CN206041772U - 一种电磁感应式发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电磁感应式发电装置，包括静止模块和动态模块；所述静止模块包括U形磁芯、外绕线圈的静态磁芯，线圈和静态磁芯位于U形磁芯内部，U形磁芯与静态磁芯构成E形磁芯；所述动态模块包括永磁体、动态磁芯一和动态磁芯二和簧片；永磁体位于动态磁芯一和动态磁芯二之间形成U形磁路，簧片与U形磁路固连；静态磁芯前端自U形磁芯内部延伸至动态磁芯一和动态磁芯二之间，动态磁芯一延伸至U形磁芯第一自由端与静态磁芯之间，动态磁芯二延伸至U形磁芯第二自由端与静态磁芯之间。当动态模块的U形磁路在静态模块的E形磁芯之间进行往复运动时，永磁体在静态磁芯上施加交变磁场，线圈基于电磁感应产生电压输出。本实用新型结构简单、组装方便、可靠性强、成本低。

Description

一种电磁感应式发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种电磁感应式发电装置，可促进无线开关实现自供电以及应用于振动环境中的无线传感器。

背景技术

能量采集技术是一种从环境中获取光能、风能、热能、磁能、机械能等形式的能量并将其转换成电能的新兴技术。能量采集技术有助于无线传感器实现自供能，在物联网乃至智慧城市中大有可为。

在人们日常生活中，为了实现智慧家居的升级改造，各类开关控制应用的智能化占有很大的比重。但是迄今为止，照明设备等开关控制应用普遍还是采用有线开关来控制开启与关闭。有线开关的使用要求在房屋建造和初装时必须提前将各个开关的安装位置进行详细准确的规划，还要在墙体上预埋开关底盒、凿槽、预埋PVC管材以及穿电缆等操作。这些不仅费时费力，还浪费管线等材料，更麻烦的在于，如果后期发现开关布局不尽如人意而需要移动、更改或者增减的话，就必须重新凿墙布线，否则无法改变。

现有技术针对上述问题，有采用无线遥控开关来控制照明产品等应用的开启与关闭，但这类采用无线遥控开关的照明产品并没有被大众普遍接受，也没能成为主流应用。因为供能是限制这类产品应用的主要制约。开关每次按压或拨动的工作过程中都伴随着机械能的作用与耗散，结合能量采集技术的特点，可以设计一种发电装置，通过采集开关工作过程中的机械能并将其转换成电能从而为无线模块等电路供电以实现无线开关的自供电。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种电磁感应式发电装置，旨在采集开关工作过程中耗散的机械能并将其转换成电能以实现无线开关的自供电，结构简单、组装方便、可靠性强、成本低，促进自供电无线开关在智慧城市等领域广泛应用。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电磁感应式发电装置，包括静止模块和动态模块；所述静止模块包括U形磁芯、外绕线圈的静态磁芯，线圈和静态磁芯位于U形磁芯内部，U形磁芯与静态磁芯构成E形磁芯；所述动态模块包括永磁体、动态磁芯一和动态磁芯二和簧片；永磁体位于动态磁芯一和动态磁芯二之间形成U形磁路，簧片与U形磁路固连；静态磁芯前端自U形磁芯内部延伸至动态磁芯一和动态磁芯二之间，动态磁芯一延伸至U形磁芯第一自由端与静态磁芯之间，动态磁芯二延伸至U形磁芯第二自由端与静态磁芯之间。当动态模块的U形磁路在静态模块的E形磁芯之间进行往复运动时，永磁体在静态磁芯上施加交变磁场，线圈基于电磁感应产生电压输出。

进一步，所述U形磁芯的中间连接部设置有磁芯插孔，所述静态磁芯的后端设置有插销头一，插销头一插接在磁芯插孔中。

进一步，所述静态磁芯由骨架固定，所述线圈绕在骨架上；进一步，所述U形磁芯的中间连接部设置有磁芯插孔，所述静态磁芯的后端设置有插销头一，插销头一插接在磁芯插孔中。

进一步，所述U形磁芯的中间连接部设置有卡槽一，所述骨架后端设置有卡扣，卡槽一与卡扣相配合；所述静态磁芯的前端设置有插销头二，所述骨架前端设置有限位部件和两个插针；所述限位部件与插销头二的挡肩相配合，两个插针作为线圈的引出接头；所述插销头二延伸至动态磁芯一和动态磁芯二之间。

进一步，所述第二自由端设置有两个卡槽二，所述两个插针分别卡固在两个卡槽二中。

进一步，所述静态磁芯的本体为条形结构。

进一步，所述簧片通过固定部件固定在动态磁芯一和动态磁芯二之间。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于，静态模块和动态模块功能明确，结构简单，便于与各类自发电无线开关集成；U形磁芯、静态磁芯、动态磁芯、永磁体、线圈和骨架均可进行模块化设计，方便加工、制造，利于量产，具有明显成本优势；使用寿命长、可靠性高；可替代电池的使用，不污染环境，没有重复浪费；采用电磁感应式发电装置的自发电无线开关，可随意布局开关位置和组合功能，无需打孔布线，使用方便；采用电磁感应式发电装置的自供电无线开关即可用于新装，又可以直接替换原有普通开关，社会经济效益好；振动环境中，采用电磁感应式发电装置的自供电无线传感器可实现免维护、自维持，方便与各类监控系统集成，具有可观的社会经济效益。

附图说明

图1是本实用新型电磁感应式发电装置结构示意图。

图2是本实用新型电磁感应式发电装置的爆炸图。

图3是本实用新型电磁感应式发电装置中静止模块的结构示意图。

图4是静止模块中U形磁芯的结构示意图。

图5是静止模块中静态磁芯的结构示意图。

图6是静止模块中线圈骨架的结构示意图。

图7是静止模块中部件配合剖面示意图。

图8是本实用新型电磁感应式发电装置的动态模块的结构示意图。

图9是本实用新型电磁感应式发电装置的工作原理示意图，其中，(a)为当动态模块向上运动时的电磁感应式发电装置状态示意图，(b)为当动态模块向下运动时的电磁感应式发电装置状态示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本实用新型电磁感应式发电装置的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限制或限定。

结合图1，本实用新型所述电磁感应式发电装置包括作为静止模块1的E形磁芯和作为动态模块2的U形磁路。静止模块1由可一次加工成形的U形磁芯10和外绕线圈13的静态磁芯11简单组装而成。动态模块2也由一次加工成形的动态磁芯一21和动态磁芯二22配合永磁体20和簧片24简单组装而成。所有结构加工方便，制造简单，性能可靠，成本优势明显。

结合图2和图3，静止模块1包括U形磁芯10、外裹线圈13的静态磁芯11、线圈13和静态磁芯11位于U形磁芯10内部，骨架12用于支撑静态磁芯11和线圈13。静止模块1结构小巧，配合紧密。

为了便于各组件组合和拆卸，结合图4，所述U形磁芯10包括第一自由端10-1、第二自由端10-2和中间连接部10-3，中间连接部10-3设置有磁芯插孔101，中间连接部10-3两侧还分别设置有卡槽一100，第二自由端10-2的端部设置有卡槽二102，整个U形磁芯10采用一次性冲压成型，加工简单方便，可靠性高；

结合图5，所述静态磁芯11两端分别具有插销头一110和插销头二111。静态磁芯11除了可以采用一次性冲压成型，也可以采用线切割加工，加工灵活多样。

结合图6，所述骨架12由耐高温材料开模注塑而成，骨架12内腔用于放置静态磁芯11，骨架12后端设置有卡扣120，卡扣120与中间连接部10-3两侧的卡槽一100相配合；骨架12前端设置有限位部件121和两个插针122。限位部件121与插销头二111的挡肩相配合用于限制静态磁芯11在骨架12中的位置，两个插针122分别与线圈13的两个接头连接，作为线圈13的引出接头。

静止模块1各部件之间的紧密配合关系如图7所示。静态磁芯11放置在骨架12中，线圈13裹线在骨架12上；静态磁芯11的插销头一110放置在磁芯插孔101内，位于U形磁芯10中间连接部10-3的卡槽一100与骨架12后端的卡扣120相配合，从而使骨架12与U形磁芯10相对固定；两个插针122与第二自由端10-2设置的两个卡槽二102相配合卡固以限制U形磁芯10在其宽度方向上晃动。在卡槽一100、卡槽二102、卡扣120以及插针122的配合作用下，U形磁芯10、骨架12以及静态磁芯11实现紧密配合。

在磁路构建过程中，静态磁芯11的插销头一110紧密固定在磁芯插孔101中，插销头二111由骨架12向外延伸至动态模块2内部，插销头二111的挡肩与限位部件121相配合，限制静态磁芯11前后滑动。在加工制造过程中，静态磁芯11从插销头二111端插入骨架12中。线圈13可先绕制在骨架12上，然后再放入静态磁芯11，也可先将静态磁芯11放入骨架12，然后再在骨架12上绕制线圈13。最后再整体按插针122与卡槽二102配合的形式插入U形磁芯10中，最终组装成作为静止模块1的E形磁芯。组装完成后，U形磁芯10和静态磁芯11一同构建成了静止模块1的E形磁芯，用以与动态模块2的U形磁路配合运行。该组装方式不仅能够保证静止模块1各部件的紧密配合，也能显著提高组装的成品率。

结合图8，动态模块2由永磁体20、动态磁芯一21和动态磁芯二22、簧片固定部件23、簧片24和铆钉25组成。永磁体20被夹持在动态磁芯一21和动态磁芯二22之间形成U形磁路，动态磁芯一21和动态磁芯二22不仅用于固定永磁体20，还与永磁体20一同构建动态模块2的U形磁路。簧片24在厚度很薄的情况下，不仅刚度强而且弹性好，可聚集外界机械能并当机械能达到一定限度时集中释放。簧片24通过固定部件23与U形磁路固连。例如，簧片24固定在簧片固定块23之间，二者作为一个整体同样夹持在动态磁芯一21和动态磁芯二22之间，同样的，永磁体20也限制在簧片固定块23中。动态磁芯一21和动态磁芯二22在夹持永磁体20的同时二者端面之间形成一定间隙，即U形磁路开口，静态磁芯11的插销头二111由骨架12向外延伸直达U形磁路开口内部。此时，插销头二111位于动态磁芯一21和动态磁芯二22之间，动态磁芯一21位于静态磁芯11与第一自由端10-1之间，动态磁芯二22位于静态磁芯11与第二自由端10-2之间.

工作时，静态磁芯11将与动态磁芯一21和动态磁芯二22交替接触，动态磁芯一21则与第一自由端10-1和静态磁芯11交替接触，动态磁芯二22则与静态磁芯11和第二自由端10-2交替接触，即动态模块2的U形磁路在静态模块1的E形磁芯之间发生往复运动，永磁体20则在静态磁芯11上施加交变磁场，绕制在骨架12上的线圈13基于电磁感应原理产生电压输出，从而实现无线开关或振动环境中的无线传感器自供电。静态磁芯可以采用静态磁芯，动态磁芯可以采用方形磁芯。

结合图9，对本实用新型所述电磁感应式发电装置的发电过程进一步详细描述如下：

以永磁体20上端为N极下端为S极为例，在按压或拨动和随机振动两种工作模式下，如图9中(a)所示，当动态模块2向上运动时，静态磁芯11与动态磁芯二22发生接触，动态磁芯一21与U形磁芯10的第一自由端10-1发生接触，从而在永磁体20、动态磁芯一21、U形磁芯10的第一自由端10-1、U形磁芯10的第二自由端10-2、静态磁芯11和动态磁芯二22之间形成闭合回路，磁力线沿逆时针方向，磁力线在静态磁芯11中沿水平方向向右；如图9中(b)所示当动态模块2向下运动时，静态磁芯11与动态磁芯一21发生接触，动态磁芯二22与U形磁芯10的第二自由端10-2接触，从而在永磁体20、动态磁芯一21、静态磁芯11、U形磁芯10的第二自由端10-2和动态磁芯二22之间形成闭合回路，磁力线同样沿逆时针方向，而磁力线在静态磁芯11中则沿水平方向向左；在动态模块2整个的往复运动过程中，永磁体20对条形磁性11施加磁场的方向将在水平向右和水平向左之间交替变化，有效地将永磁体20几乎可以提供最大的变化磁场施加静态磁芯11上。在此有了可供线圈13感应的变化磁场，根据电磁感应原理，为了得到高效的电压输出，除了变化磁场外则需进一步考虑变化时间的问题。不仅刚度强而且弹性好，可聚集外界机械能达到一定限度集中释放的簧片24的作用则由此得以体现。簧片24末端每次按压或者拨动的时候，必须得机械能集聚到能克服静态模块1和动态模块2之间的吸附磁力时，动态模块2的位置状态才会发生改变，从而有效降低了每次工作时磁场的变化时间，最终保证了绕制于骨架12上的线圈13根据电磁感应原理产生足够大的电压输出。

本实用新型具有按压或拨动工作模式和随机振动工作模式，便于与无线开关或振动环境中的无线传感器集成以助于其实现自供电。

本实用新型在按压或拨动工作模式中，通过按压或拨动簧片末端，动态模块的U形磁路在静态模块的E形磁芯中往复运动，线圈感应静态磁芯中变化的磁场，将机械能转化成电能，进而为无线开关提供电源，实现无线开关自供电；本实用新型在随机振动模式中，通过固定簧片末端，随着振动，动态模块的U形磁路在静态模块的E形磁芯中往复运动，线圈感应静态磁芯中变化的磁场，将机械能转化成电能，进而为振动环境中的无线传感器提供电源，实现无线传感器自供电。

本实用新型电磁感应式发电装置结构简单，安全可靠且成本低廉，便于与各类需电设备集成，适用于众多应用领域，具有广阔市场前景；本实用新型电磁感应式发电装置方便构建各类自供电无线开关，控制电器产品的开启和关闭，比如照明产品、电视、冰箱以及风扇等；本实用新型自供电无线应用无需使用化学电池，避免环境污染及浪费，不用布线利于成本节约，且便于布局安装，在生产生活中可以广泛推广运用。

Claims (8)

1.一种电磁感应式发电装置，其特征在于，包括静止模块(1)和动态模块(2)；

所述静止模块(1)包括U形磁芯(10)、外绕线圈(13)的静态磁芯(11)，线圈(13)和静态磁芯(11)位于U形磁芯(10)内部，U形磁芯(10)与静态磁芯(11)构成E形磁芯；

所述动态模块(2)包括永磁体(20)、动态磁芯一(21)和动态磁芯二(22)和簧片(24)；永磁体(20)位于动态磁芯一(21)和动态磁芯二(22)之间形成U形磁路，簧片(24)与U形磁路固连；

静态磁芯(11)前端自U形磁芯(10)内部延伸至动态磁芯一(21)和动态磁芯二(22)之间，动态磁芯一(21)延伸至U形磁芯第一自由端(10-1)与静态磁芯(11)之间，动态磁芯二(22)延伸至U形磁芯第二自由端(10-2)与静态磁芯(11)之间。

2.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述U形磁芯(10)的中间连接部(10-3)设置有磁芯插孔(101)，所述静态磁芯(11)的后端设置有插销头一(110)，插销头一(110)插接在磁芯插孔(101)中。

3.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述静态磁芯(11)由骨架(12)固定，所述线圈(13)绕在骨架(12)上。

4.如权利要求3所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述U形磁芯(10)的中间连接部(10-3)设置有磁芯插孔(101)，所述静态磁芯(11)的后端设置有插销头一(110)，插销头一(110)插接在磁芯插孔(101)中。

5.如权利要求3或者4所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述U形磁芯(10)的中间连接部(10-3)设置有卡槽一(100)，所述骨架(12)后端设置有卡扣(120)，卡槽一(100)与卡扣(120)相配合；所述静态磁芯(11)的前端设置有插销头二(111)，所述骨架(12)前端设置有限位部件(121)和两个插针(122)；所述限位部件(121)与插销头二(111)的挡肩相配合，两个插针(122)作为线圈(13)的引出接头；所述插销头二(111)延伸至动态磁芯一(21)和动态磁芯二(22)之间。

6.如权利要求5所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述第二自由端(10-2)设置有两个卡槽二(102)，所述两个插针(122)分别卡固在两个卡槽二(102)中。

7.如权利要求1、2、3、4或者6所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述静态磁芯(11)的本体为条形结构。

8.如权利要求1、2、3、4或者6所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述簧片(24)通过固定部件(23)固定在动态磁芯一(21)和动态磁芯二(22)之间。