CN105846642B - 磁体阵列平面转动式能量采集器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁体阵列平面转动式能量采集器，主要依靠紧贴于圆环形永磁铁侧壁上的两块圆形永磁铁转动时的相互作用。外界振动导致其中一块圆形永磁铁产生一定的加速度，当具有一定加速度的圆形永磁铁靠近另一块圆形永磁铁的磁场范围时，两块圆形永磁铁间磁场的斥力作用，导致另一块圆形永磁铁也产生加速度，两块圆形永磁铁间不停的往复运动，且位置改变迅速，直至由于转动永磁铁与圆环形永磁铁侧壁的摩擦作用以及电磁阻尼作用使转动永磁铁中两块圆形永磁铁重新恢复磁场平衡状态为止，至此一次对外界振动的感应过程完成。可最大限度的将外界振动能量转化为电能，能量采集和转化效率较高，应用前景广阔。

Description

磁体阵列平面转动式能量采集器

技术领域

本发明属于能源材料与器件技术领域，具体为一种磁体阵列平面转动式能量采集器的器件结构设计。

背景技术

户外运动一般都远离城市，贴近自然。通讯、照明、定向、急救等必备装备都需要电能供给，长时间的户外运动对于其电能的持续供给要求就更为重要。这类装备主要依靠电池供电，而电池供电时间有限，虽然携带多块电池可以延长使用时间，但携带繁琐、偏重。户外运动中各种各样的晃动、加速、跳跃等动作均有某一平面上的动作分量，如果能将这些动作所产生的能量转化为电能，并储存起来备用，或是随时补充，那么，这类电子装备就能够无限巡航。本发明涉及一种能够用来对运动环境中的晃动、加速、跳跃等动作产生的能量进行采集的器件。可以针对环境中普遍存在的低频与高频动作所产生的能量进行有效采集，特别适合于用作便携充电器件的能量来源。

电磁式能量采集器是一种优势较为明显的振动能量采集方式。但是，传统的电磁感应发电器件的线圈切割磁感线的效率不高，且有很多能量在器件内部的摩擦中损耗，所以导致电能输出受限。所以本发明针对电磁式能量采集器的结构设计进行了研究，并提出了新的结构设计提升输出，实现了电磁式能量采集器在户外运动中的高频和低频振动能量的高效采集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁体阵列平面转动式能量采集器的结构设计。利用永磁铁间的磁场叠加，形成磁铁间加速度的快速转换，从而提高感应外界振动的敏感度，减小摩擦损耗，代替传统的电磁式能量采集的发电方式。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种磁体阵列平面转动式能量采集器，包括底面保护盖和顶面保护盖；所述底面保护盖内设置多个线圈放置腔，所述线圈放置腔内安装平面螺旋线圈，构成平面螺旋线圈阵列。

所述顶面保护盖内中心设置磁铁固定轴，所述磁铁固定轴上固定安装圆环形永磁铁，所述圆环形永磁铁的外圆周侧面上设置沿其旋转的两个以上的转动永磁铁，所述转动永磁铁下方设置永磁铁转动纠正轨道，所述永磁铁转动纠正轨道的圆环形状与转动永磁铁的圆中心运动轨迹相同。

所述顶面保护盖扣合安装于底面保护盖上。

工作原理，当外界没有振动时，采集器中紧贴于圆环形永磁铁侧壁上的转动永磁铁处于悬浮状态，转动永磁铁处于磁场平衡状态。当外界产生振动时，转动永磁铁中的其中一块圆形永磁铁由于外界的振动而产生加速度时，即开始环绕圆环形永磁铁的侧壁转动，且始终保持在圆环形永磁铁的环高中心所在平面上。当具有一定加速度的圆形转动永磁铁靠近另一块圆形转动永磁铁的磁场范围时，由于两块圆形转动永磁铁间磁场斥力作用，导致另一块圆形转动永磁铁也产生加速度，两块圆形转动永磁铁间不停的往复运动，且位置改变迅速，直至由于转动永磁铁与圆环形永磁铁侧壁的摩擦作用以及电磁阻尼作用使转动永磁铁中两块圆形转动永磁铁重新恢复磁场平衡状态为止，至此一次对外界振动的感应过程完成。在此过程中，每一次转动永磁铁的环绕运动都会导致通过下方平面螺旋线圈放置腔中的平面螺旋线圈阵列的磁通量的改变，从而产生电能。由于整个过程中，转动永磁铁的自身摩擦损耗很小，因此一次对外界振动的感应过程中会有平面螺旋线圈中的磁通量多次改变过程，且改变过程迅速（能保证产生电能）。也就是说，该结构设计方法可最大限度的将外界振动能量转化为电能，能量采集和转化效率都很高。

本发明设计合理，具有对外界振动的高敏感性，能量转化过程中的低损耗性，能量转化效率较高，结构设计巧妙，应用前景广阔，具有很好的市场应用价值。

附图说明

图1表示磁体阵列平面转动式能量采集器装配俯视图。

图2表示磁体阵列平面转动式能量采集器装配顶视图。

图3表示本发明提供的永磁铁阵列布局图。

图中：1-顶面保护盖，2-圆环形永磁铁，3-转动永磁铁，4-永磁铁转动纠正轨道，5-平面螺旋线圈，6-磁铁固定轴，7-底面保护盖，8-线圈放置腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种磁体阵列平面转动式能量采集器，如图1、2所示，包括底面保护盖7和顶面保护盖1；所述顶面保护盖1扣合安装于底面保护盖7上。

如图1、2所示，所述底面保护盖7内设置三个线圈放置腔8，所述线圈放置腔8内安装平面螺旋线圈5，构成平面螺旋线圈阵列，三个平面螺旋线圈串联后引出线。

如图1、2所示，所述顶面保护盖1内中心设置磁铁固定轴6，所述磁铁固定轴6上固定安装圆环形永磁铁2，所述圆环形永磁铁2的外圆周侧面上设置沿其旋转的两个以上的转动永磁铁3，所述转动永磁铁3下方设置永磁铁转动纠正轨道4，所述永磁铁转动纠正轨道4的圆环形状与转动永磁铁3的圆中心运动轨迹相同。

具体实施时，所述永磁铁转动纠正轨道4与底面保护盖7固定。

所述转动永磁铁3的厚度与永磁铁转动纠正轨道4的高度之和小于圆环形永磁铁2的环高。

两块转动永磁体3的厚度之和大于圆环形永磁铁2的环高与永磁铁转动纠正轨道4的高度之差。

所述圆环形永磁铁2的外环直径与两块转动永磁铁3的直径之和小于底面保护盖7的内腔直径。

所述磁铁固定轴6的轴高与圆环形永磁铁2的环高相等。

所述顶面保护盖1的外径与底面保护盖7的外径相等。

所述平面螺旋线圈5的线圈厚度小于等于线圈放置腔8的腔深。

所述圆形永磁体固定轴6的轴高与圆环形永磁铁2的环高相等。

所述圆环形永磁铁固定轴6的外轴直径与圆环形永磁铁2的内环直径相等。

如图3所示，转动永磁铁3紧贴环绕于圆环形永磁铁2的侧壁上。

工作时，紧贴于圆环形永磁铁2侧壁上的转动永磁铁3处于悬浮状态，没有振动时，圆形永磁铁3中的两块圆形永磁铁处于磁场平衡状态。当转动永磁铁3中的其中一块圆形永磁铁由于外界的振动而产生加速度时，即开始环绕圆环形永磁铁2的侧壁转动，且始终保持在圆环形永磁铁2的环高中心所在平面上。当具有一定惯性加速度的圆形永磁铁靠近另一块圆形永磁铁的磁场范围时，两块圆形永磁铁间磁场斥力作用，导致另一块圆形永磁铁也产生加速度，两块圆形永磁铁间不停的往复运动，且位置改变迅速，直至转动永磁铁3与圆环形永磁铁2侧壁的摩擦作用和电磁阻尼作用使转动永磁铁3中两块圆形永磁铁重新恢复磁场平衡状态为止。至此，一次对外界振动的感应过程完成。在此过程中，一次对外界振动的感应过程中包含平面螺旋线圈中的磁通量的多次改变过程，且改变过程迅速。也就是说，该结构设计方法在能量转化过程中的损耗低，可最大限度的将外界振动能量转化为电能，能量采集和转化效率较高。

整个器件的具体实现步骤如下：

步骤1：采用CNC数控加工或3D打印技术制作顶面保护盖1、永磁铁转动纠正轨道4、磁铁固定轴6、底面保护盖7、线圈放置腔8。

步骤2：采用漆包铜线绕出平面螺旋线圈阵列。

步骤3：采购圆环形永磁铁2、转动永磁铁3。

步骤4：系统组装。

以上仅是本发明众多具体应用范围中的代表性实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制，器件结构平面螺旋线圈大小、圆环形永磁铁大小、圆形永磁铁大小、、平面螺旋线圈缠绕圈数、平面螺旋线圈放置方式、内部结构设计、保护外壳外观等限制，凡采用变换或是等效替换而形成的技术方案，均在权利保护范围之内。

Claims (1)

1.一种磁体阵列平面转动式能量采集器，其特征在于：包括底面保护盖（7）和顶面保护盖（1）；所述底面保护盖（7）内设置多个线圈放置腔（8），所述线圈放置腔（8）内安装平面螺旋线圈（5），构成平面螺旋线圈阵列；

所述顶面保护盖（1）内中心设置磁铁固定轴（6），所述磁铁固定轴（6）上固定安装圆环形永磁铁（2），所述圆环形永磁铁（2）的外圆周侧面上设置沿其旋转的两个以上的转动永磁铁（3），所述转动永磁铁（3）下方设置永磁铁转动纠正轨道（4），所述永磁铁转动纠正轨道（4）的圆环形状与转动永磁铁（3）的圆中心运动轨迹相同；

所述顶面保护盖（1）扣合安装于底面保护盖（7）上；

所述转动永磁铁（3）的厚度与永磁铁转动纠正轨道（4）的高度之和小于圆环形永磁铁（2）的环高；

所述转动永磁铁（3）的数量是两个；

两个转动永磁铁 （3）的厚度之和大于圆环形永磁铁（2）的环高与永磁铁转动纠正轨道（4）的高度之差；

所述圆环形永磁铁（2）的外环直径与两块转动永磁铁（3）的直径之和小于底面保护盖（7）的内腔直径；

所述磁铁固定轴（6）的轴高与圆环形永磁铁（2）的环高相等；

所述永磁铁转动纠正轨道（4）与底面保护盖（7）固定；

所述顶面保护盖（1）的外径与底面保护盖（7）的外径相等；

所述平面螺旋线圈（5）的线圈厚度小于等于线圈放置腔（8）的腔深；

所述底面保护盖（7）内设置三个线圈放置腔（8）。