CN112491238B - 阻塞式磁流体振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种阻塞式磁流体振动发电装置，永磁体两极处各连接一个完全相同的磁轭，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体缠绕感应线圈，设有缠绕感应线圈的轴，并各设有个连接密封接口的方形安装凸台；密封接口与左、右磁轭配合的分别为左、右密封接口，左、右密封接口完全相同，分别与磁流管的两端连接安装；磁流管安装于两磁轭的安装轴上，磁流管内填充有可导磁的磁流体，磁流管内有可在管中滑动的振子，振子滑动到最左端与左密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与左磁轭的连通，同样振子滑动到最右端与右密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与右磁轭的连通。本发明既具备闭合磁路又易于克服定位力干扰，同时结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置，尤其是一种电磁式振动发电装置。
背景技术
自然环境中低频振动无处不在，如人和动物走动时产生上下振动、汽车颠簸、树枝随风摇摆、海浪波动等，如果把上述振动产生的能量收集起来，替代电池为一些低功耗设备如微型传感器网络节点或物联网节点供电，既减少电池造成的环境污染又突破了电池寿命对上述节点造成的使用寿命限制。一般认为，对低频振动进行能量收集时，电磁式振动能量收集技术较压电式及静电式更为适合。例如申请号为201510247482.5的发明专利“一种振动能量收集装置”，以及申请号为201510246013.1的发明专利“滚动振子直线振动能量收集装置”。这些设计的问题在于：闭合磁路会产生很大定位力，于是采用对称磁轭结构以平衡振子的定位力，结构过于复杂，特别是对磁轭上齿的加工精度要求很高，闭合磁路中振子与磁轭间的磁力很大，齿尺寸误差的结果是定位力无法完全平衡，造成低质量的振子运动不灵活甚至无法运动，严重影响能量收集效率。针对现有技术存在的技术问题，研究一种结构简单，基本消除定位力干扰，同时具备闭合磁路的磁振动发电装置，能为RFID标签等物联网节点、传感器节点、以及其他低功耗信息设备提供可靠环保的能源。
发明内容
为了克服已有电磁式振动能量收集方式或者无闭合磁路，或者定位力难以平衡的问题，本发明提供一种既具备闭合磁路又易于克服定位力干扰，同时结构简单的阻塞式磁流体发电装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种阻塞式磁流体发电装置，包括永磁体、磁轭、感应线圈、密封接口、磁流管、磁流体和振子，所述永磁体为硬磁材料制成，设左边为N极，右边为S极，所述永磁体两极处各连接一个完全相同的磁轭，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭均为良好导磁的软磁材料制成，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体，磁轭上设有缠绕感应线圈的轴，并各设有1个连接密封接口的方形安装凸台；所述密封接口为非磁材料制成并对液体有较好密封性，与左、右磁轭配合的分别为左、右密封接口，左、右密封接口完全相同，分别与磁流管的两端连接安装；所述磁流管为非磁材料制成，所述磁流管安装于两磁轭的安装轴上，磁流管内填充有可导磁的磁流体，磁流管内有可在管中滑动的振子，振子为非磁材料，振子滑动到最左端与左密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与左磁轭的连通，同样振子滑动到最右端与右密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与右磁轭的连通。
进一步，安装于左磁轭的左密封接口面向磁流管一侧局部有刺状结构，安装于右磁轭的右密封接口面向磁流管一侧局部有刺状结构；振子左端局部有刺状结构，而与左密封接口的刺状结构正对的局部则为长方形孔，振子右端局部有刺状结构，而与右密封接口的刺状结构正对的局部则为长方形孔，两端的长方形孔在振子内部连通；左密封接口上的刺状结构能完全插入振子左端长方形孔，振子左端刺状结构能完全插入左密封接口上的孔，右密封接口上的刺状结构能完全插入振子右端长方形孔，振子右端刺状结构能完全插入右密封接口上的孔。
本发明的技术构思为：在振动作用下，永磁体、磁轭和磁流体形成闭合磁路，被振子交替阻塞和连通，闭合磁路及线圈磁通不断变化，线圈将产生感应电压。
振动过程中线圈内磁通发生急剧变化，将产生感应电动势，实现能量收集。另一方面，振动过程中两个线圈内磁通同步变化，因此将两个线圈的异名端串接可使各线圈的感应电动势叠加。
装置中两磁轭对磁流体是有定位力的，然而磁流体为液体，即使有定位力磁流体仍难以阻止振子随外界的振动，并且振子以及左、右密封接口上的刺状结构将起到破坏磁流体整体性，使其更易于经振子两端相互连通的长方形孔被挤出至振子运动方向相反的一侧。
本发明的有益效果主要表现在：通过对无气隙闭合磁路的通断工作，因此能量收集效率高；利用磁流体的流动性、振子内部连通构造以及存在于振子和密封接口上刺状结构消除了定位力的不利影响。
附图说明
图1是阻塞式磁流体发电装置内部结构图，其中，1永磁体，2磁轭，3线圈，4密封接口，5磁流管，6磁流体，7振子。
图2是磁轭示意图。
图3是线圈示意图。
图4是密封接口示意图。
图5是振子示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图5，一种阻塞式磁流体发电装置，包括永磁体1、磁轭2、线圈3、密封接口4、磁流管5、磁流体6和振子7。
所述永磁体1为硬磁材料制成，设左边为N极，右边为S极，永磁,1两极处各连接一个完全相同的磁轭2，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭均为良好导磁的软磁材料制成，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体，磁轭上设有缠绕感应线圈的轴，并各设有1个连接密封接口的方形安装凸台；密封接口4为非磁材料制成并对液体有较好密封性，与左、右磁轭配合的分别为左、右密封接口，左、右密封接口完全相同，分别与磁流管5的两端连接安装；所述磁流管5为非磁材料制成，比如亚克力材质，安装于两磁轭的安装轴上，磁流管5内填充有可导磁的磁流体6，磁流管内有可在管中滑动的振子7，振子7为非磁材料，振子7滑动到最左端与左密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与左磁轭的连通，同样振子7滑动到最右端与右密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与右磁轭的连通。
进一步，安装于左磁轭的左密封接口面向磁流管一侧局部有刺状结构，安装于右磁轭的右密封接口面向磁流管一侧局部有刺状结构；振子左端局部有刺状结构，而与左密封接口的刺状结构正对的局部则为长方形孔，振子右端局部有刺状结构，而与右密封接口的刺状结构正对的局部则为长方形孔，两端的长方形孔在振子内部连通；左密封接口上的刺状结构能完全插入振子左端长方形孔，振子左端刺状结构能完全插入左密封接口上的孔，右密封接口上的刺状结构能完全插入振子右端长方形孔，振子右端刺状结构能完全插入右密封接口上的孔。
本实施例在振动作用下，永磁体、磁轭和磁流体形成闭合磁路，被振子交替阻塞和连通，闭合磁路及线圈磁通不断变化，线圈将产生感应电压；为说明其变化，考虑下面三种情形：
1)在低频振动下，当振子处于磁流管轴向中部，磁流管内的磁流体与磁流管两侧的左、右磁轭连通。于是，磁力线由永磁体N极发出，先后经过左磁轭、磁流体、右磁轭、回到永磁体S极，形成闭合磁路，并且该磁路中无气隙，永磁体的效能利用充分。该情形下，左、右磁轭上的线圈内磁通达到最大。
2)在低频振动下，当振子于振动过程运动至磁流管左端，磁流体于左磁轭的连通被阻塞。于是，上述闭合磁路也被阻塞，其磁阻将远较情形1)高，因此左、右磁轭上的线圈内磁通较情形1)急剧下降。
3)在低频振动下，当振子于振动过程运动至磁流管右端，磁流体于右磁轭的连通被阻塞。于是，上述闭合磁路也被阻塞，其磁阻将远较情形1)高，因此左、右磁轭上的线圈内磁通较情形1)急剧下降。
上述分析表明，振动过程中线圈内磁通发生急剧变化，将产生感应电动势，实现能量收集。另一方面，振动过程中两个线圈内磁通同步变化，因此将两个线圈的异名端串接可使各线圈的感应电动势叠加。
两磁轭对磁流体是有定位力的，然而磁流体为液体，即使有定位力磁流体仍难以阻止振子随外界的振动，并且振子以及左、右密封接口上的刺状结构将起到破坏磁流体整体性，使其更易于经振子两端相互连通的长方形孔被挤出至振子运动方向相反的一侧。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
Claims (2)
1.一种阻塞式磁流体发电装置，其特征在于，所述装置包括永磁体、磁轭、感应线圈、密封接口、磁流管、磁流体和振子，所述永磁体为硬磁材料制成，设左边为N极，右边为S极，所述永磁体两极处各连接一个完全相同的磁轭，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭均为良好导磁的软磁材料制成，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体，磁轭上设有缠绕感应线圈的轴，并各设有1个连接密封接口的方形安装凸台；所述密封接口为非磁材料制成并对液体有较好密封性，与左、右磁轭配合的分别为左、右密封接口，左、右密封接口完全相同，分别与磁流管的两端连接安装；所述磁流管为非磁材料制成，磁流管内填充有可导磁的磁流体，磁流管内有可在管中滑动的振子，振子为非磁材料，振子滑动到最左端与左密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与左磁轭的连通，同样振子滑动到最右端与右密封接口配合可阻塞磁流管中的磁流体与右磁轭的连通。
2.如权利要求1所述的阻塞式磁流体发电装置，其特征在于，安装于左磁轭的左密封接口面向磁流管一侧局部有刺状结构，安装于右磁轭的右密封接口面向磁流管一侧局部有刺状结构；振子左端局部有刺状结构，而与左密封接口的刺状结构正对的局部则为长方形孔，振子右端局部有刺状结构，而与右密封接口的刺状结构正对的局部则为长方形孔，两端的长方形孔在振子内部连通；左密封接口上的刺状结构能完全插入振子左端长方形孔，振子左端刺状结构能完全插入左密封接口上的孔，右密封接口上的刺状结构能完全插入振子右端长方形孔，振子右端刺状结构能完全插入右密封接口上的孔。
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