一種低頻永磁振動發(fā)電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及將振動的機械能轉換為電能的裝置，特別涉及永磁振動發(fā)電裝置，核心部分為永磁振動軸、磁軛、轂及正四棱柱外殼。該振動發(fā)電機能形成閉合磁路，使漏磁通顯著減少，在低頻下具有較高的輸出功率。
【背景技術】
[0002]永磁振動發(fā)電機是利用電磁感應定律將環(huán)境振動能量轉換為電能的發(fā)電裝置，其具有發(fā)電功率大、易于維護等優(yōu)點。
[0003]根據(jù)振動部件的不同，可以把永磁振動發(fā)電機分為動鐵(磁鐵運動)、動圈(線圈運動)和鐵圈同動(磁鐵線圈共同運動)三種類型。動鐵型即為線圈不動，磁鐵相對線圈振動，線圈中磁通量發(fā)生變化，從而在線圈中產生感應電動勢。動圈型即為磁鐵不動，線圈相對磁鐵振動，線圈中磁通量發(fā)生變化，從而在線圈中產生感應電動勢；為了進一步提高低頻振動下的電能輸出，出現(xiàn)了鐵圈同振型的振動能量采集器。鐵圈同振型即為在外界輸入振動下，磁鐵和線圈都產生振動，但是兩者之間有相對運動，在線圈中產生感應電動勢。
[0004]現(xiàn)有的永磁振動發(fā)電機大多為小型能量采集器，大多數(shù)沒有利用磁軛進行導磁，造成了磁場的大范圍浪費；而且沒有磁軛時，也不能有目的、有計劃地建立導磁路徑，不能更好地依據(jù)法拉第電磁感應定律來提高通過線圈中的磁通量的變化率，從而提高輸出感應電動勢。申請?zhí)枮?01310444325.4的中國專利公開了一種電磁式振動發(fā)電機，該發(fā)電機由振動軸與E型左、右磁軛形成閉合磁路，線圈繞制在磁軛極座上，提高了磁場利用率，但發(fā)電機為左、右對稱結構，沒有充分利用前、后兩側的空間進行發(fā)電。綜上，永磁振動發(fā)電機的輸出感應電動勢、電壓體積比、磁路結構還有很大的完善空間。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有振動發(fā)電機存在的問題，考慮在低頻大位移條件下的振動，設計了一種低頻永磁振動發(fā)電機。該振動發(fā)電機核心部件為磁軛、振動軸、軸轂以及外殼的設計。它可以用于低頻大位移條件，即頻率為l-5Hz，振動位移峰值為100-200mm條件下的振動發(fā)電。磁軛部分采用DW 465-50型硅鋼片疊壓而成形成閉合磁路，使漏磁顯著減少，提高磁場的利用率，并減小磁軛中的渦流損耗。振動軸結構永磁部分的材料是釹鐵硼(Nd2Fel4B)，型號為N45。軸轂結構的作用是防止振動發(fā)電機在振動的過程中受到旋轉的力矩而使軸承發(fā)生轉動而導致磁路不對稱，提高發(fā)電效率，并增大系統(tǒng)在振動中的穩(wěn)定性。振動發(fā)電機運用直線軸承對永磁體與磁軛進行限位，降低了磁力作用對發(fā)電機振動所產生的影響。發(fā)電機磁軛部分纏有線圈，為提高輸出電壓，同一磁軛中線圈的聯(lián)接方式采用相鄰依次串聯(lián)聯(lián)接的方式。理論與實驗表明振動發(fā)電機在頻率為1.25Hz，振幅為150mm時，單個側板上線圈引出線輸出電壓峰值為30V。
[0006]本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案為:一種低頻永磁振動發(fā)電機，其特征在于該發(fā)電機的主體結構為正四棱柱體，包括四個側板、上端蓋和下端蓋，四個側板均與上端蓋和下端蓋固定連接，上端蓋中間開孔，下端蓋上部安裝空心圓柱型轂，轂內底部空心部分放置彈簧；轂頂部安裝與振動軸相同內徑的下法蘭軸承，下法蘭軸承通過螺栓與空心圓柱型轂頂部連接固定，振動軸的下部穿過下法蘭軸承在轂內與彈簧接觸；振動軸的上端穿過上法蘭軸承和與其固定在一起的上端蓋，并高出上端蓋；
[0007]所述振動軸為中部粘接有動子硅鋼片的對稱柱狀結構，動子硅鋼片部分沿圓周均勻分布有四個凹槽，每個動子硅鋼片凹槽內從上到下嵌有三塊緊貼在一起的弧形磁瓦永磁體；每個動子硅鋼片凹槽槽內三塊弧形磁瓦永磁體極性相鄰相異排列；四個動子硅鋼片凹槽槽內的弧形磁瓦永磁體的極性及排列方式相同；
[0008]在每個側板的中部均安裝有由形狀規(guī)格相同的若干片硅鋼片豎直堆疊而成的極靴磁軛，每個極靴磁軛包括三個極靴，振動軸中部的動子硅鋼片部分的四個動子硅鋼片凹槽分別正對于相應側板上的極靴磁軛，振動軸中部的動子硅鋼片上下端面分別與側板極靴磁軛的上下端面對齊，且每個極靴磁軛的外側極靴端面部分與振動軸上的弧形磁瓦永磁體外側之間分別留有等距氣隙；每個極靴的極身上纏有線圈，每個磁軛的三個極身上的線圈部分首尾依次相鄰串聯(lián)聯(lián)接，這樣每個極靴磁軛共引出兩個線圈引出線；每個側板上都留有側板通孔以引出線圈引出線。
[0009]所述上端蓋和下端蓋均為邊緣帶有正方形凹槽的長方體板，上、下端蓋的凹槽用以嵌放四個側板。
[0010]所述空心圓柱型轂內壁開有方槽，振動軸下部開有方形鍵槽，方形鍵槽和轂內壁的方槽通過平鍵連接，將振動軸與空心圓柱型轂固定。
[0011]所述極靴磁軛由形狀規(guī)格相同的100-200片硅鋼片豎直堆疊而成。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0013](I)永磁體與磁軛之間的氣隙較小，為2.5mm，在保證安裝簡易性的情況下，極大地減少了空氣中的漏磁，提高了磁場的利用率；
[0014](2)磁軛結構設計為極靴磁軛，每個極靴正對于永磁體，此結構的優(yōu)點是為了獲得較好的線性分布磁場，能夠減小氣隙磁阻，改善主磁極磁場分布，而又能適當?shù)販p少磁軛材料的用量；
[0015](3)磁軛中的極身部分比極靴較窄，線圈繞制在極身上，使繞在極身上的線圈更容易固定，而且極身上的磁通較大，在運動時，極性相異的永磁體放置使得極身上的磁通變化率較大，磁通值較大，更利于產生高的電動勢；
[0016](4)發(fā)電機設計為正四棱柱結構，能夠利用到空間中四個方向的磁場，進一步提高了空間和磁場的利用率；由于發(fā)電機是正四棱柱結構，中間振動軸四側的永磁體分別對應于四個側板上的磁軛，對振動軸來說，四方向上每一方向受到的力大小相等，從而振動軸受到的四個方向的合力為0，從而減小振動時作用于振動軸的作用力；另外，可以同時使用凹槽和螺栓作為上、下端蓋與側板的連接部分，既美觀、利于裝配，又能更好地提高裝置的穩(wěn)定性;
[0017](5)發(fā)電機的振動軸為可直接施加振動激勵的部位，振動軸周圍的永磁體與四個側板上的極靴磁軛分別形成閉合磁路，振動軸上的四組永磁體每組從上到下有三個極性依次相異的永磁體，在振動軸運動時，這種永磁體放置能夠提高磁軛極身上磁通的變化率，依據(jù)法拉第電磁感應定律，使得線圈產生較大的感應電動勢；
[0018](6)實驗數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明在振動頻率1.25Hz，峰值150mm條件的正弦振動激勵下，振動發(fā)電機單個側板上的線圈引出線能夠產生峰值30V的感應電動勢，表明該振動發(fā)電機在低頻下具有了較為可觀的輸出電壓。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明低頻永磁振動發(fā)電機一種實施例的縱切面結構示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明低頻永磁振動發(fā)電機一種實施例的振動軸I的立體結構示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明低頻永磁振動發(fā)電機一種實施例的空心圓柱形轂7安裝在下端蓋10上的立體結構示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明低頻永磁振動發(fā)電機一種實施例的側板11的立體結構示意圖。
[0023]圖5為振動頻率為1.25Hz，振幅為150mm時振動發(fā)電機的單側板線圈引出線輸出電動勢波形圖。
[0024]其中，1-振動軸；2_上端蓋；3_極靴頭；4_上法蘭軸承；5_極靴磁軛(或磁軛)；6-下法蘭軸承；7_空心圓柱型轂；8_彈簧；9_側板通孔；10_下端蓋；11_側板；12_平鍵；13-方槽；14_極身；15_線圈；16_極座；21_動子娃鋼片；22_24弧形磁瓦永磁體(或永磁體);25_方形鍵槽；26_動子硅鋼片凹槽。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例進一步解釋本發(fā)明，但并不以此對本發(fā)明的保護范圍進行任何限制。
[0026]本發(fā)明低頻永磁振動發(fā)電機(簡稱發(fā)電機，參見圖1-4)其主體結構(如圖1)為正四棱柱體，包括四個側板11、上端蓋2和下端蓋10，四個側板11均與上端蓋2和下端蓋10固定連接，上端蓋2中間開孔，下端蓋10上部安裝空心圓柱型轂7，轂內底部空心部分放置彈簧8 ;轂頂部安裝與振動