CN108494217A - 一种Halbach永磁阵列振动发电机 - Google Patents
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Abstract
一种Halbach永磁阵列振动发电机，包括定子、动子质量块、带法兰盘支撑壳、线圈绕组、钕铁硼永磁体、螺杆、回复弹簧、支承导向花键轴、螺母、支撑壳。其中，定子由50W470硅钢片叠压而成；动子质量块表面粘有按简化Halbach阵列排列的钕铁硼永磁体；线圈绕组采用0.5mm直径紫铜漆包线，每组100匝。Halbach永磁阵列具有磁屏蔽效应形成单边磁场，减少动子向内侧的磁漏，提高了钕铁硼永磁体的利用率，减小了振动发电机定子的内径和钕铁硼永磁体数量，且这种排列方式下钕铁硼永磁体产生的磁场为较连续的正弦磁场。外部激励通过法兰盘作用于振动发电机上。本发明装置磁场利用率高，结构紧凑，装配简单，可用于低频振动下的发电，有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及振动机械能与电能的转化装置及新型能源领域领域，特别是涉及一种Halbach永磁阵列振动发电机。
背景技术
传统能源正在日益枯竭，而且随着这些能源大规模的使用，环境污染状况也在一步步加重。当前，各国都在大力开发环境友好型的新能源，已经大规模推广的有风能、太阳能、波浪能等。相较而言，环境中的振动能由于能量密度低、收集困难等原因并没有得到特别的重视。振动能广泛存在我们的日常生活中，如果能合理有效的收集利用也相当可观。
目前针对振动能的收集而提出的发电装置种类数目繁多。在中小型发电装置方面，比如专利文献CN201310444325、CN201110028045和CN201080043235公开的发明装置都存在永磁体利用率不高、整体结构相对臃肿、功率因数较低等问题，安装固定方面也没有专门的接口，不便于后期的应用。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种Halbach永磁阵列振动发电机，该发电机由定子、动子质量块、带法兰盘支承壳、线圈绕组、钕铁硼永磁体、螺杆、回复弹簧、支承导向花键轴、螺母、支承壳组成，其磁场利用率高，结构紧凑，装配简单，发电效率高，为达此目的，本发明提供一种Halbach永磁阵列振动发电机，包括定子、动子质量块、带法兰盘支承壳、线圈绕组、钕铁硼永磁体、螺杆、回复弹簧、支承导向花键轴、螺母和支承壳，所述定子、带法兰盘支承壳、支承壳通过四个螺杆按顺序连接组成振动发电机外壳，所述螺杆端部有螺母，所述动子质量块四个外表面粘有钕铁硼永磁体，所述钕铁硼永磁体的排列方式在动子质量块水平放置时，定义钕铁硼永磁体内部S指向N的方向为主方向，则在动子质量块每一面上的顺序从左到右依次为：右、上、左、下、右、上、左、下、右、上，所述动子质量块中心开有内花键与支承导向花键轴形成松滑动配合；所述支承导向花键轴两端固定在带法兰盘支承壳和支承壳的盲孔里；在支承导向花键轴上左右两端套有回复弹簧；所述定子中嵌入绕制好的线圈绕组进行灌封。
本发明的进一步改进，所述线圈绕组有100匝，本发明线圈可以采用100匝。
本发明的进一步改进，所述定子由两组硅钢片叠压而成，其中内径较大用于嵌入三组线圈绕组，其最外侧一片侧边均开有一定宽度的槽，用于引出线圈绕组的接头，这样设计便于连接电路。
本发明的进一步改进，所述硅钢片型号为50W470，硅钢片主要使用以上型号。
本发明的进一步改进，带法兰盘支承壳和支承壳内表面开有用于固定支承导向花键轴的盲孔并通过1mm厚的橡胶垫片调整间隙，这样可以调节盲孔间隙
本发明一种Halbach永磁阵列振动发电机，包括定子、动子质量块、带法兰盘支撑壳、线圈绕组、钕铁硼永磁体、螺杆、回复弹簧、支承导向花键轴、螺母、支撑壳。其中，定子由50W470硅钢片叠压而成；动子质量块表面粘有按简化Halbach阵列排列的钕铁硼永磁体；线圈绕组采用0.5mm直径紫铜漆包线，每组100匝。Halbach永磁阵列具有磁屏蔽效应形成单边磁场，减少动子向内侧的磁漏，提高了钕铁硼永磁体的利用率，减小了振动发电机定子的内径和钕铁硼永磁体数量，且这种排列方式下钕铁硼永磁体产生的磁场为较连续的正弦磁场。外部激励通过法兰盘作用于振动发电机上，研究表明，当激励频率为9Hz、振幅为5mm时，振动发电机的输出功率为0.4W。本发明装置磁场利用率高，结构紧凑，装配简单，可用于低频振动下的发电，有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为定子使用的相应规格硅钢片尺寸图一；
图4为定子使用的相应规格硅钢片尺寸图二；
图5为激励频率为30Hz，振幅为5mm时本发明的开路电压曲线；
图6为本发明需要侧面固定时的外壳设计方案。
现将附图中的标号说明如下：
1、定子； 2、动子质量块；3、带法兰盘支承壳； 4、线圈绕组；5、钕铁硼永磁体； 6、螺杆；7、回复弹簧； 8、支承导向花键轴；9、螺母； 10、支承壳。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种Halbach永磁阵列振动发电机，该发电机由定子、动子质量块、带法兰盘支承壳、线圈绕组、钕铁硼永磁体、螺杆、回复弹簧、支承导向花键轴、螺母、支承壳组成，其磁场利用率高，结构紧凑，装配简单，发电效率高。
如图1所示，本发明提出的一种Halbach永磁阵列振动发电机包括：定子1、动子质量块2、带法兰盘支承壳3、线圈绕组4、钕铁硼永磁体5、螺杆6、回复弹簧7、支承导向花键轴8、螺母9、支承壳10。其内部具体结构如图2所示。
本发明所述的定子1由如图3和4所示的两组硅钢片叠压而成，硅钢片型号为50W470，内径37mm的每11片叠压为一组，共4组，内径51mm的每9片叠压为一组，共3组。3组内径为51的硅钢片，每一组最外侧一片需要在其一边中间开约1mm宽的槽，用于引出线圈绕组4的接头。
本发明所述带法兰盘支承壳3、定子1和支承壳10通过四个角的通孔由M5螺杆6连接组成定子外壳，螺母9采用防松螺母并使用力矩扳手保证预紧力大小相当。
本发明所述的线圈绕组4使用0.5mm紫铜漆包线绕制，共3组，每组100匝，绕制时采用左旋绕制。初始接头记为正，末尾接头记为负。放入定子槽后用环氧树脂胶灌封，从左到右，依次将第一组的正接头留下，负接头接第二组正接头，第二组的负接头接第三组正接头，第三组负接头留下。以上设计后，本发明装置发出的即为单相交流电，便于后期处理利用。
本发明所述动子质量块2和钕铁硼永磁体5采用胶水粘接固定，由于钕铁硼永磁体5相互之间吸引力很大，粘接时可依靠适当的夹具固定其相对位置。钕铁硼永磁体5尺寸为5mm×5mm×25mm，充磁方向为厚度方向，现规定其内部由S级指向N级的磁力线方向代表钕铁硼永磁体5方向，则钕铁硼永磁体5在动子质量块2每一面上的排列顺序为右、上、左、下、右、上、左、下、右、上，粘接时须保证每一面相同位置的钕铁硼永磁体5在一个平面上。
本发明所述支承导向花键轴8与动子质量块2为松滑动配合，其两端固定在带法兰盘支承壳3和支承壳10的内表面花键盲孔内，两支承壳盲孔深度均为6mm，盲孔内可以通过1mm厚橡胶垫片调整间隙。
本发明所述回复弹簧7线径为1mm，内径为15mm，长度为25mm，套在支承导向花键轴8上时处于压缩状态。
本发明安装固定后，外部激励由带法兰盘支承壳3经由“弹簧-质量块-阻尼”系统转化为动子质量块2的振动，从而带动其表面的钕铁硼永磁体5振动，钕铁硼永磁体5振动过程中与定子1齿距离的变化引起磁路的变化，从而导致线圈绕组4中磁通发生变化，根据法拉第电磁感应定律可知，此时线圈内部有感应电动势产生，在外部接上负载便可对外做功，实现能量的收集转化。
本发明在激励频率为30Hz，振幅为5mm时所产生的开路电压曲线如图5所示。当激励频率降低时本发明装置动子质量块2的位移可以进一步增大，当外部激励频率在9Hz时，动子质量块2的运动速度和振动位移达到一个最优值，此时振动发电机的电压峰值可达到约11V。
本发明在实际安装中若需要侧面固定，可采用图6的侧面固定方案。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种Halbach永磁阵列振动发电机，包括定子（1）、动子质量块（2）、带法兰盘支承壳（3）、线圈绕组（4）、钕铁硼永磁体（5）、螺杆（6）、回复弹簧（7）、支承导向花键轴（8）、螺母（9）和支承壳（10），其特征在于：所述定子（1）、带法兰盘支承壳（3）、支承壳（10）通过四个螺杆（6）按顺序连接组成振动发电机外壳，所述螺杆（6）端部有螺母（9），所述动子质量块（2）四个外表面粘有钕铁硼永磁体（5），所述钕铁硼永磁体（5）的排列方式在动子质量块（2）水平放置时，定义钕铁硼永磁体（5）内部S指向N的方向为主方向，则在动子质量块（2）每一面上的顺序从左到右依次为：右、上、左、下、右、上、左、下、右、上，所述动子质量块（2）中心开有内花键与支承导向花键轴（8）形成松滑动配合；所述支承导向花键轴（8）两端固定在带法兰盘支承壳（3）和支承壳（10）的盲孔里；在支承导向花键轴（8）上左右两端套有回复弹簧（7）；所述定子（1）中嵌入绕制好的线圈绕组（4）进行灌封。
2.根据权利要求1所述的一种Halbach永磁阵列振动发电机，其特征在于：所述线圈绕组（4）有100匝。
3.根据权利要求1所述的一种Halbach永磁阵列振动发电机，其特征在于：所述定子（1）由两组硅钢片叠压而成，其中内径较大用于嵌入三组线圈绕组（4），其最外侧一片侧边均开有一定宽度的槽，用于引出线圈绕组（4）的接头。
4.根据权利要求3所述的一种Halbach永磁阵列振动发电机，其特征在于：所述硅钢片型号为50W470。
5.根据权利要求1所述的一种Halbach永磁阵列振动发电机，其特征在于：带法兰盘支承壳（3）和支承壳（10）内表面开有用于固定支承导向花键轴（8）的盲孔并通过1mm厚的橡胶垫片调整间隙。
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