專利名稱：一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實(shí)用新型涉及小型發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
某些特定的工業(yè)場合，由于工作環(huán)境的要求，需要應(yīng)用無線傳感器。然而現(xiàn)有的無 線傳感器主要使用電池供電，缺點(diǎn)是電池儲能有限，需要定期更換，增加維護(hù)的成本，降低 系統(tǒng)可靠性。能量收集器可以將設(shè)備工作環(huán)境周圍已有的能量轉(zhuǎn)換成為電能，代替電池?，F(xiàn)在 已有的能量收集器主要是將熱能、光能、振動能量轉(zhuǎn)換成電能。將振動能量轉(zhuǎn)換成電能的 形式主要有電磁式、壓電式、靜電式?，F(xiàn)有的電磁式多采用彈簧-質(zhì)量塊系統(tǒng)，通過彈簧放 大振動，使得能量收集器中不同部分產(chǎn)生相對運(yùn)動，將相應(yīng)的振動能量轉(zhuǎn)換成電能。采用彈 簧-質(zhì)量塊系統(tǒng)時，彈簧的彈性系數(shù)選擇容易受到實(shí)際彈簧的限制(實(shí)際彈簧的彈簧系數(shù) 有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn))。由于彈性系數(shù)為離散的，而系統(tǒng)的固有頻率的設(shè)定與彈簧的彈性系數(shù) 和動子的質(zhì)量有關(guān)，所以很難將系統(tǒng)的固有頻率調(diào)整至與振源頻率相等。另外，實(shí)際彈簧的 彈性系數(shù)一定時，對相應(yīng)彈簧的有效圈數(shù)、簧絲直徑等有一定要求，進(jìn)而彈簧的安裝尺寸和 空間大小限制比較大；目前在相似系統(tǒng)中大多采用壓簧，在振源加速度較大的情況下，可能 會損壞彈簧，同時限制動子的行程，同時也增加了能量收集器的制造成本。公開號為CN1877973的專利文獻(xiàn)公開了一種便攜式電子設(shè)備的振動發(fā)電裝置，該 裝置采用一個永磁體在運(yùn)動腔體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，與繞組產(chǎn)生相對運(yùn)動，通過切割磁力線在繞 組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，并整流成為直流電，為電池充電。這種振動發(fā)電裝置運(yùn)動腔體只有一塊 永磁體，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢比較小，同時當(dāng)需要一定的感應(yīng)電壓時，單塊永磁體的長度一定， 這樣和端部永磁體相互作用等效彈簧的彈簧系數(shù)的可調(diào)范圍比較小。設(shè)計(jì)一種根據(jù)振動 源的特性和負(fù)載特性選擇相應(yīng)的繞組和彈簧系數(shù)成為目前需要解決的問題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、感應(yīng)電動勢高、生產(chǎn)成本較低的永磁阻尼直線 發(fā)電裝置。一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置，包括圓筒形的機(jī)殼、機(jī)殼兩端的端蓋以及設(shè)置在機(jī) 殼空腔內(nèi)的動子、定子和固定永磁體；所述的定子包括與機(jī)殼同軸的圓筒形的繞組支架以 及纏繞在繞組支架外側(cè)的繞組，繞組支架為非導(dǎo)磁材料，繞組支架與機(jī)殼之間留有導(dǎo)線引 出槽，機(jī)殼上設(shè)有導(dǎo)線引出口，導(dǎo)線引出口與導(dǎo)線引出槽連通；所述的動子為與機(jī)殼同軸的 圓柱體，位于繞組支架內(nèi)，所述的動子包括若干軸向充磁的動子永磁體、位于相鄰兩個動子 永磁體之間的鐵芯以及將動子永磁體和鐵芯包裹的護(hù)套，護(hù)套為非導(dǎo)磁材料，相鄰兩塊動 子永磁體充磁方向相反，動子永磁體與鐵芯直徑相等；所述的端蓋內(nèi)側(cè)固定有固定永磁體， 固定永磁體與靠近固定永磁體的動子端部的動子永磁體充磁方向相反。機(jī)殼和機(jī)殼兩端的端蓋均可選擇導(dǎo)磁材料，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合不同機(jī)殼主體可以3為圓筒形、長方體形或者其他形狀，機(jī)殼與端蓋上均布連接孔，用于將繞組支架與機(jī)殼固定 以及機(jī)殼與振源的連接。機(jī)殼的直徑和長度一般可根據(jù)實(shí)際需要確定。機(jī)殼主體靠近端蓋 的一端留有導(dǎo)線引出孔，用于將繞組的導(dǎo)線引出，方便與外設(shè)部件連接。繞組支架為具有一定厚度的圓筒體，一般可選用高分子聚合物非導(dǎo)磁材料，繞組 支架外壁設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽一般設(shè)置在繞組支架外壁的中部；環(huán)形槽的寬度、深度以 及設(shè)置個數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整；繞組支架外壁設(shè)有導(dǎo)線引出槽，導(dǎo)線引出槽與環(huán)形凹槽 相連通，導(dǎo)線引出槽與機(jī)殼主體的導(dǎo)線引出孔連通，便于繞組的纏繞與連接；另一方面導(dǎo)線 引出槽的設(shè)置可以使得繞組支架與機(jī)殼之間更加緊湊，有利于減小發(fā)電裝置的整體體積。 繞組支架內(nèi)側(cè)經(jīng)過拋光處理，或者同時噴涂潤滑劑，這樣可以減少動子往復(fù)運(yùn)動的摩擦力， 并減低噪音。動子由動子永磁體、鐵芯以及包裹動子永磁體和鐵芯的護(hù)套組成，在相互磁力的 吸引下，動子永磁體與鐵芯組成完整的圓柱體。護(hù)套外表面經(jīng)過拋光處理，以進(jìn)一步減小 動子往復(fù)運(yùn)動的摩擦力；動子永磁體可選用市場常見的鐵氧體、釹鐵硼或釤鈷。鐵芯可由實(shí) 心鐵組成或由硅鋼片疊制組成。動子的形狀也可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。動子永磁體采用軸向 充磁，加工比較方便，生產(chǎn)成本較低。相鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，鐵芯中磁力線沿 徑向擴(kuò)散，與定子的繞組線圈垂直，氣隙中的磁密增加，定子的繞組垂直切割磁力線，產(chǎn)生 的感應(yīng)電動勢增大；實(shí)際應(yīng)用中一般可以通過調(diào)整動子永磁體和鐵芯的相對厚度，調(diào)整氣 隙磁場，通過調(diào)整一對動子永磁體和相鄰的鐵芯的厚度可以調(diào)整動子的極距，配合定子繞 組線圈，調(diào)整感應(yīng)電勢的波形。動子采用多塊永磁體，極對數(shù)較多，使得動子整個行程中，定 子繞組線圈的利用率提高。動子永磁體和鐵芯外包有護(hù)套，以保證整個動子為一個整體，方 便對整個動子外側(cè)進(jìn)行拋光處理，減小動子與定子繞組支架的摩擦。機(jī)殼兩端的端蓋內(nèi)側(cè)可選擇安裝固定永磁體，固定永磁體同樣可以選擇鐵氧體、 釹鐵硼或釤鈷，固定永磁體的個數(shù)可以是一個或兩個；由于端蓋為磁性材料，可以將固定永 磁體直接通過磁力吸引力固定在端蓋內(nèi)側(cè)，安裝方便。當(dāng)本實(shí)用新型的充電裝置水平放置 使用時，需要在兩個端蓋的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置一個固定永磁體。固定永磁體與動子兩端的動子 永磁體的斥力作用使動子在繞組支架內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，避免產(chǎn)生機(jī)械拉伸碰撞。當(dāng)上述發(fā)電裝 置豎直放置使用時，一般只需在機(jī)殼底端端蓋內(nèi)側(cè)設(shè)置一個固定永磁體即可，動子在斥力 和自身重力的相互作用下，在繞組支架內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動。端部的固定永磁體和動子永磁 體之間的相互作用等效于彈簧結(jié)構(gòu)，采用端部固定永磁體和動子永磁體的磁力等效彈簧， 調(diào)整端部固定永磁體和動子永磁體的厚度、面積、相對距離可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)的調(diào)整 等效彈簧的彈性系數(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同場合對發(fā)電裝置設(shè)置不同的固有頻率。使用 過程中動子的振動頻率最終會和振源的振動頻率相等，當(dāng)發(fā)電裝置自身的固有頻率和振源 的振動頻率一致時，就可以將振源的振動放大到最大，即這時動子的振幅最大，動子與定子 的相對運(yùn)動最大，從而可以收集更多的電能，提高最終的發(fā)電效率。定子繞組由漆包線繞成，根據(jù)實(shí)際需要繞組可以是單相繞組或三相繞組。單相繞 組，在動子一對極距即一個周期內(nèi)，前半個周期和后半個周期內(nèi)動子建立的磁場方向相反， 為保證串聯(lián)后反電勢疊加不抵消，兩個半個周期內(nèi)的繞組的繞向相反。三相繞組，動子一 個周期內(nèi)，三相繞組之間相差120度電角度，不同周期范圍內(nèi)同相繞組纏繞、連接方向保證 繞組反電勢正向疊加，以獲得更多的反電勢。相鄰兩組繞組之間的繞向相反。[0012]本實(shí)用新型帶來的有益效果體現(xiàn)在(1)本實(shí)用新型的發(fā)電裝置可通過調(diào)節(jié)動子的端部動子永磁體和固定永磁體的厚 度、面積等永磁體之間的斥力，即調(diào)節(jié)阻尼運(yùn)動時等效彈簧系數(shù)，結(jié)合動子的質(zhì)量可以調(diào)節(jié) 系統(tǒng)的固有頻率，從而適用于一定范圍內(nèi)的不用頻率的振源，實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置的發(fā)電效率最 大；(2)通過調(diào)節(jié)動子中動子永磁體的厚度、數(shù)量，結(jié)合鐵芯厚度數(shù)量，以及繞組的分 布，可以產(chǎn)生單相、三相感應(yīng)電動勢，并可以控制感應(yīng)電動勢的大小，以滿足不同場合的需 要；(3)本實(shí)用新型的發(fā)電裝置的機(jī)械阻尼振動轉(zhuǎn)換對固有頻率的控制和電磁作用產(chǎn) 生電能的控制相對獨(dú)立，可以分開控制，實(shí)用性較強(qiáng)。
圖1為本實(shí)用新型的發(fā)電裝置水平放置使用時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中發(fā)電裝置沿A-A面的剖面圖；圖3為圖2中發(fā)電裝置B部分的局部放大圖；圖4為本實(shí)用新型的發(fā)電裝置豎直放置使用時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型的發(fā)電裝置用于產(chǎn)生單相感應(yīng)電動勢的電路示意圖；圖6為本實(shí)用新型的發(fā)電裝置用于產(chǎn)生三相感應(yīng)電動勢的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2和圖4所示，一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置，包括機(jī)殼1、機(jī)殼1兩端的 端蓋、機(jī)殼1內(nèi)的定子、動子和端蓋內(nèi)側(cè)的固定永磁體9。如圖1 3所示，端蓋包括第一端蓋2和第二端蓋12，機(jī)殼1和端蓋均為導(dǎo)磁材 料，機(jī)殼1為圓筒形。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合不同機(jī)殼1也可以選擇長方體形或者其他形狀。機(jī) 殼1、第一端蓋2和第二端蓋12上均布連接孔，用于將繞組支架與機(jī)殼固定以及機(jī)殼與振 源的連接。機(jī)殼1的直徑和長度一般可根據(jù)實(shí)際需要確定。機(jī)殼1靠近第一端蓋2的一端 留有導(dǎo)線引出孔6。如圖1 4所示，定子包括繞組支架3和繞組支架外側(cè)的繞組4。繞組支架3為高 分子聚合物非導(dǎo)磁材料。繞組支架3為具有一定厚度的圓筒，繞組支架3外壁上設(shè)有環(huán)形 凹槽10，凹槽10的個數(shù)為6個，凹槽10的個數(shù)、寬度和深度均可根據(jù)實(shí)際需要確定。繞組 支架3外壁上設(shè)有導(dǎo)線引出槽5，導(dǎo)線引出槽5與凹槽10連通且與繞組支架3同軸設(shè)置， 導(dǎo)線引出槽5出口端與導(dǎo)線引出孔6連通，遠(yuǎn)離導(dǎo)線引出孔6的另一端止于靠近第二端蓋 12的凹槽內(nèi)，便于繞組4的布置。繞組支架3采用螺栓通過機(jī)殼1和端蓋上的連接孔將三 者固定連接。繞組4為漆包線繞成，為單相繞組，根據(jù)實(shí)際需要繞組4也可以布置為三相繞 組，以產(chǎn)生三相感應(yīng)電動勢。繞組支架3的內(nèi)腔為動子往復(fù)運(yùn)動的軌道，為減少阻力和噪音 可將其內(nèi)表面經(jīng)拋光處理，然后噴涂潤滑劑。如圖1 4所示，動子由動子永磁體7、鐵芯8和包裹動子永磁體7和鐵芯8的護(hù) 套11組成，在相互磁力的吸引下，動子永磁體與鐵芯組成完整的圓柱體。動子永磁體7的 數(shù)量為7個，可選用市場常見的鐵氧體、釹鐵硼或釤鈷，動子永磁體的數(shù)量也可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。鐵芯8數(shù)量為6個，可選用由實(shí)心鐵組成或由硅鋼片疊制組成。動子的形狀也可 根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。相鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，鐵芯中磁力線沿徑向擴(kuò)散，與定 子的繞組線圈垂直，增加了氣隙中的磁密，定子的繞組垂直切割磁力線，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢增 大；實(shí)際應(yīng)用中一般可以通過調(diào)整動子永磁體和動子鐵芯的相對厚度，調(diào)整氣隙磁場，調(diào)整 動子永磁體和相鄰的鐵芯的厚度可以調(diào)整動子的極距，配合定子繞組線圈，調(diào)整反電勢的 波形。動子永磁體7和鐵芯8外包有護(hù)套11，以保證整個動子為一個整體，方便對整個動子 外側(cè)進(jìn)行拋光處理，減小動子與定子繞組支架3之間的摩擦。如圖1所示，本實(shí)用新型的發(fā)電裝置水平放置使用時，第一端蓋2和第二端蓋12 的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有一個固定永磁體9，固定永磁體9為軸向充磁，左側(cè)的固定永磁體9與動子 左端端部的動子永磁體7的充磁方向相反，右側(cè)固定永磁體9與動子右端端部的動子永磁 體7充磁方向相反，動子與固定永磁體9之間產(chǎn)生斥力，沒有外力時動子處于穩(wěn)定平衡狀 態(tài)，動子與兩端的固定永磁體9保持相同的距離，當(dāng)受到外界振動時，動子失去平衡，動子 向一端移動，動子永磁體7與這端的距離減小，斥力增大，阻礙動子進(jìn)一步向這端移動，動 子靠慣性及兩端固定永磁體9的斥力作用不斷的做往復(fù)運(yùn)動。如圖4所示，當(dāng)本實(shí)用新型 的發(fā)電裝置豎直設(shè)置使用時，只需在第一端蓋2的內(nèi)側(cè)設(shè)有一個固定永磁體9即可，在斥力 和動子自身重量的作用下實(shí)現(xiàn)動子的上下往復(fù)運(yùn)動。如圖5所示，本實(shí)用新型需要產(chǎn)生單相感應(yīng)電動勢時，繞組4設(shè)置為單相繞組，繞 組4組成了交流電源S，由電源S產(chǎn)生的交流電，經(jīng)過單相二極管D1、D2、D3和D4進(jìn)行單相 整流，整流后對儲能裝置電容C充電，電容C提供電能給負(fù)載電器L。如圖6所示，本實(shí)用新 型需要產(chǎn)生三相感應(yīng)電流電動勢時，繞組4需要設(shè)置為三相繞組，三個繞組分別組成交流 電源SA、SB和SC, SA、SB和SC分別通過Dl、D2、D3、D4、D5和D6進(jìn)行三相整流，后對儲能 裝置電容C充電，電容C提供電能給負(fù)載電器L。圖5和圖6中的電容C也可根據(jù)實(shí)際需要 用蓄電池代替。
權(quán)利要求1.一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置，包括圓筒形的機(jī)殼(1)、機(jī)殼(1)兩端的端蓋以及設(shè) 置在機(jī)殼(1)空腔內(nèi)的動子和定子；所述的定子包括與機(jī)殼(1)同軸的圓筒形的繞組支架 (3)以及纏繞在繞組支架⑶外側(cè)的繞組G)，繞組支架⑶為非導(dǎo)磁材料，繞組支架⑶ 與機(jī)殼(1)之間留有導(dǎo)線引出槽(5)，機(jī)殼(1)上設(shè)有導(dǎo)線引出口(6)，導(dǎo)線引出口(6)與 導(dǎo)線引出槽(5)連通；所述的動子為與機(jī)殼(1)同軸的圓柱體，位于繞組支架(3)內(nèi)，其特 征在于，所述的動子包括若干軸向充磁的動子永磁體(7)、位于相鄰兩個動子永磁體之間的 鐵芯⑶以及將動子永磁體(7)和鐵芯⑶包裹的護(hù)套(11)，護(hù)套(11)為非導(dǎo)磁材料，相 鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，動子永磁體(7)與鐵芯(8)直徑相等；所述的端蓋的內(nèi)側(cè) 固定有固定永磁體(9)，固定永磁體(9)與靠近固定永磁體(9)的動子端部的動子永磁體充 磁方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的繞組支架(3)外 壁上設(shè)有用于放置繞組的環(huán)形凹槽(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的繞組支架(3)外 壁上設(shè)有導(dǎo)線引出槽(5)，導(dǎo)線引出槽(5)與環(huán)形凹槽(10)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的護(hù)套(11)和繞 組支架(3)為高分子聚合物非導(dǎo)磁材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的動子永磁體(7) 和固定永磁體(9)為鐵氧體、釹鐵硼或釤鈷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的鐵芯(8)由實(shí)心 鐵組成或由硅鋼片疊制組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的繞組(4)為單相 繞組或三相繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的機(jī)殼(1)和機(jī)殼 (1)兩端的端蓋由導(dǎo)磁材料組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的機(jī)殼(1)豎直設(shè) 置，機(jī)殼(1)底端的端蓋內(nèi)側(cè)設(shè)有固定永磁體(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁阻尼直線發(fā)電裝置，其特征在于，所述的機(jī)殼(1)水平 放置，機(jī)殼(1)兩端端蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有固定永磁體(9)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種永磁阻尼直線發(fā)電裝置，包括機(jī)殼、機(jī)殼兩端的端蓋以及設(shè)置在機(jī)殼空腔內(nèi)的動子和定子；定子包括與機(jī)殼同軸的圓筒形的繞組支架以及纏繞在繞組支架外側(cè)的繞組，繞組支架與機(jī)殼之間留有導(dǎo)線引出槽，機(jī)殼上設(shè)有導(dǎo)線引出口，導(dǎo)線引出口與導(dǎo)線引出槽連通；動子為與機(jī)殼同軸的圓柱體，包括若干軸向充磁的動子永磁體以及位于相鄰兩個動子永磁體之間的鐵芯，相鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，動子永磁體與鐵芯直徑相等；端蓋的內(nèi)側(cè)設(shè)有固定永磁體，固定永磁體與靠近固定永磁體的端部的動子永磁體充磁方向相反。本實(shí)用新型的永磁阻尼直線發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單、感應(yīng)電動勢高、生產(chǎn)成本較低。
文檔編號H02K35/02GK201830126SQ20102054180
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者史丹, 沈建新, 王燦飛 申請人:浙江大學(xué)