球形振子的表面與導(dǎo)軌面相切的大圓與前后磁軛正對(duì)時(shí)。磁力線由永磁體N發(fā)出，先后經(jīng)過(guò)后線圈支架、后磁軛、氣隙、球形振子、氣隙、前磁軛、后線圈支架回到永磁體S極，形成閉合磁路。這種情況下，前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通量達(dá)到最大，而左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通由原來(lái)的最大值減小為O。
[0015]上述分析表明，球形振子滾動(dòng)過(guò)程中各相對(duì)磁軛線圈內(nèi)磁通不斷發(fā)生變化，其規(guī)律為前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通大小相等方向相反；左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通大小相等方向相反；前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通量的絕對(duì)值與左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通量的絕對(duì)值之和為常量，呈現(xiàn)前、后長(zhǎng)則左、右消以及左、右長(zhǎng)則前、后消的關(guān)系。因此，合理的串聯(lián)4個(gè)線圈能使各線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)疊加，比如設(shè)各線圈的上方為正向，則由左線圈，反向串接后線圈，反向串接右線圈，同向串接前線圈。
[0016]考察磁軛對(duì)振子的軸向力，當(dāng)振子逐漸偏離左右磁軛齒頂時(shí)左右磁軛對(duì)振子產(chǎn)生磁力的軸向分量?jī)A向于將其拉回，但此時(shí)由于前后磁軛也產(chǎn)生對(duì)振子的吸引磁力，由于對(duì)稱性，該磁力軸向分量理論上與左右磁軛軸向分量平衡，故從原理上消除了定位磁力。
[0017]同時(shí)，也需考察通過(guò)磁力產(chǎn)生振子運(yùn)動(dòng)中的摩擦力導(dǎo)致的定位問(wèn)題。本實(shí)用新型中由于左右磁軛對(duì)稱，前后磁軛對(duì)稱，故振子上的徑向磁力理論上能相互平衡，但由于加工誤差等原因徑向總磁力在一定程度上仍然存在。裝置中通過(guò)外殼上的導(dǎo)軌限制振子在徑向上位置的偏移，限制徑向總磁力的增大；再利用滾動(dòng)振子，減小摩擦，進(jìn)一步消除徑向總磁力通過(guò)摩擦引起的定位力，提高振子運(yùn)動(dòng)靈活性。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果:提高了磁路的利用率，提高了線圈利用率，提高了能量收集效率和設(shè)備的使用壽命，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用了對(duì)稱結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用球形振子，最大限度消除定位力，使得振子可以自由運(yùn)動(dòng)；永磁體固定、振子運(yùn)動(dòng)中為滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)較小。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是滾動(dòng)振子直線振動(dòng)能量收集