CN115378219B

CN115378219B - 一种树枝振动发电装置

Info

Publication number: CN115378219B
Application number: CN202211307916.2A
Authority: CN
Inventors: 狄海廷; 王赛; 周明
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2042-10-25
Also published as: CN115378219A

Abstract

本发明涉及能量采集技术领域，公开了一种树枝振动发电装置。包括上半管、下半管、万向节、上底座、永磁体、磁齿和下底座；上半管与下半管通过紧固螺栓固定连接成圆环形状；万向节的上端与下半管固定连接，下端通过横销与U型板相连接；L形悬臂梁的一边通过光刻胶粘结在上底座的方形通孔内壁上，另一边的端点与质量块固定连接；永磁体的一端与上磁铁固定连接，另一端与下磁铁固定连接；磁齿以一定的间距排列在左铁芯、右铁芯、后铁芯和前铁芯上；左铁芯、右铁芯、后铁芯和前铁芯通过螺钉与下底座相连接。本发明通过采用永磁体、上磁铁、磁齿和下磁铁实现闭合磁路，提高磁能利用率；万向节可获取不同方向的振动能量，且本装置结构简单，成本低。

Description

一种树枝振动发电装置

技术领域

本发明涉及能量采集技术领域，尤其涉及一种树枝振动发电装置。

背景技术

随着微电子技术、无线传感技术的快速发展，森林监测系统在森林火灾监测，病虫害防治，土壤墒情监测等领域被广泛应用。但是，在林区里电力系统不能到达，在进行森林环境或其它参数监测时无法供电，传统的化学电池又存在能量有限、寿命短、更换困难的问题，不能满足系统长期供电的需要。振动在环境中无处不在，采集森林环境中的振动能并转化为电能，使其代替传统电源为森林监测系统供电，具有广阔的发展和应用前景。

目前，振动能量的收集方式有压电式、静电式和电磁式等。但现有的电磁式振动能量采集器主要存在以下问题：整个结构不能实现封闭式磁路，无法充分利用永磁体周围的磁场，磁能利用率低；只能收集一个方向的振动能量，能量转换效率低。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种树枝振动发电装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种树枝振动发电装置，包括调节螺栓101、上半管102、下半管105、万向节2、上底座3、L形悬臂梁305、永磁体4、磁齿6和下底座7；所述上底座3通过螺钉分别与左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505相连；所述上底座3的中心位置设置有方形通孔；所述L形悬臂梁305的一边通过光刻胶粘结在上底座3的方形通孔内壁上，另一边的端点与质量块304固定连接；所述L形悬臂梁305的拐角处为圆角设计；所述L形悬臂梁305的数量为4个；所述4个L形悬臂梁305在上底座3的方形通孔内组成四螺旋形结构；所述L形悬臂梁305的厚度与上底座3的厚度相同；所述L形悬臂梁305为弹性良好的金属材料；所述质量块304的下方与上磁铁301固定连接；所述永磁体4的一端与上磁铁301固定连接，另一端与下磁铁302固定连接；所述永磁体4以矩形阵列方式排列；所述左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505上均缠绕有线圈；所述磁齿6以一定的间距排列在左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505上；所述磁齿6的厚度与上磁铁301和下磁铁302的厚度相同；所述相邻两个磁齿6的间距大小等于永磁体4的高度；所述磁齿6在左铁芯502上的布置位置与右铁芯503上的布置位置呈交错状；所述磁齿6在后铁芯504上的布置位置与前铁芯505上的布置位置呈交错状；所述左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505通过螺钉与下底座7相连接；所述万向节2的上端与下半管105固定连接，下端通过横销201与U型板202相连接；所述U型板202与质量块304的中心固定连接。

所述质量块304为镍材料；所述上磁铁301与下磁铁302均为束磁能力良好的纯铁材料，能够将永磁体4发出的大部分磁感线束缚在内部；所述横销201和U型板202均为非导磁材料；所述磁齿6为聚磁性能良好的硅钢材料。

所述上半管102与下半管105通过紧固螺栓104固定连接成圆环形状；所述紧固螺栓104的数量为4个；所述调节螺栓101通过螺纹与上半管102和下半管105相连接；所述调节螺栓101的数量为3个，且均布在上半管102与下半管105组成的圆环上；所述调节螺栓101的顶端位置设置有调节板103。

本发明的有益效果是：本发明通过采用永磁体、磁铁、磁齿和铁芯实现闭合磁路，能够减少漏磁量，提高磁能利用率；万向节可以获取不同方向的振动能量，且本装置结构简单，制造成本低。

附图说明

图1是本发明树枝振动发电装置的结构示意图。

图2是图1中A-A的剖视图。

附图中：

101—调节螺栓、102—上半管、103—调节板、104—紧固螺栓、105—下半管、2—万向节、201—横销、202—U型板、3—上底座、301—上磁铁、302—下磁铁、304—质量块、305—L形悬臂梁、4—永磁体、502—左铁芯、503—右铁芯、504—后铁芯、505—前铁芯、6—磁齿、7—下底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述，但它们不是对本发明的限制：

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1和图2所示，一种树枝振动发电装置，包括调节螺栓101、上半管102、下半管105、万向节2、上底座3、L形悬臂梁305、永磁体4、磁齿6和下底座7；所述上底座3通过螺钉分别与左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505相连；所述上底座3的中心位置设置有方形通孔；所述L形悬臂梁305的一边通过光刻胶粘结在上底座3的方形通孔内壁上，另一边的端点与质量块304固定连接；所述L形悬臂梁305的拐角处为圆角设计；所述L形悬臂梁305的数量为4个；所述4个L形悬臂梁305在上底座3的方形通孔内组成四螺旋形结构；所述L形悬臂梁305的厚度与上底座3的厚度相同；所述L形悬臂梁305为弹性良好的金属材料；所述质量块304的下方与上磁铁301固定连接；所述永磁体4的一端与上磁铁301固定连接，另一端与下磁铁302固定连接；所述永磁体4以矩形阵列方式排列；所述左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505上均缠绕有线圈；所述磁齿6以一定的间距排列在左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505上；所述磁齿6的厚度与上磁铁301和下磁铁302的厚度相同；所述相邻两个磁齿6的间距大小等于永磁体4的高度；所述磁齿6在左铁芯502上的布置位置与右铁芯503上的布置位置呈交错状；所述磁齿6在后铁芯504上的布置位置与前铁芯505上的布置位置呈交错状；所述左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505通过螺钉与下底座7相连接；所述万向节2的上端与下半管105固定连接，下端通过横销201与U型板202相连接；所述U型板202与质量块304的中心固定连接。

一种树枝振动发电装置的工作原理如下：由于上磁铁301与下磁铁302具有束磁作用，磁齿6具有聚磁作用，因此，永磁体4的绝大多数磁感线由永磁体4的N极，经过上磁铁301、磁齿6、下磁铁302和永磁体4的S极，形成闭合磁路。上磁铁301和下磁铁302与磁齿6的正对面积决定了通过左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505的磁通量大小。通过调节螺栓101，使调节板103固定在树枝上，当树枝振动时，带动万向节2实现振动，进一步通过质量块304带动上磁铁301、下磁铁302和永磁体4实现振动。在振动刚发生时，由于L形悬臂梁305为弹性良好材料，起到弹簧的作用，此时在惯性的作用下，上底座3、左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505保持静止状态，那么固定在左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505上的磁齿6也保持静止状态，使得上磁铁301和下磁铁302与磁齿6产生了相对位移，它们之间的正对面积发生变化，从而使左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505内的磁通量发生变化，根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化，可以在线圈内产生感应电动势进行发电。随着振动时间的推移，L形悬臂梁305通过上底座3、左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505带动磁齿6移动，由于L形悬臂梁305的弹簧作用，使得上磁铁301和下磁铁302与磁齿6之间的相对位置始终在发生变化，从而使得左铁芯502、右铁芯503、后铁芯504和前铁芯505内的磁通量发生变化，从而产生感应电动势。当树枝停止振动时，上磁铁301、下磁铁302和永磁体4保持静止状态，由于L形悬臂梁305的储能作用，会继续带动磁齿6进行衰减振动，在线圈内产生感应电动势，直到多次振动后达到静止状态。至此，完成了树枝的单次振动发电过程。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施范例，凡依本发明申请专利的范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种树枝振动发电装置，其特征在于，包括调节螺栓（101）、上半管（102）、下半管（105）、万向节（2）、上底座（3）、L形悬臂梁（305）、永磁体（4）、磁齿（6）和下底座（7）；所述上底座（3）通过螺钉分别与左铁芯（502）、右铁芯（503）、后铁芯（504）和前铁芯（505）相连；所述上底座（3）的中心位置设置有方形通孔；所述L形悬臂梁（305）的一边通过光刻胶粘结在上底座（3）的方形通孔内壁上，另一边的端点与质量块（304）固定连接；所述L形悬臂梁（305）的拐角处为圆角设计；所述L形悬臂梁（305）的数量为4个； 4个所述L形悬臂梁（305）在上底座（3）的方形通孔内组成四螺旋形结构；所述L形悬臂梁（305）的厚度与上底座（3）的厚度相同；所述L形悬臂梁（305）为弹性良好的金属材料；所述质量块（304）的下方与上磁铁（301）固定连接；所述永磁体（4）的一端与上磁铁（301）固定连接，另一端与下磁铁（302）固定连接；所述永磁体（4）以矩形阵列方式排列；所述左铁芯（502）、右铁芯（503）、后铁芯（504）和前铁芯（505）上均缠绕有线圈；所述磁齿（6）以一定的间距排列在左铁芯（502）、右铁芯（503）、后铁芯（504）和前铁芯（505）上；所述磁齿（6）的厚度与上磁铁（301）和下磁铁（302）的厚度相同；相邻两个所述磁齿（6）的间距大小等于永磁体（4）的高度；所述磁齿（6）在左铁芯（502）上的布置位置与右铁芯（503）上的布置位置呈交错状；所述磁齿（6）在后铁芯（504）上的布置位置与前铁芯（505）上的布置位置呈交错状；所述左铁芯（502）、右铁芯（503）、后铁芯（504）和前铁芯（505）通过螺钉与下底座（7）相连接；所述万向节（2）的上端与下半管（105）固定连接，下端通过横销（201）与U型板（202）相连接；所述U型板（202）与质量块（304）的中心固定连接。

2.根据权利要求1所述的树枝振动发电装置，其特征在于，所述质量块（304）为镍材料；所述上磁铁（301）与下磁铁（302）均为束磁能力良好的纯铁材料，能够将永磁体（4）发出的大部分磁感线束缚在内部；所述横销（201）和U型板（202）均为非导磁材料；所述磁齿（6）为聚磁性能良好的硅钢材料。

3.根据权利要求1所述的树枝振动发电装置，其特征在于，所述上半管（102）与下半管（105）通过紧固螺栓（104）固定连接成圆环形状；所述紧固螺栓（104）的数量为4个；所述调节螺栓（101）通过螺纹与上半管（102）和下半管（105）相连接；所述调节螺栓（101）的数量为3个，且均布在上半管（102）与下半管（105）组成的圆环上；所述调节螺栓（101）的顶端位置设置有调节板（103）。