一種高輸出振動型磁電發(fā)電機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了高輸出振動型磁電發(fā)電機，包括多塊導磁塊及至少三塊圓柱形磁體，多塊磁體之間上下安裝，每上下兩個磁體中間均安裝導磁塊，頂端磁體上安裝上軛鐵，底端磁體下端安裝下軛鐵，用中心通軸將多塊磁體和導磁塊及上下軛鐵緊固；線圈架套在中心磁體組合的周圍；線圈架上繞制至少四組線圈，并且相鄰兩組線圈繞制方向相反，線圈架外圍套有圓管型的導磁環(huán)，導磁環(huán)固定在外殼的內(nèi)壁上；外殼上、下端分別設(shè)有上蓋和下蓋，上彈簧片固定在線圈架的上端，下彈簧片固定在線圈架的下端，線圈架被上下彈簧片夾持并可以上下移動；上蓋上裝有接線柱，接線柱與線圈相連，整體安裝于外殼體內(nèi)。該結(jié)構(gòu)獨特，發(fā)電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
【專利說明】
一種高輸出振動型磁電發(fā)電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于振動型電磁發(fā)電機領(lǐng)域，涉及一種高輸出振動型磁電發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電力行業(yè)大多以風能、熱能、水能、核能、地熱能等能源作為原動力帶動發(fā)電機發(fā)電，這些發(fā)電模式普遍存在污染大、能源消耗大、人力財力物力消耗大等缺點。隨著社會進步和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人類對能源的需求也越來越大。為了滿足越來越大的能源缺口，可再生能源是解決能源危機的重要手段。
[0003]振動機械能隨處可見，例如汽車行駛過程中的顛振、工廠機械設(shè)備產(chǎn)生的振動、人流行走、油井鉆機、人工爆破等都能產(chǎn)生很多的機械振動能，而這些能量都白白浪費了。合理地開發(fā)和利用振動機械能發(fā)電，是節(jié)能減耗，解決能源危機的一種重要途徑。
[0004]獲取振動機械能目前有三種常用的技術(shù)手段:壓電式發(fā)電、靜電式發(fā)電和電磁式發(fā)電。壓電式發(fā)電存在的主要問題是壓電陶瓷片或壓電薄膜具有高電壓低電流的輸出特征，因而輸出功率很小。另一個問題是壓電材料(PZT)的固有頻率很高，一般在MHz級別，很難耦合到可用于實際的任何振動或周期性運動。而靜電式發(fā)電與壓電式發(fā)電類似，也具有尚電壓低電流的輸出特征，也同樣只有很小的功率輸出。靜電式發(fā)電機相比壓電式發(fā)電機或磁電式發(fā)電機具有較低的功率密度，這是由于靜電式發(fā)電機所依賴的靜電氣隙具有相對低的能量密度。
[0005]電磁發(fā)電機有可能提供相對大的電能。眾所周知，利用電磁原理發(fā)電是一種通用技術(shù)。而如何將電磁轉(zhuǎn)換效率提高到極致卻是一個永恒的課題。一般來說，電磁發(fā)電機追求在一定尺寸范圍內(nèi)獲得更大的發(fā)電電力，為達到此目的，主要設(shè)計方向包括以下幾點:采用高磁通密度的磁體;磁路優(yōu)化設(shè)計以減少漏磁和磁阻;線圈在磁通密度最大處切割磁力線；盡可能多的線圈匝數(shù)和盡可能低的線圈電阻均衡問題;根據(jù)慣性體質(zhì)量設(shè)計彈簧的尺寸和彈性系數(shù)，力求獲得最合理的系統(tǒng)固有頻率，使其能在諧振頻率點振動發(fā)電；效能與成本核算等。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)的電磁式振動發(fā)電機一般體積較大，不適合應用于狹小空間，難以在較小的體積內(nèi)實現(xiàn)較大輸出。其主要原因是磁路設(shè)計不合理、振動頻率設(shè)計不合理、線圈與磁體的相對位置設(shè)計不合理。所帶來的結(jié)果就是線圈不能有效的切割磁力線、漏磁多、磁阻大、磁電轉(zhuǎn)換效率低、輸出功率小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種高輸出振動型磁電發(fā)電機，該發(fā)電機結(jié)構(gòu)獨特，發(fā)電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0009 ] 一種高輸出振動型磁電發(fā)電機，包括多塊導磁塊以及至少三塊圓柱形磁體，磁體中心設(shè)有中心通孔，多塊磁體之間上下安裝，每上下兩個磁體中間均安裝導磁塊隔離每塊磁體，頂端磁體上安裝有上軛鐵，底端磁體下端安裝有下軛鐵，用中心通軸將多塊磁體和導磁塊以及上下軛鐵通過中心通孔緊固；線圈架套在中心磁體組合的周圍，線圈架內(nèi)壁與中心磁體組合外壁留有小距離的間隙；線圈架上繞制至少四組線圈，并且相鄰兩組線圈繞制方向相反，線圈架外圍套有圓管型的導磁環(huán)，導磁環(huán)固定在外殼的內(nèi)壁上，導磁環(huán)的內(nèi)壁與線圈架的外壁留有小距離的間隙;外殼上端設(shè)有上蓋，外殼下端通過擋環(huán)設(shè)有下蓋，上彈簧片的外圈用卡環(huán)固定在線圈架的上端，上彈簧片的內(nèi)圈由上蓋和上軛鐵夾持，下彈簧片的外圈用卡環(huán)固定在線圈架的下端，下彈簧片的內(nèi)圈由下蓋和下軛鐵夾持，線圈架被上下彈簧片夾持并可以上下移動；上蓋上安裝有接線柱，接線柱與線圈相連，整體安裝于外殼體內(nèi)。
[0010]所述的磁體為釹鐵硼磁體，相鄰兩塊磁體反方向安裝，并用導磁材料制成的導磁塊相間隔，至少三塊釹鐵硼磁體沿軸向?qū)Υ虐惭b。
[0011 ]該發(fā)電機包括兩塊導磁塊以及上磁體、中磁體和下磁體三塊軸向磁化的圓柱形磁體;每兩個圓柱形磁體中間分別安裝導磁塊隔離每塊磁體，上磁體的上方安裝上軛鐵，下磁體的下方安裝下軛鐵;所述的中心通軸由上至下分別穿過上蓋、上彈簧片、上軛鐵、上磁體、導磁塊、中磁體、導磁塊、下磁體、下軛鐵，并用兩端的緊固螺母和夾緊;上下軛鐵和導磁塊采用高導磁材料制成。
[0012]所述的上蓋、上彈簧片、上軛鐵、上磁體、導磁塊、中磁體、導磁塊、下磁體以及下軛鐵均設(shè)有中心內(nèi)孔，并且其內(nèi)孔尺寸均相同。
[0013]所述的線圈為螺線管線圈。
[0014]線圈架上繞制四組線圈；四組線圈分別為上A線圈、上B線圈、下A線圈和下B線圈；所述線圈架上自上往下分別繞制上A線圈、上B線圈、下A線圈和下B線圈，所述上A線圈和上B線圈繞制方向相反;上B線圈和下A線圈繞制方向相反;下A線圈和下B線圈的繞制方向也相反;繞制了四組線圈的線圈架被上彈簧片和下彈簧片夾持，并構(gòu)成可以上下運動的慣性體。
[0015]所述的慣性體最大位移為±2mm;所述的上A線圈和下B線圈采用9絲自焊銅線，各繞制880匝制成;上B線圈和下A線圈采用9絲自焊銅線，各繞制1320匝制成。
[0016]所述的上、下彈簧片為平板式多筋彈簧，用恒彈性材料制成;所述的導磁環(huán)采用高導磁率的材料制成；
[0017]該高導磁率的材料包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料;恒彈性材料為鈹青銅。
[0018]所述的線圈架是用非金屬材料制成；上蓋、下蓋、外殼和擋環(huán)采用增強尼龍制成；中心通軸采用不銹鋼材料制成。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0020]本發(fā)明提供的發(fā)電機，采用多塊釹鐵硼磁體沿軸向?qū)Υ虐惭b，S卩N極和N極頂頭，S極和S極頂頭，使每兩塊磁體之間的導磁塊向外發(fā)散高磁通密度的磁力線，以提高線圈在磁通密度最大處切割磁力線時的發(fā)電能力;磁路優(yōu)化設(shè)計，包括采用高導磁材料制成的導磁環(huán)，盡量減少漏磁和降低磁阻;精密的機械設(shè)計使線圈在磁通密度最大處切割磁力線;盡可能多的線圈匝數(shù)和盡可能低的線圈電阻；并根據(jù)振動源的頻帶范圍，在慣性體質(zhì)量確定后設(shè)計彈簧的尺寸和彈性系數(shù)，力求獲得最合理的系統(tǒng)固有頻率，使其能在諧振頻率點振動發(fā)電。[0021 ]本發(fā)明結(jié)構(gòu)獨特，發(fā)電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的實施形態(tài)內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的實施形態(tài)磁力線走向示意圖。
[0024]其中，1、上緊固螺母;2、上A線圈；3、導磁環(huán);4、上B線圈；5、外殼;6、下A線圈；7、中心通軸；8、下B線圈；9、擋環(huán)；10、下緊固螺母；11、上蓋；12、上彈簧片；13、上軛鐵；14、上磁體；15、導磁塊；16、中磁體；17、線圈架；18、導磁塊；19、下磁體;20、下軛鐵;21、下彈簧片；22、下蓋。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0026]參見圖1至圖2，一種高輸出振動型磁電發(fā)電機，包括用導磁材料制成的導磁塊15和18以及至少三塊圓柱形磁體14、16、19，磁體中心設(shè)有中心通孔;磁體上下安裝，中間安裝導磁塊15和18隔離每塊磁體，用中心通軸7將磁體和導磁塊以及上下軛鐵13、20通過中心通孔緊固；線圈架17套在磁體周圍，線圈架內(nèi)壁與磁體外壁留有小距離的間隙；線圈架上繞制至少四組線圈2、4、6、8，并且相鄰兩組線圈繞制方向相反;線圈架外圍套有圓管型的導磁環(huán)3，導磁環(huán)固定在外殼5的內(nèi)壁上，并與線圈架留有小距離的間隙;上彈簧片12的外圈用卡環(huán)固定在線圈架17的上端，上彈簧片的內(nèi)圈由上蓋11和上軛鐵13夾持，下彈簧片21的外圈用卡環(huán)固定在線圈架17的下端，下彈簧片的內(nèi)圈由下蓋22和下軛鐵20夾持，線圈架被上下彈簧片夾持并可以上下移動;上蓋上安裝有接線柱，接線柱與線圈相連，上蓋11和下蓋22之間安裝外殼5。上蓋和下蓋對內(nèi)部結(jié)構(gòu)有居中扶正作用，并整體安裝于外殼體內(nèi)。
[0027]所述的彈簧片為平板式多筋彈簧，用恒彈性材料制成。
[0028]所述的線圈架17是用非金屬材料制成。
[0029]所述的磁體為釹鐵硼磁體，所述釹鐵硼磁體至少使用三塊。
[0030]所述的釹鐵硼磁體使用多塊時，將相鄰兩塊磁體反方向安裝，并用導磁材料制成的導磁塊相間隔。
[0031]所述的導磁環(huán)3利用高導磁率的材料制成，該材料包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。
[0032]所述的線圈架17上繞制多組線圈時，將相鄰兩個線圈反方向繞制，所述的線圈為螺線管線圈。
[0033]所述的中心通軸7由上至下分別穿過上蓋11、上彈簧片12、上軛鐵13、上磁體14、導磁塊15、中磁體16、導磁塊18、下磁體19、下軛鐵20，并用兩端的緊固螺母I和10夾緊。
[0034]具體的，參見圖1，本例使用三只軸向磁化的圓柱形磁體和四組螺線管線圈以及用超微晶材料制成的圓筒形導磁環(huán)，但本發(fā)明不僅局限于此。
[0035]本發(fā)明由多組螺線管線圈和多只軸向磁化的圓柱形磁體以及高導磁率導磁環(huán)構(gòu)成電磁回路，線圈架和線圈在外界振動的作用下產(chǎn)生上下運動，線圈切割磁力線產(chǎn)生電能。
[0036]本例采用三塊釹鐵硼磁體沿軸向?qū)Υ虐惭b，S卩N極和N極頂頭，S極和S極頂頭，使每兩塊磁體之間的導磁塊向外發(fā)散高磁通密度的磁力線，以提高線圈在磁通密度最大處切割磁力線時的發(fā)電能力。
[0037]所述三塊釹鐵硼磁體分別為上磁體14、中磁體16和下磁體19，中間用導磁材料制成的導磁塊15和18隔離。上磁體14的上方安裝上軛鐵13，下磁體19的下方安裝下軛鐵20。
[0038]中心通軸7由上至下分別穿過上蓋11、上彈簧片12、上軛鐵13、上磁體14、導磁塊15、中磁體16、導磁塊18、下磁體19、下軛鐵20，并用兩端的緊固螺母I和10夾緊。
[0039]線圈架17上繞制了四組線圈，分別為上A線圈2、上B線圈4、下A線圈6和下B線圈8;繞制了四組線圈的線圈架17被上彈簧片12和下彈簧片21夾持，并構(gòu)成可以上下運動的慣性體。
[0040]所述慣性體最大位移為± 2mm。
[0041 ]上蓋11、上彈簧片12、上軛鐵13、上磁體14、導磁塊15、中磁體16、導磁塊18、下磁體19以及下軛鐵20均設(shè)有中心內(nèi)孔，并且其內(nèi)孔尺寸均相同，中心通軸7的外徑與之負公差配合安裝。
[0042]上彈簧片12的外圈用卡環(huán)安裝于線圈架17的上緣，下彈簧片21的外圈用卡環(huán)安裝于線圈架17的下緣。
[0043]所述線圈架17自上往下分別繞制上A線圈2、上B線圈4、下A線圈6和下B線圈8，所述上A線圈2和上B線圈4繞制方向相反;上B線圈4和下A線圈6繞制方向相反;下A線圈6和下B線圈8的繞制方向也相反。因為磁力線穿過上A線圈2和上B線圈4的方向是相反的，磁力線穿過下A線圈6和下B線圈8的方向也是相反的，而磁力線穿過上A線圈2和下A線圈6的方向是相同的，當慣性體上下運動時，四組線圈所產(chǎn)生的感應電流才會有相同的方向。
[0044]所述結(jié)構(gòu)的磁力線走向如圖2所示。
[0045]所述線圈架17在中心磁體組合的周圍，其內(nèi)壁與軛鐵和導磁塊的外壁留有小距離的間隙。
[0046]導磁環(huán)3嵌入外殼5的內(nèi)壁，并套在線圈架17的外圍，導磁環(huán)3的內(nèi)壁與線圈架17的外壁留有小距離的間隙。
[0047]上蓋11和下蓋22對內(nèi)部結(jié)構(gòu)有中心扶正作用，并整體安裝于外殼體內(nèi)。
[0048]高磁能積的釹鐵硼磁體14、16、19，高導磁材料制成的上下軛鐵13、20和導磁塊15、18，以及超微晶材料的導磁環(huán)3共同組成磁回路。由于超微晶材料的高聚磁效應，使得磁體14、16、19和導磁環(huán)3之間的磁隙中具有高密度磁力線。上彈簧片12、下彈簧片21以及由線圈架17和四組線圈構(gòu)成的慣性體構(gòu)成彈簧振動系統(tǒng)。當該振動系統(tǒng)接收外界振動發(fā)生振動時，四組線圈均在磁隙中切割磁力線，從而獲得很大的輸出電流。
[0049]其中:
[0050]上蓋11、下蓋22、外殼5和擋環(huán)9，材料采用增強尼龍。
[0051]上彈簧片12和下彈簧片21為平板式多筋彈簧，材料采用鈹青銅。
[0052]導磁環(huán)3，超微晶帶材卷制而成。
[0053]上軛鐵13、下軛鐵20、導磁塊15、導磁塊18，材料采用電工純鐵鍍鋅制成。
[0054]線圈架17，材料采用聚砜，以保證很薄的壁厚和合適的強度。
[0055]中.?ι、通軸7，材料米用不鎊鋼。
[0056]上A線圈2和下B線圈8，材料采用9絲自焊銅線，各繞制880匝。上B線圈4下A線圈6，材料采用9絲自焊銅線，各繞制1320匝。
[0057]上磁體14、中磁體16、和下磁體19，材料均采用圓柱形釹鐵硼軸向磁體，標號N42。下磁體17，材料采用圓管形釹鐵硼徑向磁體，標號N42。
[0058]本發(fā)明由多組螺線管線圈和多只圓柱形磁體以及高導磁率的導磁環(huán)所構(gòu)成的電磁回路以拾取振動能量發(fā)電。
[0059]本發(fā)明提供的發(fā)電機，采用圓柱形釹鐵硼磁體以及獨特設(shè)計的頂磁結(jié)構(gòu)，使其具有高磁通密度;磁路優(yōu)化設(shè)計盡量減少漏磁和降低磁阻;精密的機械設(shè)計使線圈在磁通密度最大處切割磁力線;盡可能多的線圈匝數(shù)和盡可能低的線圈電阻;并根據(jù)振動源的頻帶范圍，在慣性體質(zhì)量確定后設(shè)計彈簧的尺寸和彈性系數(shù)，力求獲得最合理的系統(tǒng)固有頻率，使其能在諧振頻率點振動發(fā)電。
[0060]本發(fā)明結(jié)構(gòu)獨特，發(fā)電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
[0061]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，包括多塊導磁塊以及至少三塊圓柱形磁體，磁體中心設(shè)有中心通孔，多塊磁體之間上下安裝，每上下兩個磁體中間均安裝導磁塊隔離每塊磁體，頂端磁體上安裝有上軛鐵(13)，底端磁體下端安裝有下軛鐵(20)，用中心通軸(7)將多塊磁體和導磁塊以及上下軛鐵(13、20)通過中心通孔緊固；線圈架(17)套在中心磁體組合的周圍，線圈架(17)內(nèi)壁與中心磁體組合外壁留有小距離的間隙；線圈架(17)上繞制至少四組線圈，并且相鄰兩組線圈繞制方向相反，線圈架(17)外圍套有圓管型的導磁環(huán)(3)，導磁環(huán)(3)固定在外殼(5)的內(nèi)壁上，導磁環(huán)(3)的內(nèi)壁與線圈架(17)的外壁留有小距離的間隙；外殼(5)上端設(shè)有上蓋(11)，外殼(5)下端通過擋環(huán)(9)設(shè)有下蓋(22)，上彈簧片(12)的外圈用卡環(huán)固定在線圈架(17)的上端，上彈簧片(12)的內(nèi)圈由上蓋(11)和上軛鐵(13)夾持，下彈簧片(21)的外圈用卡環(huán)固定在線圈架(17)的下端，下彈簧片的內(nèi)圈由下蓋(22)和下軛鐵(20)夾持，線圈架(17)被上下彈簧片夾持并可以上下移動;上蓋(11)上安裝有接線柱，接線柱與線圈相連，整體安裝于外殼體內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，所述的磁體為釹鐵硼磁體，相鄰兩塊磁體反方向安裝，并用導磁材料制成的導磁塊相間隔，至少三塊釹鐵硼磁體沿軸向?qū)Υ虐惭b。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，該發(fā)電機包括兩塊導磁塊(15、18)以及上磁體(14)、中磁體(16)和下磁體(19)三塊軸向磁化的圓柱形磁體；每兩個圓柱形磁體中間分別安裝導磁塊(15、18)隔離每塊磁體，上磁體(14)的上方安裝上軛鐵(13)，下磁體(19)的下方安裝下軛鐵(20);所述的中心通軸(7)由上至下分別穿過上蓋(11)、上彈簧片(12)、上軛鐵(13)、上磁體(14)、導磁塊(15)、中磁體(16)、導磁塊(18)、下磁體(19)、下軛鐵(20)，并用兩端的緊固螺母(I)和(10)夾緊；上下軛鐵(13、20)和導磁塊(15、18)采用高導磁材料制成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，所述的上蓋(11)、上彈簧片(12)、上軛鐵(13)、上磁體(14)、導磁塊(15)、中磁體(16)、導磁塊(18)、下磁體(19)以及下軛鐵(20)均設(shè)有中心內(nèi)孔，并且其內(nèi)孔尺寸均相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，所述的線圈為螺線管線圈。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，線圈架(17)上繞制四組線圈；四組線圈分別為上A線圈(2)、上B線圈(4)、下A線圈(6)和下B線圈(8);所述線圈架(17)上自上往下分別繞制上A線圈(2)、上B線圈(4)、下A線圈(6)和下B線圈(8)，所述上A線圈(2)和上B線圈(4)繞制方向相反;上B線圈(4)和下A線圈(6)繞制方向相反；下A線圈(6)和下B線圈(8)的繞制方向也相反;繞制了四組線圈的線圈架(17)被上彈簧片(12)和下彈簧片(21)夾持，并構(gòu)成可以上下運動的慣性體。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，所述的慣性體最大位移為±2mm;所述的上A線圈(2)和下B線圈(8)采用9絲自焊銅線，各繞制880匝制成;上B線圈(4)和下A線圈(6)采用9絲自焊銅線，各繞制1320匝制成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，所述的上、下彈簧片(12、21)為平板式多筋彈簧，用恒彈性材料制成;所述的導磁環(huán)(3)采用高導磁率的材料制成。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，該高導磁率的材料包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料;恒彈性材料為鈹青銅。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高輸出振動型磁電發(fā)電機，其特征在于，所述的線圈架(17)是用非金屬材料制成；上蓋(U)、下蓋(22)、外殼(5)和擋環(huán)(9)采用增強尼龍制成；中心通軸(7)采用不銹鋼材料制成。
【文檔編號】H02K35/04GK105932856SQ201610488606
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】胡長生
【申請人】西安陸洲智能傳感技術(shù)有限公司