CN105656277A - 一种振动型磁电发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振动型磁电发电机，包括用非导磁材料制成的隔离环和至少两块圆管形径向磁化的磁体，磁体中心设有中心通孔，磁体上下安装，中间安装隔离环隔离，用通轴将磁体和隔离环通过中心通孔紧固；通轴两端分别安装于两个弹簧片的内圈，线圈架套在磁体周围，线圈架内壁与磁体外壁留有小距离的间隙，线圈架上绕制至少两组线圈，并且两组线圈绕制方向相反，线圈架外围紧密套有圆管型的导磁环；上弹簧片的外圈由上压环和上盖夹持，下弹簧片的外圈由下压环和底座夹持，上压环和下压环夹持线圈架和导磁环，上盖上安装有接线柱，接线柱与线圈相连，上盖和底座之间安装外壳。本发明结构独特，发电效率极高，而且体积小，成本低，极具推广价值。

Description

一种振动型磁电发电机
技术领域
本发明属于振动型电磁发电机领域，涉及一种振动型磁电发电机。
背景技术
传统的电力行业大多以风能、热能、水能、核能、地热能等能源作为原动力带动发电机发电，这些发电模式普遍存在污染大、能源消耗大、人力财力物力消耗大等缺点。随着社会进步和经济的持续发展，人类对能源的需求也越来越大。为了满足越来越大的能源缺口，可再生能源是解决能源危机的重要手段。
振动机械能随处可见，例如汽车行驶过程中的颠振、工厂机械设备产生的振动、人流行走、油井钻机、人工爆破等都能产生很多的机械振动能，而这些能量都白白浪费了。合理地开发和利用振动机械能发电，是节能减耗，解决能源危机的一种重要途径。
获取振动机械能目前有三种常用的技术手段：压电式发电、静电式发电和电磁式发电。压电式发电存在的主要问题是压电陶瓷片或压电薄膜具有高电压低电流的输出特征，因而输出功率很小。另一个问题是压电材料(PZT)的固有频率很高，一般在MHz级别，很难耦合到可用于实际的任何振动或周期性运动。而静电式发电与压电式发电类似，也具有高电压低电流的输出特征，也同样只有很小的功率输出。静电式发电机相比压电式发电机或磁电式发电机具有较低的功率密度，这是由于静电式发电机所依赖的静电气隙具有相对低的能量密度。
电磁发电机有可能提供相对大的电能。众所周知，利用电磁原理发电是一种通用技术。而如何将电磁转换效率提高到极致却是一个永恒的课题。一般来说，电磁发电机追求在一定尺寸范围内获得更大的发电电力，为达到此目的，主要设计方向包括以下几点：采用高磁通密度的磁体；磁路优化设计以减少漏磁和磁阻；线圈在磁通密度最大处切割磁力线；尽可能多的线圈匝数和尽可能低的线圈电阻均衡问题；根据惯性体质量设计弹簧的尺寸和弹性系数，力求获得最合理的系统固有频率，使其能在谐振频率点振动发电；效能与成本核算等。
现有技术的电磁式振动发电机一般体积较大，不适合应用于狭小空间，难以在较小的体积内实现较大输出。其主要原因是磁路设计不合理、振动频率设计不合理、线圈与磁体的相对位置设计不合理。所带来的结果就是线圈不能有效的切割磁力线、漏磁多、磁阻大、磁电转换效率低、输出功率小。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种振动型磁电发电机，该发电机结构独特，发电效率极高，而且体积小，成本低，极具推广价值。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种振动型磁电发电机，包括用非导磁材料制成的隔离环和至少两块圆管形径向磁化的磁体，磁体中心设有中心通孔，磁体上下安装，中间安装隔离环隔离，用通轴将磁体和隔离环通过中心通孔紧固；通轴两端分别安装于两个弹簧片的内圈，线圈架套在磁体周围，线圈架内壁与磁体外壁留有小距离的间隙，线圈架上绕制至少两组线圈，并且两组线圈绕制方向相反，线圈架外围紧密套有圆管型的导磁环；上弹簧片的外圈由上压环和上盖夹持，下弹簧片的外圈由下压环和底座夹持，上压环和下压环夹持线圈架和导磁环，上盖上安装有接线柱，接线柱与线圈相连，上盖和底座之间安装外壳。
所述的弹簧片为平板式多筋弹簧，用恒弹性材料制成。
所述的线圈架是用非金属材料制成。
所述的磁体为径向钕铁硼磁体，所述径向钕铁硼磁体使用两块，并且极化方向相反。
所述的径向钕铁硼磁体使用多块时，将两种极化方向的磁体间隔安装。
所述的导磁环和通轴利用高导磁率的材料制成，该材料包括纯铁、硅钢、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。
所述的线圈架上绕制多组线圈时，将两个方向绕制的线圈间隔安装，所述的线圈为螺线管线圈。
线圈架两端分别绕制上线圈和下线圈，上线圈和下线圈绕制方向相反。
所述的通轴两端分别套装弹簧内圈压环，所述通轴两端再分别用压簧螺母将上弹簧片和下弹簧片的内圈夹紧。
所述的上盖安装有两个接线柱，分别为正负极输出端子，接线柱与线圈在机芯内部用弹簧游丝相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的发电机，采用圆环形径向钕铁硼磁体，使其具有高磁通密度；径向磁体的磁路优化设计尽量减少漏磁和降低磁阻；精密的机械设计使线圈在磁通密度最大处切割磁力线；尽可能多的线圈匝数和尽可能低的线圈电阻；并根据振动源的频带范围，在惯性体质量确定后设计弹簧的尺寸和弹性系数，力求获得最合理的系统固有频率，使其能在谐振频率点振动发电。
本发明结构独特，发电效率极高，而且体积小，成本低，极具推广价值。
附图说明
图1为本发明的实施形态内部主要结构示意图。
其中，1、上盖；2、上弹簧片；3、上压环；4、外壳；5、导磁环；6、隔离环；7、线圈架；8、通轴；9、下压环；10、弹簧内圈压环；11、压簧螺母；12、底座；13、接线柱；14、磁力线；15、上线圈；16、上磁体；17、下磁体；18、磁力线；19、下线圈；20、下弹簧片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种振动型磁电发电机，包括用非导磁材料制成的隔离环6和至少两块圆管形径向磁化的磁体，磁体中心设有中心通孔，磁体上下安装，中间安装隔离环6隔离，用通轴8将磁体和隔离环6通过中心通孔紧固；通轴8两端分别安装于两个弹簧片的内圈，线圈架7套在磁体周围，线圈架7内壁与磁体外壁留有小距离的间隙，线圈架7上绕制至少两组线圈，并且两组线圈绕制方向相反，线圈架7外围紧密套有圆管型的导磁环5；上弹簧片2的外圈由上压环3和上盖1夹持，下弹簧片20的外圈由下压环9和底座12夹持，上压环3和下压环9夹持线圈架7和导磁环5，上盖1上安装有接线柱13，接线柱13与线圈相连，上盖1和底座12之间安装外壳4。上盖和底座对内部结构有扶正作用，并整体安装于外壳体内。
所述的弹簧片为平板式多筋弹簧，用恒弹性材料制成。
所述的线圈架7是用非金属材料制成。
所述的磁体为径向钕铁硼磁体，所述径向钕铁硼磁体使用两块，并且极化方向相反。所述径向钕铁硼磁体为圆管形，有中心通孔。
所述的径向钕铁硼磁体使用多块时，将两种极化方向的磁体间隔安装。
所述的导磁环5和通轴8利用高导磁率的材料制成，该材料包括纯铁、硅钢、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。
所述的线圈架7上绕制多组线圈时，将两个方向绕制的线圈间隔安装，所述的线圈为螺线管线圈。
线圈架7两端分别绕制上线圈15和下线圈19，上线圈15和下线圈19绕制方向相反。
所述的通轴8两端分别套装弹簧内圈压环10，所述通轴8两端再分别用压簧螺母11将上弹簧片2和下弹簧片20的内圈夹紧。
所述的上盖1安装有两个接线柱13，分别为正负极输出端子，接线柱13与线圈在机芯内部用弹簧游丝相连。
具体的，参见图1，本例只使用两只径向磁化的圆管形磁体和两组螺线管线圈以及用超微晶材料制成的圆筒形磁环，但本发明不仅局限于此。
本发明由多组螺线管线圈和多只径向磁化的圆管形磁体以及高导磁率磁环构成电磁回路，磁体在外界振动的作用下产生上下运动，线圈切割磁力线产生电能。
本例采用两块圆管形径向钕铁硼磁体16、17上下安装，上面一只磁体16内为S极，外为N极；下面一只磁体17内为N极，外为S极。
所述上、下磁体16、17中间用非导磁材料制成的隔离环6隔离。
用高导磁率材料制成的通轴8将磁体16、17和隔离环6从中心通孔穿过，通轴8两端分别套装弹簧内圈压环10，所述通轴两端再分别安装上弹簧片2和下弹簧片20，所述通轴两端再分别用压簧螺母11将上弹簧片2和下弹簧片20的内圈夹紧，同时也夹紧了磁体16、17和隔离环6以及上下弹簧内圈压环10，构成可上下运动的惯性体。
所述惯性体最大位移为±5mm。
磁体16、17的内孔尺寸、隔离环6的内孔尺寸、两个弹簧内圈压环10的内孔尺寸、上弹簧片2和下弹簧片20的内孔尺寸均相同，通轴8的外径与之负公差配合安装。
上弹簧片2的外圈由线圈上压环3和上盖1夹持，下弹簧片20的外圈由线圈下压环9和底座12夹持。
上压环3和下压环9夹持线圈架7和导磁环5。所述线圈架7两端分别绕制上线圈15和下线圈19，所述上线圈15和下线圈19绕制方向相反。因为磁力线14和磁力线18的方向是相反的，当惯性体上下运动时，上线圈15和下线圈19所产生的感应电流才会有相同的方向。
所述线圈架套7在磁体16、17的周围，其内壁与磁体外壁留有小距离的间隙。
导磁环5紧密套在线圈架7的外围，构成发电机的定子。
上盖1安装有两个接线柱13，分别为正负极输出端子。接线柱与线圈在机芯内部用弹簧游丝相连。
所述上盖1和底座12对内部结构有扶正作用，并整体安装于壳体4内。高磁能积的钕铁硼径向磁体16、17和超微晶材料的导磁环5以及高导磁率通轴8组成磁回路。由于超微晶材料的高聚磁效应，使得磁体16、17和导磁环5之间的磁隙中具有高密度磁力线14、18。而高导磁率的通轴8为磁力线回路提供低损耗通道。上弹簧2、下弹簧20和所述惯性体构成弹簧振动系统。当该振动系统接收外界振动发生振动时，上线圈15和下线圈19在磁隙中切割磁力线，从而获得很大的输出电流。
其中，上盖1，材料采用增强尼龙。上弹簧2，平板式多筋弹簧，材料采用铍青铜。上压环3，材料采用聚砜。外壳4，材料采用增强尼龙。导磁环5，材料采用超微晶带材卷制而成。隔离环6，材料采用聚砜。线圈架7，材料采用聚砜。通轴8，材料采用坡莫合金EJ85。下压环9，材料采用聚砜。弹簧内圈压环10，材料采用聚砜。压簧螺母11，材料采用聚砜。底座12，材料采用聚砜。接线柱13，材料采用铜镀金。上线圈15，材料采用10丝自焊铜线，绕制5000匝。上磁体16，材料采用圆管形钕铁硼径向磁体，标号N42。下磁体17，材料采用圆管形钕铁硼径向磁体，标号N42，极化方向与上磁体相反。下线圈19，材料采用10丝自焊铜线，绕制5000匝，绕制方向与上线圈相反。下弹簧20，平板式多筋弹簧，材料采用铍青铜。径向磁体电磁发电机结构
本发明由多组螺线管线圈和多只径向磁化的圆管形磁体以及高导磁率磁环所构成的电磁回路以拾取振动能量发电。
本发明提供的发电机，采用圆环形径向钕铁硼磁体，使其具有高磁通密度；径向磁体的磁路优化设计尽量减少漏磁和降低磁阻；精密的机械设计使线圈在磁通密度最大处切割磁力线；尽可能多的线圈匝数和尽可能低的线圈电阻；并根据振动源的频带范围，在惯性体质量确定后设计弹簧的尺寸和弹性系数，力求获得最合理的系统固有频率，使其能在谐振频率点振动发电。
本发明结构独特，发电效率极高，而且体积小，成本低，极具推广价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种振动型磁电发电机，其特征在于，包括用非导磁材料制成的隔离环(6)和至少两块圆管形径向磁化的磁体，磁体中心设有中心通孔，磁体上下安装，中间安装隔离环(6)隔离，用通轴(8)将磁体和隔离环(6)通过中心通孔紧固；通轴(8)两端分别安装于两个弹簧片的内圈，线圈架(7)套在磁体周围，线圈架(7)内壁与磁体外壁留有小距离的间隙，线圈架(7)上绕制至少两组线圈，并且两组线圈绕制方向相反，线圈架(7)外围紧密套有圆管型的导磁环(5)；上弹簧片(2)的外圈由上压环(3)和上盖(1)夹持，下弹簧片(20)的外圈由下压环(9)和底座(12)夹持，上压环(3)和下压环(9)夹持线圈架(7)和导磁环(5)，上盖(1)上安装有接线柱(13)，接线柱(13)与线圈相连，上盖(1)和底座(12)之间安装外壳(4)。
2.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的弹簧片为平板式多筋弹簧，用恒弹性材料制成。
3.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的线圈架(7)是用非金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的磁体为径向钕铁硼磁体，所述径向钕铁硼磁体使用两块，并且极化方向相反。
5.根据权利要求4所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的径向钕铁硼磁体使用多块时，将两种极化方向的磁体间隔安装。
6.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的导磁环(5)和通轴(8)利用高导磁率的材料制成，该材料包括纯铁、硅钢、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。
7.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的线圈架(7)上绕制多组线圈时，将两个方向绕制的线圈间隔安装，所述的线圈为螺线管线圈。
8.根据权利要求7所述的振动型磁电发电机，其特征在于，线圈架(7)两端分别绕制上线圈(15)和下线圈(19)，上线圈(15)和下线圈(19)绕制方向相反。
9.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的通轴(8)两端分别套装弹簧内圈压环(10)，所述通轴(8)两端再分别用压簧螺母(11)将上弹簧片(2)和下弹簧片(20)的内圈夹紧。
10.根据权利要求1所述的振动型磁电发电机，其特征在于，所述的上盖(1)安装有两个接线柱(13)，分别为正负极输出端子，接线柱(13)与线圈在机芯内部用弹簧游丝相连。
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