CN112532012A - 一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，包括由外壳一和外壳二够成的盒体、线圈阵列、磁铁阵列和弹簧，所述线圈阵列由多个串联连接的线圈构成，所述线圈阵列设置于所述外壳一内，所述磁铁阵列由多个磁铁构成，所述磁铁阵列设置于磁铁支架内，所述磁铁支架通过弹簧与所述外壳一连接，所述线圈阵列与所述磁铁阵列之间设置有非晶态软磁合金薄片；本发明中的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，可以在受到水平方向和竖直方向的振动时发电，并为低功耗传感器等供能。本发明装置结构简单，易于生产加工，适合大批量生产。

Description

一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器
技术领域
本发明涉及能量收集装置技术领域，特别是涉及一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器。
背景技术
由于工业的迅猛发展，人们的能源需求与日俱增，但是，煤，石油等化石能源虽能满足人们的需求，但是也会造成环境污染，成本高等不可忽视的问题。人们日益期待能够满足工业工业生产和日常生活的清洁能源，因此，从自然环境中利用资源收集能量已经成为大势所趋。21世纪是海洋的世纪，地球上70％的面积是海洋。在大海中，波浪总是周而复始，日夜不息的翻涌流动，拍击海岸，因此海浪中蕴藏着一种取之不竭的清洁的可再生能源——波浪能。波浪能指的是海洋表面的波浪中所有的动能和势能，具有能量密度高，分布面广，储量丰富，不受时间季节限制的优点，这些优点也表明了从海洋中收集波浪能的可行性。
因而，提供一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，以解决上述现有技术存在的问题，基于法拉第电磁感应定律的电磁能量收集机制，用于从海洋中收集波浪能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，包括由外壳一和外壳二够成的盒体、线圈阵列、磁铁阵列和弹簧，所述线圈阵列由多个串联连接的线圈构成，所述线圈阵列设置于所述外壳一内，所述磁铁阵列由多个磁铁构成，所述磁铁阵列设置于磁铁支架内，所述磁铁支架通过弹簧与所述外壳一连接，所述线圈阵列与所述磁铁阵列之间设置有非晶态软磁合金薄片。
优选地，所述外壳一和所述外壳二构成的盒体为矩形盒体，所述外壳一与所述外壳二的采用过盈配合方式连接，二者的配合接触面上涂覆有防水密封胶。
优选地，所述线圈阵列是由16个线圈串联而成，线圈的引出线通过所述外壳一上的出线孔与外部的导线相连，在所述外壳一和所述出线孔的间隙涂覆防水密封胶。
优选地，所述线圈阵列中的各个线圈通过钛合金线柱固定在所述外壳一上。
优选地，所述磁铁阵列中的各个磁铁采用Halbach阵列的排布方式排布。
优选地，所述磁铁支架为矩形框架，所述磁铁阵列采用过盈配合的方式固定在磁铁支架中，所述磁铁支架的四面分别通过一弹簧与所述外壳一的四个内侧壁连接，所述外壳一的四个内侧壁上设置有固定弹簧的弹簧槽。
优选地，所述非晶态软磁合金薄片上靠近磁铁的一侧涂覆一层石墨层。
优选地，所述外壳一和所述外壳二采用钛合金材料制成。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、实现了系统自供能，在海洋中，由于受到海浪的冲击，本发明装置会产生水平方向和竖直方向的振动，利用电磁感应机制，可以将振动能转化为电能。
2、装置的核心部分是一个磁铁阵列和一个线圈阵列，结构简单，体积小巧，易于生产制造。
3、本发明装置的磁铁采用了Halbach阵列的排布方式，利用Halbach阵列的磁场分布特点，将磁场集中在线圈所在的一侧，由于磁场的增强，当磁铁与线圈产生相对运动时，线圈中可以产生更大的电流，提高了该装置的发电能力。
4、本发明装置使用了钛合金线柱固定线圈，钛合金具有优良的导磁性，可以提升该装置的性能。
5、本发明装置使用了非晶态软磁合金的薄片结构，用于分离磁铁阵列和线圈阵列，以避免磁铁阵列和线圈阵列直接接触而产生摩擦。并且薄片结构上涂覆石墨层作为固体润滑剂，可以使得磁铁阵列和线圈阵列之间的相对运动更为流畅。此外，非晶态软磁合金的磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，进一步提高装置的发电能力
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中用于收集波浪能的二维电磁能量收集器的装配结构示意图；
图2为本发明中用于收集波浪能的二维电磁能量收集器的内部结构的侧视图；
图3为本发明中带有线圈阵列的外壳一的结构示意图；
图4为本发明中磁铁阵列的结构示意图；
图5为本发明中外壳二的结构示意图；
图6为本发明中铁磁的排布图；
图7为电路系统图；
图中：1-弹簧、2-外壳一、3-线圈阵列、4-钛合金线柱、5-出线孔、6-非晶态软磁合金薄片、7-磁铁支架、8-磁铁阵列、9-外壳二、10-弹簧槽、11-能量收集器、12-桥式整流电路、13-调压电路、14-储能电路、15-电子元件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，如图1-5所示，包括包括由外壳一2和外壳二9够成的盒体、线圈阵列3、磁铁阵列8和弹簧1，线圈阵列3由多个串联连接的线圈构成，线圈阵列3设置于外壳一2内，磁铁阵列8由多个磁铁构成，磁铁阵列8设置于磁铁支架7内，磁铁支架7通过弹簧1与外壳一2连接，线圈阵列3与磁铁阵列8之间设置有非晶态软磁合金薄片6。
于本具体实施例中，外壳一2和外壳二9采用钛合金材料制成，钛合金抗腐蚀性能好，强度高，密度小，机械性能好，可以提高装置的使用寿命。外壳一2和外壳二9构成的盒体为矩形盒体，外壳一2与外壳二9的采用过盈配合方式连接，二者的配合接触面上涂覆有防水密封胶，以防止海水浸入该装置。
于本具体实施例中，线圈阵列3是由16个线圈串联而成，为了保证较大的输出电压，线圈要避免反相连接；线圈的引出线通过外壳一2上的出线孔5与外部的导线相连，由于本发明装置在水下作业，因此在外壳一2和出线孔5的间隙涂覆防水密封胶，防止海水浸入导致装置损坏。线圈阵列3中的各个线圈通过钛合金线柱4固定在外壳一2上，钛合金导磁性好，可以保证有足够大的磁场通过线圈阵列3。
于本具体实施例中，磁铁阵列8中的各个磁铁采用如图6所示的Halbach阵列的排布方式排布，Halbach阵列是一种特别的磁铁排布方式，它的特性是可以将磁场在磁铁阵列8的一侧叠加，而另一侧的磁场强度几乎降为零，因此可以实现用最少量的磁体产生最强的磁场。
于本具体实施例中，磁铁支架7为矩形框架，磁铁阵列8采用过盈配合的方式固定在磁铁支架7中，磁铁支架7的四面分别通过一弹簧1与外壳一2的四个内侧壁连接，外壳一2的四个内侧壁上设置有固定弹簧1的弹簧槽10。弹簧1一方面将磁铁阵列8与外壳一2连接起来，另一方面可以保证磁铁阵列8的往复运动。
于本具体实施例中，非晶态软磁合金薄片6上靠近磁铁的一侧涂覆一层石墨层，石墨是良好的润滑剂，可以保证磁铁阵列8和线圈阵列3之间平滑的相对运动。
下面结合图7，以为小型电子设备供能为例，介绍该电路系统。当该装置在海洋中受到水平方向的振动时，磁铁会沿着水平方向运动，并产生变化的磁场，由法拉第电磁感应定律可知，线圈中会产生电流。同理，当该装置受到竖直方向的振动时，也会在线圈中产生电流。由于磁铁做往复运动，能量收集器11会产生交流电，能量收集器11的输出端与桥式整流电路12的输入端相连，桥式整流电路12便可将交流电转换为直流电。桥式整流电路12的输出端与调压电路13的输入端相连，调压电路13将整流过后的直流电的电压进行调节，以适应后续电路的电压需求。调压电路13的输出端与储能电路14的输入端相连，储能电路14可以暂时收集并储存电能，储能电路14的输出端与电子元件15的输入端相连，通过该过程便可完成对传感器等电子设备的供能。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：包括由外壳一和外壳二够成的盒体、线圈阵列、磁铁阵列和弹簧，所述线圈阵列由多个串联连接的线圈构成，所述线圈阵列设置于所述外壳一内，所述磁铁阵列由多个磁铁构成，所述磁铁阵列设置于磁铁支架内，所述磁铁支架通过弹簧与所述外壳一连接，所述线圈阵列与所述磁铁阵列之间设置有非晶态软磁合金薄片。
2.根据权利要求1所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述外壳一和所述外壳二构成的盒体为矩形盒体，所述外壳一与所述外壳二的采用过盈配合方式连接，二者的配合接触面上涂覆有防水密封胶。
3.根据权利要求1所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述线圈阵列是由16个线圈串联而成，线圈的引出线通过所述外壳一上的出线孔与外部的导线相连，在所述外壳一和所述出线孔的间隙涂覆防水密封胶。
4.根据权利要求3所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述线圈阵列中的各个线圈通过钛合金线柱固定在所述外壳一上。
5.根据权利要求1所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述磁铁阵列中的各个磁铁采用Halbach阵列的排布方式排布。
6.根据权利要求5所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述磁铁支架为矩形框架，所述磁铁阵列采用过盈配合的方式固定在磁铁支架中，所述磁铁支架的四面分别通过一弹簧与所述外壳一的四个内侧壁连接，所述外壳一的四个内侧壁上设置有固定弹簧的弹簧槽。
7.根据权利要求1所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述非晶态软磁合金薄片上靠近磁铁的一侧涂覆一层石墨层。
8.根据权利要求1所述的用于收集波浪能的二维电磁能量收集器，其特征在于：所述外壳一和所述外壳二采用钛合金材料制成。
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