磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，主要依靠緊貼于圓環(huán)形永磁鐵側(cè)壁上的兩塊圓形永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相互作用。外界振動(dòng)導(dǎo)致其中一塊圓形永磁鐵產(chǎn)生一定的加速度，當(dāng)具有一定加速度的圓形永磁鐵靠近另一塊圓形永磁鐵的磁場(chǎng)范圍時(shí)，兩塊圓形永磁鐵間磁場(chǎng)的斥力作用，導(dǎo)致另一塊圓形永磁鐵也產(chǎn)生加速度，兩塊圓形永磁鐵間不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且位置改變迅速，直至由于轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵與圓環(huán)形永磁鐵側(cè)壁的摩擦作用以及電磁阻尼作用使轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵中兩塊圓形永磁鐵重新恢復(fù)磁場(chǎng)平衡狀態(tài)為止，至此一次對(duì)外界振動(dòng)的感應(yīng)過程完成?？勺畲笙薅鹊膶⑼饨缯駝?dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，能量采集和轉(zhuǎn)化效率較高，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】
磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于能源材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]戶外運(yùn)動(dòng)一般都遠(yuǎn)離城市，貼近自然。通訊、照明、定向、急救等必備裝備都需要電能供給，長(zhǎng)時(shí)間的戶外運(yùn)動(dòng)對(duì)于其電能的持續(xù)供給要求就更為重要。這類裝備主要依靠電池供電，而電池供電時(shí)間有限，雖然攜帶多塊電池可以延長(zhǎng)使用時(shí)間，但攜帶繁瑣、偏重。戶外運(yùn)動(dòng)中各種各樣的晃動(dòng)、加速、跳躍等動(dòng)作均有某一平面上的動(dòng)作分量，如果能將這些動(dòng)作所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存起來(lái)備用，或是隨時(shí)補(bǔ)充，那么，這類電子裝備就能夠無(wú)限巡航。本發(fā)明涉及一種能夠用來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的晃動(dòng)、加速、跳躍等動(dòng)作產(chǎn)生的能量進(jìn)行采集的器件?？梢葬槍?duì)環(huán)境中普遍存在的低頻與高頻動(dòng)作所產(chǎn)生的能量進(jìn)行有效采集，特別適合于用作便攜充電器件的能量來(lái)源。
[0003]電磁式能量采集器是一種優(yōu)勢(shì)較為明顯的振動(dòng)能量采集方式。但是，傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)發(fā)電器件的線圈切割磁感線的效率不高，且有很多能量在器件內(nèi)部的摩擦中損耗，所以導(dǎo)致電能輸出受限。所以本發(fā)明針對(duì)電磁式能量采集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并提出了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升輸出，實(shí)現(xiàn)了電磁式能量采集器在戶外運(yùn)動(dòng)中的高頻和低頻振動(dòng)能量的尚效米集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。利用永磁鐵間的磁場(chǎng)疊加，形成磁鐵間加速度的快速轉(zhuǎn)換，從而提高感應(yīng)外界振動(dòng)的敏感度，減小摩擦損耗，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式能量采集的發(fā)電方式。
[0005]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，包括底面保護(hù)蓋和頂面保護(hù)蓋;所述底面保護(hù)蓋內(nèi)設(shè)置多個(gè)線圈放置腔，所述線圈放置腔內(nèi)安裝平面螺旋線圈，構(gòu)成平面螺旋線圈陣列。
[0006]所述頂面保護(hù)蓋內(nèi)中心設(shè)置磁鐵固定軸，所述磁鐵固定軸上固定安裝圓環(huán)形永磁鐵，所述圓環(huán)形永磁鐵的外圓周側(cè)面上設(shè)置沿其旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵，所述轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵下方設(shè)置永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道，所述永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道的圓環(huán)形狀與轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵的圓中心運(yùn)動(dòng)軌跡相同。
[0007]所述頂面保護(hù)蓋扣合安裝于底面保護(hù)蓋上。
[0008]工作原理，當(dāng)外界沒有振動(dòng)時(shí)，采集器中緊貼于圓環(huán)形永磁鐵側(cè)壁上的轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵處于懸浮狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵處于磁場(chǎng)平衡狀態(tài)。當(dāng)外界產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵中的其中一塊圓形永磁鐵由于外界的振動(dòng)而產(chǎn)生加速度時(shí)，即開始環(huán)繞圓環(huán)形永磁鐵的側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)，且始終保持在圓環(huán)形永磁鐵的環(huán)高中心所在平面上。當(dāng)具有一定加速度的圓形轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵靠近另一塊圓形轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵的磁場(chǎng)范圍時(shí)，由于兩塊圓形轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵間磁場(chǎng)斥力作用，導(dǎo)致另一塊圓形轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵也產(chǎn)生加速度，兩塊圓形轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵間不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且位置改變迅速，直至由于轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵與圓環(huán)形永磁鐵側(cè)壁的摩擦作用以及電磁阻尼作用使轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵中兩塊圓形轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵重新恢復(fù)磁場(chǎng)平衡狀態(tài)為止，至此一次對(duì)外界振動(dòng)的感應(yīng)過程完成。在此過程中，每一次轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致通過下方平面螺旋線圈放置腔中的平面螺旋線圈陣列的磁通量的改變，從而產(chǎn)生電能。由于整個(gè)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵的自身摩擦損耗很小，因此一次對(duì)外界振動(dòng)的感應(yīng)過程中會(huì)有平面螺旋線圈中的磁通量多次改變過程，且改變過程迅速(能保證產(chǎn)生電能)。也就是說(shuō)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可最大限度的將外界振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，能量采集和轉(zhuǎn)化效率都很高。
[0009]本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，具有對(duì)外界振動(dòng)的高敏感性，能量轉(zhuǎn)化過程中的低損耗性，能量轉(zhuǎn)化效率較高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，應(yīng)用前景廣闊，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1表示磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器裝配俯視圖。
[0011 ]圖2表示磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器裝配頂視圖。
[0012]圖3表示本發(fā)明提供的永磁鐵陣列布局圖。
[0013]圖中:1-頂面保護(hù)蓋，2-圓環(huán)形永磁鐵，3-轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵，4-永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道，5-平面螺旋線圈，6-磁鐵固定軸，7-底面保護(hù)蓋，8-線圈放置腔。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]—種磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，如圖1、2所示，包括底面保護(hù)蓋7和頂面保護(hù)蓋I;所述頂面保護(hù)蓋I扣合安裝于底面保護(hù)蓋7上。
[0016]如圖1、2所示，所述底面保護(hù)蓋7內(nèi)設(shè)置三個(gè)線圈放置腔8，所述線圈放置腔8內(nèi)安裝平面螺旋線圈5，構(gòu)成平面螺旋線圈陣列，三個(gè)平面螺旋線圈串聯(lián)后引出線。
[0017]如圖1、2所示，所述頂面保護(hù)蓋I內(nèi)中心設(shè)置磁鐵固定軸6，所述磁鐵固定軸6上固定安裝圓環(huán)形永磁鐵2，所述圓環(huán)形永磁鐵2的外圓周側(cè)面上設(shè)置沿其旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3，所述轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3下方設(shè)置永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道4，所述永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道4的圓環(huán)形狀與轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3的圓中心運(yùn)動(dòng)軌跡相同。
[0018]具體實(shí)施時(shí)，所述永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道4與底面保護(hù)蓋7固定。
[0019]所述轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3的厚度與永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道4的高度之和小于圓環(huán)形永磁鐵2的環(huán)尚。
[0020]兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)永磁體3的厚度之和大于圓環(huán)形永磁鐵2的環(huán)高與永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道4的高度之差。
[0021]所述圓環(huán)形永磁鐵2的外環(huán)直徑與兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3的直徑之和小于底面保護(hù)蓋7的內(nèi)腔直徑。
[0022]所述磁鐵固定軸6的軸高與圓環(huán)形永磁鐵2的環(huán)高相等。
[0023]所述頂面保護(hù)蓋I的外徑與底面保護(hù)蓋7的外徑相等。
[0024]所述平面螺旋線圈5的線圈厚度小于等于線圈放置腔8的腔深。
[0025 ] 所述圓形永磁體固定軸6的軸高與圓環(huán)形永磁鐵2的環(huán)高相等。
[0026]所述圓環(huán)形永磁鐵固定軸6的外軸直徑與圓環(huán)形永磁鐵2的內(nèi)環(huán)直徑相等。
[0027]如圖3所示，轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3緊貼環(huán)繞于圓環(huán)形永磁鐵2的側(cè)壁上。
[0028]工作時(shí)，緊貼于圓環(huán)形永磁鐵2側(cè)壁上的轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3處于懸浮狀態(tài)，沒有振動(dòng)時(shí)，圓形永磁鐵3中的兩塊圓形永磁鐵處于磁場(chǎng)平衡狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3中的其中一塊圓形永磁鐵由于外界的振動(dòng)而產(chǎn)生加速度時(shí)，即開始環(huán)繞圓環(huán)形永磁鐵2的側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)，且始終保持在圓環(huán)形永磁鐵2的環(huán)高中心所在平面上。當(dāng)具有一定慣性加速度的圓形永磁鐵靠近另一塊圓形永磁鐵的磁場(chǎng)范圍時(shí)，兩塊圓形永磁鐵間磁場(chǎng)斥力作用，導(dǎo)致另一塊圓形永磁鐵也產(chǎn)生加速度，兩塊圓形永磁鐵間不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且位置改變迅速，直至轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3與圓環(huán)形永磁鐵2側(cè)壁的摩擦作用和電磁阻尼作用使轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3中兩塊圓形永磁鐵重新恢復(fù)磁場(chǎng)平衡狀態(tài)為止。至此，一次對(duì)外界振動(dòng)的感應(yīng)過程完成。在此過程中，一次對(duì)外界振動(dòng)的感應(yīng)過程中包含平面螺旋線圈中的磁通量的多次改變過程，且改變過程迅速。也就是說(shuō)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在能量轉(zhuǎn)化過程中的損耗低，可最大限度的將外界振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，能量采集和轉(zhuǎn)化效率較高。
[0029]整個(gè)器件的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
步驟1:采用CNC數(shù)控加工或3D打印技術(shù)制作頂面保護(hù)蓋1、永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道4、磁鐵固定軸6、底面保護(hù)蓋7、線圈放置腔8。
[0030]步驟2:采用漆包銅線繞出平面螺旋線圈陣列。
[0031 ]步驟3:采購(gòu)圓環(huán)形永磁鐵2、轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵3。
[0032]步驟4:系統(tǒng)組裝。
[0033]以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范圍中的代表性實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，器件結(jié)構(gòu)平面螺旋線圈大小、圓環(huán)形永磁鐵大小、圓形永磁鐵大小、、平面螺旋線圈纏繞圈數(shù)、平面螺旋線圈放置方式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、保護(hù)外殼外觀等限制，凡采用變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均在權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:包括底面保護(hù)蓋(7)和頂面保護(hù)蓋(1);所述底面保護(hù)蓋(7)內(nèi)設(shè)置多個(gè)線圈放置腔(8)，所述線圈放置腔(8)內(nèi)安裝平面螺旋線圈(5)，構(gòu)成平面螺旋線圈陣列； 所述頂面保護(hù)蓋(1)內(nèi)中心設(shè)置磁鐵固定軸(6)，所述磁鐵固定軸(6)上固定安裝圓環(huán)形永磁鐵(2)，所述圓環(huán)形永磁鐵(2)的外圓周側(cè)面上設(shè)置沿其旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵(3)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵(3)下方設(shè)置永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道(4)，所述永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道(4 )的圓環(huán)形狀與轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵(3 )的圓中心運(yùn)動(dòng)軌跡相同； 所述頂面保護(hù)蓋(1)扣合安裝于底面保護(hù)蓋(7)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵(3)的厚度與永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道(4)的高度之和小于圓環(huán)形永磁鐵(2)的環(huán)高。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵(3)的數(shù)量是兩個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)永磁體(3)的厚度之和大于圓環(huán)形永磁鐵(2)的環(huán)高與永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道(4)的高度之差。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述圓環(huán)形永磁鐵(2)的外環(huán)直徑與兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵(3)的直徑之和小于底面保護(hù)蓋(7)的內(nèi)腔直徑。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述磁鐵固定軸(6)的軸高與圓環(huán)形永磁鐵(2)的環(huán)高相等。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)糾正軌道(4)與底面保護(hù)蓋(7)固定。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述頂面保護(hù)蓋(1)的外徑與底面保護(hù)蓋(7)的外徑相等。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋線圈(5)的線圈厚度小于等于線圈放置腔(8)的腔深。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體陣列平面轉(zhuǎn)動(dòng)式能量采集器，其特征在于:所述底面保護(hù)蓋(7)內(nèi)設(shè)置三個(gè)線圈放置腔(8)。
【文檔編號(hào)】H02K35/02GK105846642SQ201610243463
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】薛晨陽(yáng), 何劍, 張?jiān)鲂? 穆繼亮, 韓建強(qiáng), 丑修建, 張文棟
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)