CN105529899A - 高效稳定电磁发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效稳定电磁式发电装置，包括壳体，以及位于壳体内部的拾振系统和感应线圈，所述拾振系统位于所述感应线圈内部，所述拾振系统包括多个拾振弹簧，每个拾振弹簧的一端与壳体相连，另一端分别固定连接一个永磁铁，所述多个拾振弹簧的振动方向与所述线圈的轴线方向平行。本发明的电磁发电装置对环境振动的频率要求不高，可以弥补现有技术中的电磁发电装置具有的电压不稳定和功率不连续的缺点,即使环境频率变化时,其产生的电能也不会急剧下降,并且,产生的电能也比现有技术大很多，总的电能可以为无线传感系统提供动力，这样可以确保无线传感系统高效、稳定的工作。

Description

高效稳定电磁发电装置

技术领域

本发明涉及一种高效稳定电磁发电装置，属于电磁发电技术领域。

背景技术

近年来，随着无线电通讯与微机电系统(Mi-cor-Elect-MechanicalSystem,MEMS)技术的不断发展，使得微电子设备，微传感器和可携带电子器件等微型机电设备的应用范围不断扩大，尤其在嵌入式系统，人体健康检测系统，环境控制系统，声纳系统，以及军事安全应用系统等方面得到了广泛的应用。通常，这些设备依靠传统电池提供能量，如锂聚合物电池，镍氢电池等，但传统电池存在明显的缺陷：

(1)相对于微型机电设备其体积仍然较大，限制了微型机电设备的进一步微型化；

(2)电池化学毒性污染严重；

(3)供能寿命有限。

由于传统电池这些的缺陷，各国研究者研究从周围环境中收集能量，目的是取代传统电池为微型机电设备供电。通常把利用一种技术从周围环境中获取能量并将其转化为可利用能量的过程称作能量收集，由于环境中机械振动是最为常见且广泛存在的一种能量存在形式，通过能量收集技术收集振动能，用于补充或取代电池具有极大的运用前景。

21世纪以来，该研究方向已成为国际上的研究热点，目前各国研究者提出的振动能量收集技术主要包括：电磁式能量收集技术，静电式能量收集技术，压电式能量收集技术，磁致伸缩式能量收集技术以及复合式能量收集技术。静电式能量收集器一般需要被引导，即它在开始产生电能之前，需要一个外部电源在可变电容之间产生原始电压差。压电式能量收集技术的机理是基于压电材料的正压电效应把振动能转化为电能。当受到某固定方向外力作用时，压电材料会产生形变，内部产生电极化现象，同时在两个表面上产生等量异号的束缚电荷，电荷的面密度与所受外力的大小成正比，当外力撤去后，又恢复到不带电的状态，当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变，由此将机械振动能转换为电能。但是目前压电效应转化的效率特别低，无法满足无线传感网络的要求。

电磁式能量收集技术是把外界随机的机械振动转化为线圈回路或永磁体的运动，实现两者之间的相对运动，从而使线圈回路内磁通量发生变化，产生感应电动势。相对静电式和压电式能量收集技术，它的要求较低，不需要外部电源，效率也比压电式相对高，但是现阶段的电磁式发电机也有相当大的缺陷：（1）只能在唯一频率特定达到最大输出电压与功率，如果环境振动频率偏离设计频率一点，所产生的电力急剧下降。（2）所产生的电能还是相对较低；（3）功率输出不连续。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种对环境振动频率要求不高，产生电能较高，功率输出连续的高效稳定电磁发电装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：高效稳定电磁发电装置，包括壳体，以及位于壳体内部的拾振系统和感应线圈，所述拾振系统位于所述感应线圈内部，所述拾振系统包括多个拾振弹簧，每个拾振弹簧的一端与壳体相连，另一端分别固定连接一个永磁铁，所述多个拾振弹簧的振动方向与所述线圈的轴线方向平行。

所述多个拾振弹簧具有至少三组共振频率。

所述感应线圈缠绕在所述壳体内壁，所述感应线圈具有多层。

所述壳体为圆柱形，所述感应线圈缠绕在所述圆柱形壳体内壁上。

所述永磁铁的另一端与所述壳体之间设置有缓冲装置。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用的拾振系统由多个磁铁-弹簧装置构成的。每个磁铁都有自己特定的固定共振频率，线圈是静止的，磁铁运动产生电动势，当周围环境有微振动时，每个磁铁振动使线圈中产生电动势,由于与每个磁铁相连的弹簧具有不同的共振频率,本发明的电磁发电装置对环境振动的频率要求不高,可以弥补现有技术中的电磁发电装置具有的电压不稳定和功率不连续的缺点,即使环境频率变化时,其产生的电能也不会急剧下降,并且,产生的电能也比现有技术大很多，总的电能可以为无线传感系统提供动力，这样可以确保无线传感系统高效、稳定的工作。

附图说明

图1为单个磁铁—弹簧装置的简化示意图；

图2为单个磁铁—弹簧装置的输出电压和功率随外界振动频率变化的曲线图；

图3为本发明的电磁发电装置的结构示意图；

图4为本发明的电磁发电装置的输出电压和功率随外界振动频率变化的曲线图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的实质性特点，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，为单个磁铁—弹簧装置的简化示意图，该装置放置于外界有振动的环境中，外界振动通过外壳传送个弹簧K时，与弹簧K相连的磁铁M也发生振动，其周围的磁场也发生变化，从而使位于其磁场中的线圈L中的磁通量变化，线圈L的两端输出电压V。如图2所示，为单个磁铁—弹簧装置时，线圈L输出的电压和功率随外界振动频率变化的曲线图。从图中可以看出，其输出的电压不稳定，功率不连续，只有当外界振动频率和该弹簧的振动频率相同时，线圈L输出的电压和功率可以达到最大。

本发明提出了一种高效稳定电磁发电装置，如图3所示，包括壳体1，以及位于壳体1内部的拾振系统3和感应线圈2，拾振系统3位于感应线圈2内部，拾振系统2包括多个拾振弹簧K1,K2,……Kn，每个拾振弹簧的一端与壳体1固定连接，另一端分别与永磁铁M1,M2,……Mn固定连接，拾振弹簧K1,K2,……Kn的振动方向与线圈的轴线方向平行,使拾振弹簧由于外界振动而带动永磁铁运动时,能使感应线圈中的磁通量变化,从而产生感应电动势,输出电压与功率。

其中,拾振弹簧K1,K2,……Kn具有多组共振频率,其中，至少为三组共振频率。与拾振弹簧相连的永磁铁也具有至少三组共振频率，从而使该电磁发电装置的输出电压和功率在不同频率的外界振动下保持连续。

其中,缠绕在壳体1内部的感应线圈2可以为多层感应线圈,从而可以增加该电磁发电装置的输出电压和功率。

其中,壳体1可以为圆柱形，从而感应线圈2缠绕在该圆柱形壳体1内壁上,形成圆柱形线圈，使本发明的电磁发电装置易于组装和成型。

此外，永磁铁M1,M2,……Mn的另一端与壳体1之间设置有缓冲装置H1，H2……Hn，避免了弹簧K1,K2,……Kn带动永磁铁M1,M2,……Mn振动时对壳体1形成的撞击。

如图4所示，为本发明的电磁发电装置的输出电压和功率随外界振动频率变化的曲线图，从图中可以看出，本发明的电磁发电装置的输出电压和功率随外界振动频率变化不明显，对外界频率变化不敏感，产生的电能也比单个磁铁—弹簧装置大很多，该装置输出的电能可以为无线传感系统提供动力，可以确保无线传感系统高效、稳定的工作。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.高效稳定电磁发电装置，包括壳体，以及位于壳体内部的拾振系统和感应线圈，所述拾振系统位于所述感应线圈内部，所述拾振系统包括多个拾振弹簧，每个拾振弹簧的一端与壳体相连，另一端分别固定连接一个永磁铁，所述多个拾振弹簧的振动方向与所述线圈的轴线方向平行。

2.根据权利要求1所述的高效稳定电磁发电装置，其特征在于，所述多个拾振弹簧具有至少三组共振频率。

3.根据权利要求1所述的高效稳定电磁发电装置，其特征在于，所述感应线圈缠绕在所述壳体内壁，所述感应线圈具有多层。

4.根据权利要求1所述的高效稳定电磁发电装置，其特征在于，所述壳体为圆柱形，所述感应线圈缠绕在所述圆柱形壳体内壁上。

5.根据权利要求1所述的高效稳定电磁发电装置，其特征在于，所述永磁铁的另一端与所述壳体之间设置有缓冲装置。