CN113422450B - 一种电磁能量转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁能量转换装置，涉及发电器械技术领域，包括定子机构、转子机构和驱动机构，所述转子机构包括海尔贝克阵列，所述定子机构的中心线与所述转子机构的中心线重合，所述驱动机构驱动所述转子机构相对所述定子机构转动。本发明是一种基于海尔贝克阵列的电磁能量转换装置，可以将环境中的能量以及人体运动时的能量有效地收集起来，相比于传统的能量转换装置可以极大的缩小体积，更有利于运用在人体，本发明寿命长，效率高，稳定可靠，在国防军事、特种设备、智能制造、环境保护等领域有广泛的应用。

Description

一种电磁能量转换装置
技术领域
本发明涉及发电器械技术领域，特别是涉及一种电磁能量转换装置。
背景技术
目前，大多数的低功率器件基本依靠于电化学电池来供电，但电池储能有限，存在许多潜在的危害，且定期维护的成本较为高昂，处理废旧电池问题容易带来环境污染等问题。对于一些特殊情况下，电化学电池并不能满足我们的需求。
对于传统的俘能技术而言，可以利用的可再生可持续能源有许多种，如：风能，水能，太阳能等，但这些均不能适用于各种复杂的环境中，新兴的压电俘能技术是利用压电材料的压电效应，将环境中的振动能转化为电能，但只有在共振时才能获得最大的俘能效率，有一定的局限性。为了解决这个问题，需要一种高效的能量转换装置可以随时随地的获取能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种电磁能量转换装置，以解决上述现有技术存在的问题，不受使用环境的限制，提高了俘能效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种电磁能量转换装置，包括定子机构、转子机构和驱动机构，所述转子机构包括海尔贝克阵列，所述定子机构的中心线与所述转子机构的中心线重合，所述驱动机构驱动所述转子机构相对所述定子机构转动。
优选地，所述电磁能量转换装置还包括传动机构和棘轮机构，所述棘轮机构的中心线与所述转子机构的中心线重合，所述驱动机构通过所述传动机构驱动所述棘轮机构带动所述转子机构相对所述定子机构实现单向转动。
优选地，所述传动机构包括同轴且固定的第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述驱动机构啮合，所述第二传动齿轮与所述棘轮机构啮合。
优选地，所述棘轮机构包括第一齿轮、连接板和至少一个棘爪，所述第一齿轮与所述连接板固定设置，所述棘爪的一端均与所述连接板铰接，所述第一齿轮与所述传动机构啮合，所述传动机构带动所述第一齿轮转动使得所述棘爪带动所述转子机构实现单向转动。
优选地，所述驱动机构包括连杆和第二齿轮，所述连杆的一端与所述第二齿轮连接，所述第二齿轮与所述传动机构啮合。
优选地，所述转子机构包括转子护套和所述海尔贝克阵列，所述转子护套的一侧为齿槽，所述转子护套的另一侧为若干所述所述海尔贝克阵列，所述海尔贝克阵列靠近所述定子机构设置，所述海尔贝克阵列包括若干磁铁。
优选地，所述磁铁为棱锥形或弧形永磁铁。
优选地，所述定子机构包括第一线圈和两个导磁支架，所述第一线圈设置在两个所述导磁支架之间，所述第一线圈的中心线和两个所述导磁支架的中心线重合，所述第一线圈缠绕成花瓣状，花瓣状的所述第一线圈包括若干花瓣，所述花瓣的数量为所述海尔贝克阵列的数量的整数倍。
优选地，所述定子机构包括线圈支架和若干第二线圈，若干所述第二线圈均布在所述线圈支架上，所述线圈支架的中心线与所述转子机构的中心线重合。
优选地，所述电磁能量转换装置还包括回弹机构，所述回弹机构包括弹性元件，所述弹性元件的一端与所述驱动机构连接，所述弹性元件的另一端与设置在所述定子机构一侧的固定板连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明是一种基于海尔贝克阵列的电磁能量转换装置，可以将环境中的能量以及人体运动时的能量有效地收集起来，相比于传统的能量转换装置可以极大的缩小体积，更有利于运用在人体，本发明寿命长，效率高，稳定可靠。
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为本发明的电磁能量转换装置示意图(实施例一)；
图2为本发明的定子机构及转子机构示意图(实施例一)；
图3为本发明的定子机构俯视图(实施例一)；
图4为本发明的第一线圈俯视图(实施例一)；
图5为本发明的导磁支架示意图(实施例一)；
图6为本发明的电磁能量转换装置示意图(实施例二)；
图7为本发明的定子机构及转子机构示意图(实施例二)；
图8为本发明的定子机构及转子机构仰视图(实施例二)；
图9为本发明的定子机构俯视图(实施例二)；
图10为本发明的驱动机构及传动机构示意图；
图11为本发明的棘轮机构示意图；
图12为本发明的转子机构俯视图；
图13为本发明的转子机构仰视图；
图14为本发明的海尔贝克阵列示意图；
其中：100-电磁能量转换装置，1-定子机构，2-转子机构，3-驱动机构，4-传动机构，5-棘轮机构，6-第一传动齿轮，7-第二传动齿轮，8-第一齿轮，9-连接板，10-棘爪，11-连杆，12-第二齿轮，13-转子护套，14-齿槽，15-海尔贝克阵列，16-第一线圈，17-导磁支架，18-线圈支架，19-第二线圈，20-回弹机构，21-弹性元件，22-固定板，23-磁铁。
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付出创造性劳动的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电磁能量转换装置，以解决上述现有技术存在的问题，不受使用环境的限制，提高了俘能效率。
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。
实施例一
如图1-图5、图10-图14所示：本实施例提供了一种电磁能量转换装置100，包括定子机构1、转子机构2和驱动机构3，转子机构2包括海尔贝克阵列15(Halbach阵列)，定子机构1的中心线与转子机构2的中心线重合，驱动机构3驱动转子机构2相对定子机构1转动。
具体地，本实施例中，转子机构2包括转子护套13和海尔贝克阵列15，转子护套13的一侧为齿槽14，齿槽14为斜齿槽14，转子护套13的另一侧为海尔贝克阵列15，海尔贝克阵列15靠近定子机构1设置，海尔贝克阵列15包括若干磁铁23，各磁铁23嵌设在转子护套13的另一侧的凹槽中，海尔贝克阵列15以多边形或圆周的排列方式来形成磁环，本实施例中，海尔贝克阵列15呈圆环状。本实施例中的海尔贝克阵列15由12块磁铁23组成，具有较大的惯量，在转动起来后，即使不再输入驱动力，在惯性作用下，也可以继续旋转，持续产生电能，将能量收集起来，极大地提高了能量收集率。
本实施例中，磁铁23为棱锥形或弧形永磁铁。
本实施例中，定子机构1包括第一线圈16和两个导磁支架17，导磁支架17采用铁片制成，各导磁支架17均包括三个导磁支杆，两个导磁支架17的导磁支杆交替设置，第一线圈16设置在两个导磁支架17之间，起到聚集磁力线的作用，第一线圈16的中心线、两个导磁支架17的中心线和转子机构2的中心线均重合，第一线圈16缠绕成花瓣状，花瓣状的第一线圈16包括若干花瓣，花瓣的数量为海尔贝克阵列15的数量的整数倍，本实施例中，花瓣的数量为6个，海尔贝克阵列15的数量为1个。第一线圈16为一个，便于能量收集，可以通过加大第一线圈16的匝数，提高俘能效率，增大俘能功率。由于海尔贝克阵列15具有明显的聚磁作用，导磁支架17可以起到牵拉磁力线的作用，使第一线圈16更好地切割磁感线，增大俘能效率。由于定子机构1和转子机构2优越的性能，可以极大的缩小体积，在国防军事、特种设备、智能制造、环境保护等领域有广泛的应用。
本实施例中，电磁能量转换装置100还包括传动机构4和棘轮机构5，棘轮机构5的中心线与转子机构2的中心线重合，驱动机构3通过传动机构4驱动棘轮机构5带动转子机构2相对定子机构1实现单向转动。
本实施例中，传动机构4包括同轴且固定的第一传动齿轮6和第二传动齿轮7，第一传动齿轮6与驱动机构3传动连接，第二传动齿轮7与棘轮机构5传动连接。
本实施例中，棘轮机构5是一种间歇运动机构，棘轮机构5包括第一齿轮8、连接板9和两个棘爪10，第一齿轮8与连接板9固定设置，两个棘爪10的一端均与连接板9铰接，第一齿轮8与传动机构4传动连接，传动机构4带动第一齿轮8转动使得棘爪10带动转子机构2实现单向转动。以图1的视角为准，第一齿轮8顺时针转动，棘轮机构5不会带动转子机构2转动，第一齿轮8逆时针转动，棘轮机构5带动转子机构2转动，即棘轮机构5带动转子机构2相对定子机构1实现单向转动，防止倒转。单向转动的转子机构2，更有利于能量的收集。
本实施例中，驱动机构3包括连杆11和第二齿轮12，连杆11的一端与第二齿轮12固定连接，第二齿轮12与传动机构4传动连接。
本实施例中，驱动机构3的连杆11带动第二齿轮12转动，第二齿轮12与传动机构4的第一传动齿轮6啮合，进而带动第二传动齿轮7转动，第二传动齿轮7带动棘轮机构5的第一齿轮8转动，第一齿轮8和连接板9共同运动，棘爪10与齿槽14啮合，带动转子机构2转动。第一传动齿轮6的分度圆直径小于第二齿轮12的分度圆直径，第二齿轮12的分度圆直径小于第二传动齿轮7的分度圆直径，第二传动齿轮7的分度圆直径远大于第一齿轮8的分度圆直径，实现较大的转速比，使电磁能量转换装置100的变频效果更好，升频效果显著，俘能效率更高，并且可以以较小的驱动力，驱动大惯量的转子机构2。
本实施例中，电磁能量转换装置100还包括回弹机构20，回弹机构20包括弹性元件21，弹性元件21为弹簧，弹性元件21的一端与驱动机构3连接，弹性元件21的另一端与设置在定子机构1一侧的固定板22连接。回弹机构20可以使驱动机构3复位，实现重复性的动力输入。驱动机构3与回弹机构20将机械往复运动利用起来作为驱动整个电磁能量转换装置100的动力来源。
实施例二
如图6-图14所示：本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中，定子机构1包括线圈支架18和若干第二线圈19，若干第二线圈19均布在线圈支架18上，线圈支架18的中心线与转子机构2的中心线重合，若干第二线圈19位于同一圆周上，且沿同一圆周的周向均布，若干第二线圈19位于的同一圆周的中心线与转子机构2的中心线重合。若干第二线圈19分布在海尔贝克阵列15聚磁的一边，磁力线分布更加密集，能量转换效率更高。每个第二线圈19在楞次定律下产生的反向磁场力较小，而海尔贝克阵列15的惯量较大，可以很好地克服每个第二线圈19的反向磁场力，整个装置所受到的楞次定律的影响就极大的降低。
本说明书中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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种电磁能量转换装置，其特征在于：包括定子机构、转子机构和驱动机构，所述转子机构包括海尔贝克阵列，所述定子机构的中心线与所述转子机构的中心线重合，所述驱动机构驱动所述转子机构相对所述定子机构转动,所述定子机构包括第一线圈和两个导磁支架，所述第一线圈设置在两个所述导磁支架之间，所述第一线圈的中心线和两个所述导磁支架的中心线重合，所述第一线圈缠绕成花瓣状，花瓣状的所述第一线圈包括若干花瓣，所述花瓣的数量为所述海尔贝克阵列的数量的整数倍；
所述电磁能量转换装置还包括传动机构和棘轮机构，所述棘轮机构的中心线与所述转子机构的中心线重合，所述驱动机构通过所述传动机构驱动所述棘轮机构带动所述转子机构相对所述定子机构实现单向转动；
所述传动机构包括同轴且固定的第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述驱动机构啮合，所述第二传动齿轮与所述棘轮机构啮合；
所述棘轮机构包括第一齿轮、连接板和至少一个棘爪，所述第一齿轮与所述连接板固定设置，所述棘爪的一端均与所述连接板铰接，所述第一齿轮与所述传动机构啮合，所述传动机构带动所述第一齿轮转动使得所述棘爪带动所述转子机构实现单向转动；
所述驱动机构包括连杆和第二齿轮，所述连杆的一端与所述第二齿轮连接，所述第二齿轮与所述传动机构啮合；
所述转子机构包括转子护套和所述海尔贝克阵列，所述转子护套的一侧为齿槽，所述棘爪与所述齿槽啮合，所述转子护套的另一侧为所述海尔贝克阵列，所述海尔贝克阵列靠近所述定子机构设置。
2.根据权利要求1所述的电磁能量转换装置，其特征在于：所述海尔贝克阵列包括若干磁铁。
3.根据权利要求2所述的电磁能量转换装置，其特征在于：所述磁铁为棱锥形或弧形永磁铁。
4.根据权利要求1所述的电磁能量转换装置，其特征在于：所述定子机构包括线圈支架和若干第二线圈，若干所述第二线圈均布在所述线圈支架上，所述线圈支架的中心线与所述转子机构的中心线重合。
5.根据权利要求1所述的电磁能量转换装置，其特征在于：所述电磁能量转换装置还包括回弹机构，所述回弹机构包括弹性元件，所述弹性元件的一端与所述驱动机构连接，所述弹性元件的另一端与设置在所述定子机构一侧的固定板连接。
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