一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動(dòng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域、電磁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)或振動(dòng)能量采集器領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)能源、環(huán)保、健康等問(wèn)題的關(guān)注與重視，研宄一類清潔、可靠和廉價(jià)的發(fā)電裝置成為新的研宄熱點(diǎn)。太陽(yáng)能、生物能、振動(dòng)能等發(fā)電裝置將逐步取代傳統(tǒng)電源以滿足微小型電子設(shè)備的供能需求。日常生活中隨機(jī)的機(jī)械振動(dòng)能廣泛存在，這些能量無(wú)控制地從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式。對(duì)這些被忽視的能量采集利用，可創(chuàng)生新的能源途徑。
[0003]振動(dòng)式發(fā)電機(jī)或振動(dòng)能采集器可以分成電磁式、壓電式和靜電式等等。根據(jù)活動(dòng)構(gòu)件方式，電磁式又分為動(dòng)鐵、動(dòng)圈和鐵圈型。電磁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)與其他形式的振動(dòng)發(fā)電機(jī)比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高的特點(diǎn)，因而使用廣泛。目前電磁式振動(dòng)發(fā)電很少有使用磁性液體的。Bibo 等(Physics Letters A 376 (2012) 2163 - 2166)提出了一種將磁化的磁性液體作為磁變體的能量采集器。目前并沒有基于磁性液體磁致彈性層振動(dòng)發(fā)電的公開報(bào)道。
[0004]磁性液體是一種液態(tài)磁性功能材料，一般是由1nm鐵磁或亞鐵磁顆粒經(jīng)抗團(tuán)聚處理穩(wěn)定懸浮于特定基液形成的膠體體系。它具有液體的流動(dòng)性又具有固體磁性材料的磁性。因永磁體的梯度磁場(chǎng)對(duì)磁性液體產(chǎn)生吸附作用力，磁性液體在永磁體磁極周圍一定區(qū)域內(nèi)形成彈性包覆層，這個(gè)包覆層我們稱之為磁致彈性層。具有磁性液體磁致彈性層的永磁體整體被稱為動(dòng)鐵型振動(dòng)發(fā)電裝置的磁變構(gòu)件。
[0005]彈性層的彈性系數(shù)原則上可由磁性液體二階浮力原理的拓展得出。何新智等(功能材料43 (2012) 3023-3027)研宄表明磁性液體二階浮力具有分段線性。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁性液體磁致彈性層也具有類似的分段線性特征。所謂彈性系數(shù)的分段線性，是指彈性系數(shù)在彈性層壓縮形變過(guò)程中不是常數(shù)，近似為不同壓縮段對(duì)應(yīng)于不同的彈性系數(shù)。這成為本發(fā)明所述裝置固有頻率可調(diào)的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效率發(fā)電、經(jīng)久耐用、拾振可調(diào)的基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置。
[0007]本發(fā)明所述的一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，主要包括:容器、磁性液體、永磁體、線圈、移動(dòng)壁和調(diào)節(jié)螺桿；其特征在于:在容器內(nèi)裝有兩極被磁性液體磁致彈性層包覆的永磁體，容器內(nèi)運(yùn)動(dòng)空間通過(guò)容器內(nèi)置的可移動(dòng)壁調(diào)節(jié)，所述移動(dòng)壁和調(diào)節(jié)螺桿的一端連接，容器外壁纏繞線圈，線圈與負(fù)載連接成回路。
[0008]本發(fā)明所述一定劑量的磁性液體在永磁體兩極一定區(qū)域內(nèi)形成磁性液體磁致彈性層，兩極具有磁性液體磁致彈性層的永磁體構(gòu)成基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置的磁變構(gòu)件。
[0009]本發(fā)明所述的容器為非導(dǎo)磁材料，形狀為圓柱或長(zhǎng)方體或體。
[0010]本發(fā)明所述容器內(nèi)的移動(dòng)壁，可調(diào)節(jié)移動(dòng)，改變?nèi)萜鲀?nèi)空間大小，以致可移動(dòng)壁壓迫磁性液體磁致彈性層產(chǎn)生形變。
[0011]本發(fā)明所述調(diào)節(jié)螺桿以旋進(jìn)方式調(diào)節(jié)，與其一頭連接的移動(dòng)壁直線式前進(jìn)或后退；所述調(diào)節(jié)螺桿和移動(dòng)壁構(gòu)成振動(dòng)發(fā)電裝置的調(diào)節(jié)部位。
[0012]本發(fā)明所述線圈與負(fù)載連接成回路，裝置在振動(dòng)能的驅(qū)使下，使線圈磁通量發(fā)生變化，從而線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，線圈與負(fù)載回路產(chǎn)生感應(yīng)電流。
[0013]本發(fā)明所述裝置的固有頻率的調(diào)節(jié)可通過(guò)調(diào)節(jié)移動(dòng)壁壓迫磁性液體磁致彈性層的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果是:(I)提出的裝置中永磁體不與非活動(dòng)體鏈接，與磁性液體一起形成一個(gè)獨(dú)立的磁變構(gòu)件，可擴(kuò)展磁變構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)維度。獨(dú)立的磁變構(gòu)件是二維和三維振動(dòng)發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)。而多維振動(dòng)發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是拾振效率高。(2)在實(shí)際使用上，由彈性固件連接(支撐)活動(dòng)件的振動(dòng)發(fā)電裝置，一旦彈性固件在突然地強(qiáng)振沖擊下產(chǎn)生脫落、斷裂或超出彈性范圍等損壞，整個(gè)發(fā)電裝置就無(wú)法繼續(xù)正常使用。本發(fā)明振動(dòng)發(fā)電裝置，當(dāng)磁變構(gòu)件在突然地強(qiáng)振沖擊下，磁性液體會(huì)發(fā)生濺散脫離永磁體兩端；當(dāng)強(qiáng)振沖擊消失后，磁性液體又會(huì)自行吸附在永磁體兩端，磁變構(gòu)件恢復(fù)成強(qiáng)振沖擊前的狀態(tài)。因此，本發(fā)明發(fā)電裝置具有自修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。(3)對(duì)于本發(fā)明發(fā)電裝置磁變構(gòu)件，首先，磁性液體本身具有非常優(yōu)秀的潤(rùn)滑性；其次，永磁體在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，永磁體兩端的磁性液體彈性層會(huì)在器壁上留下一層磁性液體膜形成潤(rùn)滑層。如果潤(rùn)滑層過(guò)厚，則潤(rùn)滑層上多余的磁性液體又會(huì)被永磁體吸附，從而保持潤(rùn)滑層厚度平衡。不會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)滑劑刮離的情況；再次，永磁體與器壁之間有磁性液體彈性層隔離，彈性層在器壁法向方向上能起到緩沖作用，避免永磁體磕碰器壁和卡塞的情況，穩(wěn)定了磁變構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。(4)由于磁性液體彈性層的分段線性特征，本發(fā)明振動(dòng)發(fā)電裝置具有了拾振頻率廣和拾振可調(diào)性。(5)裝置的磁變構(gòu)件制作非常方便，更便于微型化。對(duì)于微型化的磁變構(gòu)件只需控制好磁性液體滴入量即可，無(wú)需微機(jī)械加工。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]在圖1中，1、非導(dǎo)磁容器，2、永磁體，3、磁性液體，4、線圈，5、移動(dòng)壁，6、調(diào)節(jié)螺桿。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，它主要包括:容器1、永磁體2、磁性液體3、線圈4、移動(dòng)壁5和調(diào)節(jié)螺桿6 ;其特征在于:永磁體2兩極因梯度磁場(chǎng)對(duì)磁性液體3產(chǎn)生吸附作用力，使一定劑量的磁性液體3在永磁體2兩極一定區(qū)域內(nèi)形成彈性包覆層(或稱之為磁性液體磁致彈性層)。兩極具有磁性液體磁致彈性層的永磁體2構(gòu)成基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置的活動(dòng)構(gòu)件(或稱之為磁變構(gòu)件)。容器I為非導(dǎo)磁材料，形狀為圓柱或者長(zhǎng)(正)方體。容器I的一平面器壁可調(diào)節(jié)移動(dòng)，改變?nèi)萜鱅內(nèi)空間大小，以致可移動(dòng)壁壓迫磁性液體磁致彈性層產(chǎn)生形變。調(diào)節(jié)部位由調(diào)節(jié)螺桿6和移動(dòng)壁5構(gòu)成。調(diào)節(jié)螺桿6以旋進(jìn)方式調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)螺桿一頭連接的移動(dòng)壁5直線式前進(jìn)或后退。容器I外壁纏繞線圈4，線圈4與負(fù)載連接成回路。當(dāng)裝置置于適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)源上，發(fā)生受迫振動(dòng)發(fā)生時(shí)，磁變構(gòu)件隨之受迫振動(dòng)，使線圈磁通量發(fā)生變化，從而線圈4產(chǎn)生感受電場(chǎng)，線圈4與負(fù)載回路產(chǎn)生感生電流，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
[0019]參照?qǐng)D1，直徑6mm、長(zhǎng)度1mm的永磁體2表面磁場(chǎng)強(qiáng)度約為3000 Oe，磁性液體磁致彈性層厚度約為5mm。將磁變構(gòu)件放入直徑為1mm,長(zhǎng)80mm的空心圓柱形容器I內(nèi)，然后密封容器I。將直徑0.1mm的銅絲繞在容器外壁共9000匝，線圈4放置如圖1所示。將線圈4引線端固定于容器I外壁，接入整流電路，再在整流電路輸出端接入內(nèi)阻約800Ω的LEDo調(diào)節(jié)移動(dòng)壁5，使磁性液體磁致彈性層不受壓迫。當(dāng)水平振動(dòng)時(shí)，當(dāng)振動(dòng)頻率為6Hz時(shí)輸出電壓為1.5V，29Hz時(shí)輸出電壓為1.79V。調(diào)節(jié)移動(dòng)壁5，使磁性液體磁致彈性層壓縮為一半。當(dāng)垂直振動(dòng)時(shí)，當(dāng)振動(dòng)頻率為6Hz時(shí)輸出電壓為0.8V，87Hz時(shí)輸出電壓為1.81V。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，主要包括:容器、磁性液體、永磁體、線圈、移動(dòng)壁和調(diào)節(jié)螺桿；其特征在于:在容器內(nèi)裝有兩極被磁性液體磁致彈性層包覆的永磁體，容器內(nèi)運(yùn)動(dòng)空間通過(guò)容器內(nèi)置的可移動(dòng)壁調(diào)節(jié)，所述移動(dòng)壁和調(diào)節(jié)螺桿的一端連接，容器外壁纏繞線圈，線圈與負(fù)載連接成回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于:所述一定劑量的磁性液體在永磁體兩極一定區(qū)域內(nèi)形成磁性液體磁致彈性層，兩極具有磁性液體磁致彈性層的永磁體構(gòu)成基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置的磁變構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于:所述的容器為非導(dǎo)磁材料，形狀為圓柱或長(zhǎng)方體或體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于:所述容器內(nèi)的移動(dòng)壁，可調(diào)節(jié)移動(dòng)，改變?nèi)萜鲀?nèi)空間大小，以致可移動(dòng)壁壓迫磁性液體磁致彈性層產(chǎn)生形變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于:所述調(diào)節(jié)螺桿以旋進(jìn)方式調(diào)節(jié)，與其一頭連接的移動(dòng)壁直線式前進(jìn)或后退；所述調(diào)節(jié)螺桿和移動(dòng)壁構(gòu)成振動(dòng)發(fā)電裝置的調(diào)節(jié)部位。
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種基于磁性液體磁致彈性層的振動(dòng)發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在非導(dǎo)磁的容器內(nèi)裝有兩極被磁性液體磁致彈性層包覆的永磁體。容器內(nèi)永磁體運(yùn)動(dòng)空間可通過(guò)容器的可移動(dòng)壁調(diào)節(jié)。容器外壁纏繞線圈，線圈與負(fù)載連接成回路。本發(fā)明的技術(shù)效果是：包覆磁性液體的永磁體整體被稱為動(dòng)鐵型振動(dòng)發(fā)電裝置的磁變構(gòu)件。當(dāng)容器內(nèi)部的磁變構(gòu)件受迫振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生與外壁線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。線圈與負(fù)載回路因線圈中磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電流。通過(guò)調(diào)節(jié)容器的可移動(dòng)壁減小容器空間至壓迫磁性液體磁致彈性層，達(dá)到調(diào)節(jié)裝置固有頻率的目的。
【IPC分類】H02K44-08
【公開號(hào)】CN104836414
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197634
【發(fā)明人】李成, 黃彥, 高金伙, 冉奇東, 賴藝文, 李小龍, 李宇星, 朱泉水
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日