CN104836414A - 一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，其结构特点是：在非导磁的容器内装有两极被磁性液体磁致弹性层包覆的永磁体。容器内永磁体运动空间可通过容器的可移动壁调节。容器外壁缠绕线圈，线圈与负载连接成回路。本发明的技术效果是：包覆磁性液体的永磁体整体被称为动铁型振动发电装置的磁变构件。当容器内部的磁变构件受迫振动时，产生与外壁线圈的相对运动。线圈与负载回路因线圈中磁场变化产生感应电流。通过调节容器的可移动壁减小容器空间至压迫磁性液体磁致弹性层，达到调节装置固有频率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及振动发电技术领域、电磁式振动发电机或振动能量采集器领域，具体涉及一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置。
背景技术
随着人们对能源、环保、健康等问题的关注与重视，研究一类清洁、可靠和廉价的发电装置成为新的研究热点。太阳能、生物能、振动能等发电装置将逐步取代传统电源以满足微小型电子设备的供能需求。日常生活中随机的机械振动能广泛存在，这些能量无控制地从一种形式转化为其他形式。对这些被忽视的能量采集利用，可创生新的能源途径。
振动式发电机或振动能采集器可以分成电磁式、压电式和静电式等等。根据活动构件方式，电磁式又分为动铁、动圈和铁圈型。电磁式振动发电机与其他形式的振动发电机比较，具有结构简单、功率密度高的特点，因而使用广泛。目前电磁式振动发电很少有使用磁性液体的。Bibo等（Physics Letters A 376 (2012) 2163–2166）提出了一种将磁化的磁性液体作为磁变体的能量采集器。目前并没有基于磁性液体磁致弹性层振动发电的公开报道。
磁性液体是一种液态磁性功能材料，一般是由10nm铁磁或亚铁磁颗粒经抗团聚处理稳定悬浮于特定基液形成的胶体体系。它具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。因永磁体的梯度磁场对磁性液体产生吸附作用力，磁性液体在永磁体磁极周围一定区域内形成弹性包覆层，这个包覆层我们称之为磁致弹性层。具有磁性液体磁致弹性层的永磁体整体被称为动铁型振动发电装置的磁变构件。
弹性层的弹性系数原则上可由磁性液体二阶浮力原理的拓展得出。何新智等（功能材料 43 (2012) 3023-3027）研究表明磁性液体二阶浮力具有分段线性。我们通过实验发现磁性液体磁致弹性层也具有类似的分段线性特征。所谓弹性系数的分段线性，是指弹性系数在弹性层压缩形变过程中不是常数，近似为不同压缩段对应于不同的弹性系数。这成为本发明所述装置固有频率可调的基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、高效率发电、经久耐用、拾振可调的基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置。
本发明所述的一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，主要包括：容器、磁性液体、永磁体、线圈、移动壁和调节螺杆；其特征在于：在容器内装有两极被磁性液体磁致弹性层包覆的永磁体, 容器内运动空间通过容器内置的可移动壁调节，所述移动壁和调节螺杆的一端连接，容器外壁缠绕线圈，线圈与负载连接成回路。
本发明所述一定剂量的磁性液体在永磁体两极一定区域内形成磁性液体磁致弹性层，两极具有磁性液体磁致弹性层的永磁体构成基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置的磁变构件。
本发明所述的容器为非导磁材料，形状为圆柱或长方体或体。
本发明所述容器内的移动壁，可调节移动，改变容器内空间大小，以致可移动壁压迫磁性液体磁致弹性层产生形变。
本发明所述调节螺杆以旋进方式调节，与其一头连接的移动壁直线式前进或后退；所述调节螺杆和移动壁构成振动发电装置的调节部位。
本发明所述线圈与负载连接成回路，装置在振动能的驱使下，使线圈磁通量发生变化，从而线圈产生感应电场，线圈与负载回路产生感应电流。
本发明所述装置的固有频率的调节可通过调节移动壁压迫磁性液体磁致弹性层的程度来实现。
本发明的技术效果是：（1）提出的装置中永磁体不与非活动体链接，与磁性液体一起形成一个独立的磁变构件，可扩展磁变构件的运动维度。独立的磁变构件是二维和三维振动发电机的基础。而多维振动发电的优点是拾振效率高。（2）在实际使用上，由弹性固件连接（支撑）活动件的振动发电装置，一旦弹性固件在突然地强振冲击下产生脱落、断裂或超出弹性范围等损坏，整个发电装置就无法继续正常使用。本发明振动发电装置，当磁变构件在突然地强振冲击下，磁性液体会发生溅散脱离永磁体两端；当强振冲击消失后，磁性液体又会自行吸附在永磁体两端，磁变构件恢复成强振冲击前的状态。因此，本发明发电装置具有自修复的优点。（3）对于本发明发电装置磁变构件，首先，磁性液体本身具有非常优秀的润滑性；其次，永磁体在往复运动过程中，永磁体两端的磁性液体弹性层会在器壁上留下一层磁性液体膜形成润滑层。如果润滑层过厚，则润滑层上多余的磁性液体又会被永磁体吸附，从而保持润滑层厚度平衡。不会产生润滑剂刮离的情况；再次，永磁体与器壁之间有磁性液体弹性层隔离，弹性层在器壁法向方向上能起到缓冲作用，避免永磁体磕碰器壁和卡塞的情况，稳定了磁变构件的运动。（4）由于磁性液体弹性层的分段线性特征，本发明振动发电装置具有了拾振频率广和拾振可调性。（5）装置的磁变构件制作非常方便，更便于微型化。对于微型化的磁变构件只需控制好磁性液体滴入量即可，无需微机械加工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
在图1中， 1、非导磁容器，2、永磁体， 3、磁性液体 ，4、线圈 ，5、移动壁 ，6、调节螺杆。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的实施方式做进一步的说明。
如图1所示，一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，它主要包括：容器1、永磁体2、磁性液体3、线圈4、移动壁5和调节螺杆6；其特征在于：永磁体2两极因梯度磁场对磁性液体3产生吸附作用力，使一定剂量的磁性液体3在永磁体2两极一定区域内形成弹性包覆层（或称之为磁性液体磁致弹性层）。两极具有磁性液体磁致弹性层的永磁体2构成基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置的活动构件（或称之为磁变构件）。容器1为非导磁材料，形状为圆柱或者长（正）方体。容器1的一平面器壁可调节移动，改变容器1内空间大小，以致可移动壁压迫磁性液体磁致弹性层产生形变。调节部位由调节螺杆6和移动壁5构成。调节螺杆6以旋进方式调节与调节螺杆一头连接的移动壁5直线式前进或后退。容器1外壁缠绕线圈4，线圈4与负载连接成回路。当装置置于适当的振动源上，发生受迫振动发生时，磁变构件随之受迫振动，使线圈磁通量发生变化，从而线圈4产生感受电场，线圈4与负载回路产生感生电流，即可实现发电。
参照图1，直径6mm、长度10mm的永磁体2表面磁场强度约为3000 Oe，磁性液体磁致弹性层厚度约为5mm。将磁变构件放入直径为10mm,长80mm的空心圆柱形容器1内,然后密封容器1。将直径0.1mm的铜丝绕在容器外壁共9000匝，线圈4放置如图1所示。将线圈4引线端固定于容器1外壁,接入整流电路，再在整流电路输出端接入内阻约800?的LED。调节移动壁5，使磁性液体磁致弹性层不受压迫。当水平振动时，当振动频率为6Hz时输出电压为1.5V，29Hz时输出电压为1.79V。调节移动壁5，使磁性液体磁致弹性层压缩为一半。当垂直振动时，当振动频率为6Hz时输出电压为0.8V，87Hz时输出电压为1.81V。
Claims (5)
1.一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，主要包括：容器、磁性液体、永磁体、线圈、移动壁和调节螺杆；其特征在于：在容器内装有两极被磁性液体磁致弹性层包覆的永磁体, 容器内运动空间通过容器内置的可移动壁调节，所述移动壁和调节螺杆的一端连接，容器外壁缠绕线圈，线圈与负载连接成回路。
2.根据权利要求1所述一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，其特征在于：所述一定剂量的磁性液体在永磁体两极一定区域内形成磁性液体磁致弹性层，两极具有磁性液体磁致弹性层的永磁体构成基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置的磁变构件。
3.根据权利要求1所述一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，其特征在于：所述的容器为非导磁材料，形状为圆柱或长方体或体。
4.根据权利要求1所述一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，其特征在于：所述容器内的移动壁，可调节移动，改变容器内空间大小，以致可移动壁压迫磁性液体磁致弹性层产生形变。
5.根据权利要求1所述一种基于磁性液体磁致弹性层的振动发电装置，其特征在于：所述调节螺杆以旋进方式调节，与其一头连接的移动壁直线式前进或后退；所述调节螺杆和移动壁构成振动发电装置的调节部位。
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