一種梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的振動(dòng)發(fā)電裝置，特別涉及一種梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置，核心部分為振動(dòng)軸、梯形磁軛、空心圓柱型外殼。該永磁振動(dòng)發(fā)電裝置能夠在梯形磁軛與永磁體之間形成閉合磁路，提高了磁場(chǎng)的利用率。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁振動(dòng)發(fā)電裝置是利用法拉第電磁感應(yīng)定律將環(huán)境振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，其具有發(fā)電功率大、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]根據(jù)振動(dòng)部件的不同，可以把永磁振動(dòng)發(fā)電裝置分為動(dòng)鐵(磁鐵運(yùn)動(dòng))、動(dòng)圈(線圈運(yùn)動(dòng))和鐵圈同動(dòng)(磁鐵線圈共同運(yùn)動(dòng))三種類型。動(dòng)鐵型即為線圈不動(dòng)，磁鐵相對(duì)線圈振動(dòng)，線圈中磁通量發(fā)生變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)圈型即為磁鐵不動(dòng)，線圈相對(duì)磁鐵振動(dòng)，線圈中磁通量發(fā)生變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；為了進(jìn)一步提高低頻振動(dòng)下的電能輸出，出現(xiàn)了鐵圈同振型的振動(dòng)能量采集器。鐵圈同振型即為在外界輸入振動(dòng)下，磁鐵和線圈都產(chǎn)生振動(dòng)，但是兩者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
[0004]現(xiàn)有的永磁振動(dòng)發(fā)電裝置大多為小型能量采集器，大多數(shù)沒有利用磁軛進(jìn)行導(dǎo)磁，造成了磁場(chǎng)的大范圍浪費(fèi)；不能更好地依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)提高通過(guò)線圈中的磁通量的變化率，從而提高輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。本課題組之前申請(qǐng)的“一種低頻永磁振動(dòng)發(fā)電裝置”適用于低頻大位移條件下的能量采集，其主體結(jié)構(gòu)為正四棱柱體，包括四個(gè)側(cè)板、上端蓋和下端蓋，采用極靴型磁軛作為導(dǎo)磁路徑，方便放置線圈并產(chǎn)生線性變化的磁場(chǎng)；不足之處為體積較大，不適于頻率1Hz以上的振動(dòng)。本發(fā)明為圓柱型振動(dòng)發(fā)電裝置，適用于車輛行駛條件下的振動(dòng)能量采集，體積較小，直徑為8.2cm，高為12cm，而且使用了梯型磁軛作為導(dǎo)磁通路，在相鄰的兩個(gè)梯型磁極中就能形成閉合回路，提高了磁場(chǎng)利用率，有效地減輕了動(dòng)子重量，即使在外界輸入力激勵(lì)較小時(shí)，也能夠產(chǎn)生振動(dòng)，從而將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，提尚了機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)車輛行駛下的振動(dòng)，設(shè)計(jì)了一種梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置。該振動(dòng)發(fā)電裝置核心部件為振動(dòng)軸、梯形磁軛、空心圓柱型外殼，并通過(guò)振動(dòng)發(fā)電裝置的磁軛設(shè)計(jì)為帶四個(gè)梯形磁極的磁軛結(jié)構(gòu)，能夠在保證高導(dǎo)磁的基礎(chǔ)上，盡可能地減小磁軛的體積，而且四個(gè)磁極與極身垂直分布，使得在磁通經(jīng)過(guò)極身時(shí)方向發(fā)生90°變化，從而使繞制在極身上的線圈內(nèi)磁通量變化率較大，產(chǎn)生更大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；此外，發(fā)電裝置采用圓筒型的主體封閉結(jié)構(gòu)，提高了振動(dòng)發(fā)電裝置工作時(shí)的穩(wěn)定性，而且能夠提高磁場(chǎng)和空間的利用效率；最后，由于發(fā)電裝置的完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使得振動(dòng)軸受到的電磁合力為0，能夠減小振動(dòng)時(shí)作用于振動(dòng)軸的作用力。本發(fā)明適用于車輛行駛條件下的振動(dòng)，即頻率1-20HZ，振動(dòng)位移峰值l_20mm條件下的振動(dòng)發(fā)電。理論與實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明振動(dòng)發(fā)電裝置在頻率為10Hz，振幅1mm時(shí)，每個(gè)磁軛中線圈輸出電壓峰值為6.8V。
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于該發(fā)電裝置的主體結(jié)構(gòu)為圓柱狀結(jié)構(gòu)，包括圓筒型外殼、頂蓋、振動(dòng)軸和底蓋，外殼上下兩端通過(guò)螺栓分別與頂蓋、底蓋固定連接，頂蓋中心開有圓柱形通孔，頂蓋的中心的一側(cè)開有線圈出線通孔，底蓋上部中心安裝有空心圓柱型轂，轂內(nèi)底部空心部分放置彈簧；振動(dòng)軸的下部在轂內(nèi)與彈簧接觸；振動(dòng)軸的上端垂直穿過(guò)直線軸承和與其固定在一起的頂蓋，并高出頂蓋；
[0008]所述振動(dòng)軸的中部為正四棱柱體，振動(dòng)軸上下兩部分均為圓柱狀結(jié)構(gòu)，中部的正四棱柱體在四個(gè)側(cè)面加工有四棱柱凹槽，每個(gè)四棱柱凹槽內(nèi)均粘接放置有一個(gè)梯形磁軛，共四個(gè)形狀結(jié)構(gòu)完全相同的梯形磁軛，每個(gè)梯形磁軛包括四個(gè)梯形磁極、兩個(gè)極身和一個(gè)極座，兩個(gè)極身為結(jié)構(gòu)完全相同的長(zhǎng)方體，極座的底面為相鄰兩邊夾角為45°的平行四邊形，極座的底面固定在振動(dòng)軸的四棱柱凹槽內(nèi)，兩個(gè)極身一端均分別與極座的兩個(gè)相對(duì)的長(zhǎng)邊垂直固定，在每個(gè)極身的另一端分別向內(nèi)垂直固定有兩個(gè)梯形磁極，且梯形磁極的下底與對(duì)應(yīng)的極身垂直固定連接，兩個(gè)極身上的四個(gè)梯形磁極交錯(cuò)排列，且四個(gè)梯形磁極在同一平面上，相鄰梯形磁極之間有間隙，四個(gè)梯形磁極的極性從上到下依次相異；在每個(gè)極身上沿豎直方向均繞制有一個(gè)線圈，同一個(gè)極座上的兩個(gè)極身的線圈繞制方向均相同，且同一個(gè)極座上的兩個(gè)線圈的兩個(gè)末端相連接，留出兩個(gè)首端作為線圈引出線，該兩個(gè)線圈引出線為一組線圈引出線，四個(gè)梯形磁軛共八個(gè)線圈引出線，共分成四組線圈引出線，該四組線圈引出線均從頂蓋的線圈出線通孔引出，八個(gè)線圈的繞制方向都相同；
[0009]在圓筒型外殼內(nèi)側(cè)對(duì)稱分布有的四個(gè)豎直的臺(tái)面，每個(gè)臺(tái)面分別在中部加工出六個(gè)永磁體凹槽，該六個(gè)永磁體凹槽用于粘接嵌放永磁體組，共四個(gè)永磁體組，每個(gè)永磁體組均包括六個(gè)四方體永磁體，六個(gè)四方體永磁體均軸向充磁，且沿著相應(yīng)臺(tái)面的永磁體凹槽從上至下依次緊貼嵌入相應(yīng)的永磁體凹槽中，六個(gè)四方體永磁體的極性方向均為水平方向，且相鄰四方體永磁體極性依次相異；平衡位置時(shí)振動(dòng)軸中部的正四棱柱的上下兩端面分別與相應(yīng)的永磁體組的中間四個(gè)永磁體的上下端面平齊；每個(gè)梯形磁軛的外側(cè)端面與相應(yīng)的永磁體組的外端面之間分別留有等距氣隙。
[0010]上述梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置，每個(gè)極身上的兩個(gè)梯形磁極之間的距離為梯形磁極下底長(zhǎng)度的1.1-1.5倍。
[0011]上述梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置，所述空心圓柱型轂內(nèi)壁開有方槽，振動(dòng)軸下部開有方形鍵槽，方形鍵槽和轂內(nèi)壁的方槽通過(guò)平鍵連接，將振動(dòng)軸與空心圓柱型轂固定。
[0012]上述梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置，所述頂蓋和底蓋均為邊緣帶有凹槽的圓柱型鋁合金板，頂蓋和底蓋的凹槽用以嵌放圓筒型外殼。
[0013]上述梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置，所述梯形磁軛整體由導(dǎo)磁材料45號(hào)鋼切割而成。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015](I)永磁體組與磁軛之間的氣隙較小，為1mm，極大地減少了空氣中的漏磁，提高了磁場(chǎng)的利用率；
[0016](2)磁軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為梯形磁極的結(jié)構(gòu)，每個(gè)磁軛共四個(gè)磁極，且四個(gè)磁極構(gòu)成兩對(duì)極，四個(gè)磁極分別依次對(duì)應(yīng)圓筒型外殼內(nèi)側(cè)的極性相鄰相異的永磁體組，此磁軛結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是為了極身上的線圈處獲得雙倍的磁通量的變化率，減小氣隙磁阻，改善磁極磁場(chǎng)分布，從而根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律獲得較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；
[0017](3)在磁軛的每個(gè)極身上均繞制有一個(gè)線圈，而極身與梯形磁極垂直連接，使繞在極身上的線圈更容易固定，在振動(dòng)軸上下振動(dòng)時(shí)，極性相鄰相異的永磁體放置使得梯形磁極上的磁通變化率較大，而且磁通值較大，更利于產(chǎn)生高的電動(dòng)勢(shì)；
[0018](4)發(fā)電裝置的主體設(shè)計(jì)為圓柱狀結(jié)構(gòu)，發(fā)電裝置內(nèi)部的永磁體組與梯形磁軛沿圓周均勻分布；四方向上每一方向受到的電磁力大小相等，動(dòng)子受到的四個(gè)方向的合力為0，從而減小振動(dòng)時(shí)作用于動(dòng)子的作用力；
[0019](5)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明在振動(dòng)頻率10Hz，峰值1mm條件的正弦振動(dòng)激勵(lì)下，振動(dòng)發(fā)電裝置單個(gè)梯形磁軛上的線圈引出線能夠產(chǎn)生峰值6.8V的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，表明該振動(dòng)發(fā)電裝置經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓電路后能夠滿足3V、5V等小功率設(shè)備的用電。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置一種實(shí)施例的縱切面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置一種實(shí)施例的振動(dòng)軸I及梯形磁軛6的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置一種實(shí)施例的空心圓柱形轂8安裝在底蓋9上的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置一種實(shí)施例的頂蓋2的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置一種實(shí)施例的圓筒型外殼4的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置一種實(shí)施例的梯形磁軛6的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7為振動(dòng)頻率為1Hz，振幅為1mm時(shí)振動(dòng)發(fā)電裝置的單梯形磁軛線圈引出線輸出電動(dòng)勢(shì)波形圖。
[0027]其中，1-振動(dòng)軸；2-頂蓋；3_直線軸承；4-外殼；5_永磁體組；6_梯形磁軛(或磁軛)；7-線圈；8_空心圓柱型轂；9-底蓋；10_彈簧；11_平鍵；12_極座；13_極身；14_梯形磁極；15-方形鍵槽；16_四棱柱凹槽；21_方槽；22_線圈出線通孔；31-36四方體永磁體(或永磁體);37_臺(tái)面。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，但并不以此對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。
[0029]本發(fā)明梯形磁軛永磁振動(dòng)發(fā)電裝置(簡(jiǎn)稱發(fā)電裝置，參見圖1-5)其主體結(jié)構(gòu)(如圖1)為圓柱狀結(jié)構(gòu)，包括圓筒型外殼4、頂蓋2和底蓋9，外殼4上下兩端通過(guò)螺栓分別與頂蓋2、底蓋9固定連接，頂蓋2中心開有圓柱形通孔，頂蓋2的中心的一側(cè)開有線圈出線通孔22，底