CN104393736A - 采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，该采集器选用的拾振系统由两端吸附有磁性液体的柱状永磁铁和位于壳体外侧的永磁片组成，将永磁间的吸引力作为回复力，柱状永磁铁因吸附有磁性液体而悬浮于壳体内，并作为惯性质量块响应外界振动。感应线圈缠绕于端盖内侧的阶梯圆柱上，随着壳体内永磁铁的相对运动，感应线圈内的磁通量发生变化，而感应出电能，实现振动能的采集。本发明具有结构简单、实用性强、耐疲劳等优点，可高效采集各种平面形式的振动能。

Description

采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器

技术领域

本发明属于发电装置领域，具体的说，本发明涉及采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器。

背景技术

机械振动能是环境中普遍存在的一种能量，该类能量采集器主要有静电式、压电式和电磁式，相比之下，电磁式具有结构简单、发电量大、无需外电源等优点。平面振动是一种常见的振动形式，该形式振动能量的获取，同样需要先设计一种平面振动能的拾取系统。常见的弹簧和永磁质量块的机械连接结构具有抗疲劳性差、噪声大等不足。磁性弹簧多利用磁铁同极斥力而设计，该结构为了增加其结构稳定性，通常需要增加导杆或套筒等永磁铁导向装置，这样会增加永磁铁与导向装置的摩擦，降低其拾振性能。

磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米铁磁性或亚铁磁性颗粒分散于液态载液中形成的稳定的胶态悬浮液，磁性液体二阶浮力原理是指磁性液体可以将沉浸在其中的比重比其自身大的永久磁铁悬浮起来，这样可以改变久磁铁和与其接触面间的摩擦形式，即由固体间摩擦转变为液固间摩擦，且仅有少量磁性液体与避免接触，使得吸附有磁性液体的永磁铁对惯性力敏感度较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

现有平面振动能量采集器的拾振系统多采用弹簧与永磁铁的机械连接，表现出抗疲劳性差、噪声大等不足，稳定性较差，且拾振系统灵敏度相对不高，采能效率较低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，该装置包括端盖、磁性液体、壳体、柱状永磁铁、永磁片、垫盖、感应线圈。

将端面吸附有磁性液体的柱状永磁铁装入壳体内，壳体与端盖通过螺纹连接，端盖内侧有一阶梯圆柱，该阶梯圆柱上缠绕有感应线圈，通过螺纹将垫盖与壳体连接，垫盖内底面刚性连接有永磁片，柱状永磁铁和永磁片的磁极沿轴向同名磁极同向而置。

所述壳体、端盖、垫盖均为非导磁材料。

所述垫盖与壳体通过螺纹连接，使得柱状永磁铁和永磁片间的距离可调，依此调节柱状永磁铁和永磁片间的吸引力，进而调节该能量采集器对应拾振系统的固有频率。

柱状永磁铁在磁性液体作用下悬浮于壳体内，利用永磁铁间吸引力所提供的回复力，柱状永磁铁作为惯性质量块响应振动，且相对感应线圈产生运动，引起感应线圈中磁通量的变化，产生电能。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

该能量采集器能够实现对来自平面形式振动能的采集，且具有结构简单、耐疲劳、无噪等优点。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图中：端盖1、磁性液体2、柱状永磁铁3、壳体4、永磁片5、垫盖6、感应线圈7。

图2为该采集器对应的拾振系统模型图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，如图1所示。该装置包括端盖1、磁性液体2、柱状永磁铁3、壳体4、永磁片5、垫盖6、感应线圈7。将端面吸附有磁性液体2的柱状永磁铁3装入壳体4内，柱状永磁铁3在磁性液体2作用下悬浮于壳体4内，壳体4与端盖1通过螺纹连接，端盖1内侧有一阶梯状圆柱，其圆周面分布有感应线圈7；通过螺纹将垫盖6与壳体4连接，垫盖6内底面刚性连接永磁片5，柱状永磁铁3和永磁片5的同名磁极沿轴向同向而置。

利用永磁材料间吸引力所提供的回复力而使得柱状永磁铁3惯性块在中心位置运动，从而引起感应线圈7与永磁片5间的相对运动，使得感应线圈7中产生电能。

图2为该能量采集器对应的拾振系统模型图，为二阶质量-弹簧-阻尼系统，在外界振动位移y(t)作用下，质量块m响应振动对应的运动微分方程为：

$m\stackrel{..}{z}\left(t\right)+c\stackrel{.}{z}\left(t\right)+\mathrm{kz}\left(t\right)=-m\stackrel{..}{y}\left(t\right)$

其中，z(t)为质量块相对壳体支架的位移，c、k分别为阻尼系数和等效磁簧的弹性系数。阻尼系数c_t＝c_l+c_e，阻尼系数c_l主要为磁性液体2与壳体4和端盖1内壁之间接触面的粘性阻尼系数，c_e为电磁阻尼系数。根据能量守恒定律，可知从振动源传递给电磁阻尼的瞬时功率为该功率即为采集到的电功率。

所述端盖1、壳体4、垫盖6均为非导磁材料，如铝合金、尼龙、奥氏体不锈钢等。

所述磁性液体可选酯基磁性液体、煤油基磁性液体、机油基磁性液体。

该能量采集器所采用的拾振系统对应的阻尼形式有粘性阻尼和电磁阻尼，因此该能量采集器也可应用于减振。

Claims (4)

1.采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，该装置包括端盖(1)、磁性液体(2)、柱状永磁铁(3)、壳体(4)、永磁片(5)、垫盖(6)、感应线圈(7)；

上述各部分之间的连接：将端面吸附有磁性液体(2)的柱状永磁铁(3)装入壳体(4)内，壳体(4)与端盖(1)通过螺纹连接，端盖(1)内侧有一阶梯圆柱，该阶梯圆柱上缠绕有感应线圈(7)；通过螺纹将垫盖(6)与壳体(4)连接，垫盖(6)内底面刚性连接永磁片(5)。

其特征在于：柱状永磁铁(3)在磁性液体(2)作用下悬浮于壳体(4)内，利用永磁材料间吸引力所提供的回复力，柱状永磁铁(3)作为惯性质量块响应外界振动，且相对感应线圈(7)产生运动，引起感应线圈(7)中磁通量的变化，产生电能。

2.根据权利要求1所述的采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，其特征在于所述柱状永磁铁(3)和永磁片(5)共轴线，且同名磁极同向而置。

3.根据权利要求1所述的采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，其特征在于端盖(1)、壳体(4)、垫盖(6)均为非导磁材料。

4.根据权利要求1所述的采用磁性液体和永磁铁组合结构的平面振动能量采集器，其特征在于壳体(4)与垫盖(6)通过螺纹连接，使得柱状永磁铁和永磁片间的距离可调。