CN210167944U - 磁性液体平面复合多频振动能量采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器。将吸附有磁性液体的柱状永磁体组成永磁体阵列，该阵列受到位于其轴线方向上的磁性材料的磁吸引力，作为惯性质量块具有较高灵敏度的振动响应特性，永磁体阵列和磁性材料间距离不同使得其吸引力不同，相应永磁体阵列的振动固有频率各异，相应永磁体阵列的有效组合可实现多频振动响应。在外界振动作用下，圆柱永磁体阵列响应外界振动而做平面运动，感应线圈阵列中各感应线圈内的磁通量将发生变化，感应出电压信号，不同永磁体阵列的响应共振频率不同，可实现多频振动能的采集。本实用新型具有结构简单、实用性强等优点，可高效采集平面振动能。

Description

磁性液体平面复合多频振动能量采集器

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置领域，具体的说，本实用新型涉及一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器。

背景技术

自然界存在各种振动，长期以来，人们一直致力于探索自然界的振动能，相继研究出多种机械振动能量采集装置，该类能量采集装置主要有静电式、压电式和电磁式三种工作模式，对应的采集振动频率相对较高。即使针对自然界存在的各种低频振动，也处在几十赫兹的频率范围内，而对于一些10Hz以下的振动能，由于受到系统阻尼的影响，采集系统对于外界振动的响应能力较差，而无法采集。为了解决阻尼问题，可采用磁性液体材料。磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米铁磁性或亚铁磁性颗粒分散于液态载液中形成的稳定的胶态悬浮液，磁性液体二阶浮力原理是指磁性液体可以将沉浸在其中的比重比其自身大的永久磁铁悬浮起来，这样可以改变久磁铁和与其接触面间的摩擦形式，即由固体间摩擦转变为液固间摩擦，且仅有少量磁性液体与避免接触，使得吸附有磁性液体的永磁铁对惯性力敏感度较高。

磁性液体可以使得永磁体悬浮，能够有效降低采集系统的阻尼，特别是电磁式能量采集装置，效果更明显。自然界的各种振动方向的不确定性，为了更好采集振动能，需要寻找适应多方向的振动响应系统。外界振动频率多变，单一固定的振动响应系统已不能满足需求，同时由于电磁感应结构单一，采能效率较低，可通过增加电磁感应单元数量来提高结构的采能效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：

现有振动能量采集器的拾振系统阻尼相对较大，且振动响应方向单一，响应频率固定；另外，电磁感应结构单一，采能效率较低，可通过增加电磁感应单元数量来提高结构的采能效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，该装置包括柱状永磁体阵列Ⅰ、柱状永磁体阵列Ⅱ、非磁性薄板Ⅰ、非磁性薄板Ⅱ、非磁性薄板Ⅲ、非磁性薄板Ⅳ、磁性液体、感应线圈阵列Ⅰ、感应线圈阵列Ⅱ、感应线圈阵列Ⅲ、感应线圈阵列Ⅳ、磁性材料、非磁性连接杆、壳体。

柱状永磁体阵列Ⅰ和柱状永磁体阵列Ⅱ结构相同，柱状永磁体和柱状永磁体阵列轴线平行，一个柱状永磁体位于柱状永磁体阵列中心，其它柱状永磁体均匀分布于不同的同心圆环上，相同同心圆环上永磁体的磁极排列方向相同，相邻同心圆环上分布的柱状永磁体磁极排列方向相反，中心圆柱体与相邻同心圆环上分布的柱状永磁体磁极排列方向相反，另外，柱状永磁体均匀分布的各同心圆环径向间距不大于柱状永磁体直径的1.5倍。

感应线圈阵列Ⅰ和感应线圈阵列Ⅲ分别位于非磁性薄板Ⅰ和非磁性薄板Ⅲ的上表面，感应线圈阵列Ⅱ和感应线圈阵列Ⅳ分别位于非磁性薄板Ⅱ和非磁性薄板Ⅳ的下表面，将端面吸附有磁性液体的柱状永磁体阵列Ⅰ放入非磁性薄板Ⅰ、非磁性薄板Ⅱ之间，将端面吸附有磁性液体的柱状永磁体阵列Ⅱ放入非磁性薄板Ⅲ和非磁性薄板Ⅳ之间，磁性材料和非磁性连接杆相连，并位于非磁性薄板Ⅱ和非磁性薄板Ⅲ之间，间距可调，非磁性薄板Ⅰ、非磁性薄板Ⅱ、非磁性薄板Ⅲ、非磁性薄板Ⅳ、非磁性连接杆分别与壳体连接。

柱状永磁体阵列Ⅰ和柱状永磁体阵列Ⅱ在磁性液体作用下悬浮于非磁性薄板间，利用柱状永磁体阵列中永磁体和磁性材料间吸引力所提供的回复力，柱状永磁体阵列Ⅰ和柱状永磁体阵列Ⅱ作为惯性质量块响应振动，且相对感应线圈阵列产生运动，引起感应线圈阵列中磁通量的变化，产生电能，另外，磁性材料与非磁性薄板的间距可调，相应永磁体振动频率可变，能够实现多频振动能的采集。

本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果：

该能量采集器具有低阻尼、高响应灵敏度、平面响应振动，且能够实现多频振动能量采集，通过电磁感应阵列的应用能有效提高系统的采能效率。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。

图中：柱状永磁体阵列Ⅰ1、柱状永磁体阵列Ⅱ2、非磁性薄板Ⅰ3、非磁性薄板Ⅱ4、非磁性薄板Ⅲ5、非磁性薄板Ⅳ6、磁性液体7、感应线圈阵列Ⅰ8、感应线圈阵列Ⅱ9、感应线圈阵列Ⅲ10、感应线圈阵列Ⅳ11、磁性材料12、非磁性连接杆13、壳体14。

图2为本实用新型对应的柱状永磁体阵列剖视图。

图3为本实用新型对应的感应线圈阵列剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：

一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，该装置包括柱状永磁体阵列Ⅰ1、柱状永磁体阵列Ⅱ2、非磁性薄板Ⅰ3、非磁性薄板Ⅱ4、非磁性薄板Ⅲ5、非磁性薄板Ⅳ6、磁性液体7、感应线圈阵列Ⅰ8、感应线圈阵列Ⅱ9、感应线圈阵列Ⅲ10、感应线圈阵列Ⅳ11、磁性材料12、非磁性连接杆13、壳体14。柱状永磁体阵列Ⅰ1和柱状永磁体阵列Ⅱ2结构相同，如图2所示，柱状永磁体和柱状永磁体阵列轴线平行，一个柱状永磁体位于柱状永磁体阵列中心，其它柱状永磁体均匀分布于不同的同心圆环上，相同同心圆环上永磁体的磁极排列方向相同，相邻同心圆环上分布的柱状永磁体磁极排列方向相反，中心圆柱体与相邻同心圆环上分布的柱状永磁体磁极排列方向相反，另外，柱状永磁体均匀分布的各同心圆环径向间距不大于柱状永磁体直径的1.5倍。

感应线圈阵列Ⅰ8、感应线圈阵列Ⅱ9、和感应线圈阵列Ⅲ10、感应线圈阵列Ⅳ11结构相同，如图3所示，其上感应线圈单元为圆柱体，端面大小与柱状永磁铁阵列中的永磁体单元相同，感应线圈单元的排布由永磁体阵列结构分布而定，且与永磁体单元在永磁体阵列中的排布结构相同，

感应线圈阵列Ⅰ8和感应线圈阵列Ⅲ10分别位于非磁性薄板Ⅰ3和非磁性薄板Ⅲ5的上表面，感应线圈阵列Ⅱ9和感应线圈阵列Ⅳ11分别位于非磁性薄板Ⅱ4和非磁性薄板Ⅳ6的下表面，将端面吸附有磁性液体7的柱状永磁体阵列Ⅰ1放入非磁性薄板Ⅰ3、非磁性薄板Ⅱ4之间，且柱状永磁体阵列Ⅰ1分别与非磁性薄板Ⅰ3和非磁性薄板Ⅱ4的轴向间距范围为0.1mm-1.5mm。将端面吸附有磁性液体7的柱状永磁体阵列Ⅱ2放入非磁性薄板Ⅲ5和非磁性薄板Ⅳ6之间，且柱状永磁体阵列Ⅱ2分别与非磁性薄板Ⅲ5和非磁性薄板Ⅳ6的轴向间距范围为0.1mm-1.5mm。

磁性材料12和非磁性连接杆13相连，并位于非磁性薄板Ⅱ4和非磁性薄板Ⅲ5之间，且磁性材料12的中心点在非磁性薄板Ⅱ4和非磁性薄板Ⅲ5的轴线上；磁性材料12分别与非磁性薄板Ⅱ4和非磁性薄板Ⅲ5的距离可调，来改变柱状永磁体阵列Ⅰ1和柱状永磁体阵列Ⅱ2的固定响应频率，实现多频振动能量的采集。

非磁性薄板Ⅰ3、非磁性薄板Ⅱ4、非磁性薄板Ⅲ5、非磁性薄板Ⅳ6、非磁性连接杆13分别与壳体14固定，且相互平行，轴线重合。柱状永磁体阵列Ⅰ1和柱状永磁体阵列Ⅱ2柱状永磁铁4在磁性液体7作用下悬浮于非磁性薄板间，利用永磁体和磁性材料12间吸引力所提供的回复力，柱状永磁体阵列Ⅰ1和柱状永磁体阵列Ⅱ2作为惯性质量块响应振动，且相对感应线圈阵列产生运动，引起感应线圈阵列中磁通量的变化，产生电能，另外，磁性材料12与非磁性薄板的间距可调，相应永磁体振动频率可变，能够实现多频振动能的采集。

所述磁性液体可选酯基磁性液体、煤油基磁性液体、机油基磁性液体。

所述磁性材料12为一种导磁材料，非永磁体，如铝合金、尼龙、奥氏体不锈钢等。

Claims (6)

1.一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，该装置包括柱状永磁体阵列Ⅰ(1)、柱状永磁体阵列Ⅱ(2)、非磁性薄板Ⅰ(3)、非磁性薄板Ⅱ(4)、非磁性薄板Ⅲ(5)、非磁性薄板Ⅳ(6)、磁性液体(7)、感应线圈阵列Ⅰ(8)、感应线圈阵列Ⅱ(9)、感应线圈阵列Ⅲ(10)、感应线圈阵列Ⅳ(11)、磁性材料(12)、非磁性连接杆(13)、壳体(14)；

上述各部分之间的连接：感应线圈阵列Ⅰ(8)和感应线圈阵列Ⅲ(10)分别位于非磁性薄板Ⅰ(3)和非磁性薄板Ⅲ(5)的上表面，感应线圈阵列Ⅱ(9)和感应线圈阵列Ⅳ(11)分别位于非磁性薄板Ⅱ(4)和非磁性薄板Ⅳ(6)的下表面，将端面吸附有磁性液体(7)的柱状永磁体阵列Ⅰ(1)放入非磁性薄板Ⅰ(3)、非磁性薄板Ⅱ(4)之间，将端面吸附有磁性液体(7)的柱状永磁体阵列Ⅱ(2)放入非磁性薄板Ⅲ(5)和非磁性薄板Ⅳ(6)之间，磁性材料(12)和非磁性连接杆(13)固定相连，并位于非磁性薄板Ⅱ(4)和非磁性薄板Ⅲ(5)之间，间距可调，非磁性薄板Ⅰ(3)、非磁性薄板Ⅱ(4)、非磁性薄板Ⅲ(5)、非磁性薄板Ⅳ(6)、非磁性连接杆(13)分别与壳体(14)固定连接；

其特征在于：柱状永磁体阵列Ⅰ(1)和柱状永磁体阵列Ⅱ(2)在磁性液体(7)作用下悬浮于非磁性薄板间，利用永磁体阵列和磁性材料(12)间吸引力所提供的回复力，柱状永磁体阵列Ⅰ(1)和柱状永磁体阵列Ⅱ(2)作为惯性质量块响应振动，且相对感应线圈阵列产生运动，引起感应线圈阵列中磁通量的变化，产生电能，另外，磁性材料(12)与非磁性薄板的间距可调，相应永磁体振动固有频率可变，能够实现多频振动能的采集。

2.根据权利要求1所述的一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，其特征在于所述柱状永磁体阵列Ⅰ(1)和柱状永磁体阵列Ⅱ(2)结构相同，柱状永磁体和柱状永磁体阵列轴线平行，一个柱状永磁体位于柱状永磁体阵列中心，其它柱状永磁体均匀分布于不同的同心圆环上，相同同心圆环上永磁体的磁极排列方向相同，相邻同心圆环上分布的柱状永磁体磁极排列方向相反，中心圆柱体与相邻同心圆环上分布的柱状永磁体磁极排列方向相反，另外，柱状永磁体均匀分布的各同心圆环径向间距不大于柱状永磁体直径的1.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，其特征在于所述感应线圈阵列Ⅰ(8)、感应线圈阵列Ⅱ(9)、和感应线圈阵列Ⅲ(10)、感应线圈阵列Ⅳ(11)结构相同，其上感应线圈单元为圆柱体，端面大小与柱状永磁铁阵列中的永磁体单元相同，感应线圈单元的排布由永磁体阵列结构分布而定，且与永磁体单元在永磁体阵列中的排布结构相同，感应线圈阵列Ⅰ(8)和感应线圈阵列Ⅲ(10)分别固定于非磁性薄板Ⅰ(3)和非磁性薄板Ⅲ(5)的上表面，感应线圈阵列Ⅱ(9)和感应线圈阵列Ⅳ(11)分别固定于非磁性薄板Ⅱ(4)和非磁性薄板Ⅳ(6)的下表面。

4.根据权利要求1所述的一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，其特征在于所述非磁性薄板Ⅰ(3)、非磁性薄板Ⅱ(4)、非磁性薄板Ⅲ(5)、非磁性薄板Ⅳ(6)分别与壳体(14)固定，且相互平行，轴线重合。

5.根据权利要求1所述的一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，其特征在于所述磁性材料(12)和非磁性连接杆(13)相连，并位于非磁性薄板Ⅱ(4)和非磁性薄板Ⅲ(5)之间，且磁性材料(12)的中心点在非磁性薄板Ⅱ(4)和非磁性薄板Ⅲ(5)的轴线上；磁性材料(12)分别与非磁性薄板Ⅱ(4)和非磁性薄板Ⅲ(5)的距离可调，来改变柱状永磁体阵列Ⅰ(1)和柱状永磁体阵列Ⅱ(2)的固定响应频率，实现多频振动能量的采集。

6.根据权利要求1所述的一种磁性液体平面复合多频振动能量采集器，其特征在于所述磁性材料(12)为一种导磁材料，非永磁体。

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