一种电磁振动冲击俘能器

1.本实用新型涉及振动能量回收利用领域，特别是涉及一种利用悬浮磁体极性相同磁力线挤压磁通密度提高，在相同相对位移下可显著提高功率密度输出的电磁振动冲击俘能器。


背景技术：

2.现有的电磁振动俘能器的功率密度普遍较低，一般处于mw级别，只能用于微型传感器供电，应用范围狭窄。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高功率密度的电磁振动冲击俘能器。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了一种电磁振动冲击俘能器，包括活动设置在安装管内的悬浮磁体组，所述悬浮磁体组上方和下方分别设置有上固定磁体和下固定磁体，所述悬浮磁体组上端面与上固定磁体下端面极性相同，所述悬浮磁体组下端面与下固定磁体上端面极性相同；所述悬浮磁体组由若干悬浮磁体连接构成，各所述悬浮磁体相邻端面极性相同；所述安装管外周套设有线圈。
5.较佳的，所述悬浮磁体组包括三个相连接极性相反磁力线挤压的悬浮磁体。
6.较佳的，任一所述悬浮磁体两端均固定安装在磁体安装座上，所述磁体安装座腰部设有凹槽，位于两端的所述磁体安装座的凹槽内置有铜珠，所述铜珠与所述安装管内壁接触，以减小悬浮磁体与管内壁的摩擦。
7.较佳的，所述安装管上下两端分别安装有上安装座和下安装座，所述上固定磁体和下固定磁体分别固定在所述上安装座和下安装座内。
8.较佳的，所述安装管外侧上下两端均套设有第一挡圈；所述安装管外侧于所述线圈上下两端均套设有第二挡圈。
9.较佳的，所述安装管设置于外壳内，所述外壳下端连接有支座，所述支座上设置有安装螺孔。
10.较佳的，所述外壳包括上端盖和侧盖板。
11.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过回收动力机械如轨道车辆、越野车辆以及农业机械等车辆以及工作过程中产生振动的动力设备等的振动能量产生电能，利用悬浮磁体磁力线互斥原理，在激励位移幅值大于1mm时，俘能器悬浮磁体和固定磁体接触碰撞，此时，发电电压显著增大，功率密度输出大幅提高，俘能器的应用范围进一步扩大；本实用新型可以解决无外接电源情况下低功率设备的供电问题，提供了一种利用环境振动能量获取清洁能源的新途径。
附图说明
12.图1是本实用新型一具体实施方式的结构示意图。
13.图2是本实用新型一具体实施方式的外壳结构示意图。
14.图3是本实用新型一具体实施方式的外壳的俯视结构示意图。
15.图4是本实用新型一具体实施方式试验1轨道车辆钢轨振动位移幅值1mm左右时发电电压的曲线图。
16.图5是本实用新型一具体实施方式试验2实验室振动台扫频频率5
‑
2000hz，激励幅值1mm，扫频频率1oct/min的发电电压曲线图。
17.图6是本实用新型一具体实施方式试验3汽车行驶路谱位移的时域曲线图。
18.图7是实用新型一具体实施方式试验3将图6汽车行驶路谱的位移时域曲线作为激励，在实验室振动台上测取的在该路谱位移激励下的发电电压曲线图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，需注意的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
20.如图1至图3所示，一种电磁振动冲击俘能器，包括活动设置在安装管4内的悬浮磁体组7，悬浮磁体组7上方和下方分别设置有上固定磁体2和下固定磁体9，悬浮磁体组7上端面与上固定磁体2下端面极性相同，悬浮磁体组7下端面与下固定磁体9上端面极性相同。受到磁力的作用，悬浮磁体组7悬浮在安装管4之中。
21.悬浮磁体组7由若干悬浮磁体71连接构成，各悬浮磁体71相邻端面极性相同。本实施例中，悬浮磁体组7包括3个相连接的悬浮磁体71，在其他实施例中，也可以包括5个悬浮磁体等。任一悬浮磁体71两端均固定安装在磁体安装座72上，本实施例中，任一悬浮磁体71两端均通过强力胶黏贴在磁体安装座72上，上下相邻的悬浮磁体71相邻端面黏贴在同一磁体安装座72的上下两端面，磁体安装座72腰部设有凹槽，本实施例中，仅有位于两端的磁体安装座72凹槽内置有铜珠8，铜珠8与安装管4内壁接触，以减小滑动摩擦。在其他实施例中，根据需要，也可在其他磁体安装座72的凹槽内设置铜珠8。
22.安装管4上下两端分别安装有上安装座1和下安装座11，上固定磁体2和下固定磁体9分别固定在上安装座1和下安装座11内。安装管4外侧上下两端均套设有第一挡圈3，本实施例中，上安装座1和下安装座11均向安装管方向设有侧壁，在上的第一挡圈3外侧一端抵接于上安装座1的侧壁内壁，内侧一端抵接于上固定磁体2和安装管4的外壁。在上的第一挡圈3通过螺钉与上安装座1固定，在上的第一挡圈在安装管4径向通过螺钉顶住安装管4，实现上安装座1、在上的第一挡圈3、固定磁体2和安装管4的固定。在下的第一挡圈3外侧一端抵接于下安装座11的侧壁内壁，内侧一端抵接于下固定磁体9和安装管4的外壁，在下的第一挡圈3通过螺钉与安装座11固定，在下的第一挡圈在安装管径向通过螺钉顶住安装管4，实现下安装座11、在下的第一挡圈3、固定磁体9和安装管4的固定。
23.安装管4外周套设有线圈6。安装管4外侧于线圈6上下两端均套设有第二挡圈5，防
止线圈产生轴向移动，影响发电效果。本实用新型的安装管4设置于外壳13内，外壳13包括上端盖131和侧盖板132。
24.外壳13下端连接有支座14，支座1和下安装座11通过螺钉安装在侧盖板132上，侧盖板132通过螺钉安装在支座14上，支座14上另设置有安装螺孔15，从而可将本装置安装在轨道轨底上或产生振动的动力设备的平台之上，再用螺栓即可固定。当本实用新型支座14在振动环境中发生位移时，悬浮磁体组7相对线圈6具有相对位移，线圈6切割磁力线产生电压。
25.本实用新型利用电磁感应工作原理，3个悬浮磁体71挤压式结构使磁力线密度显著增大，在支座14振动位移下悬浮磁体71和线圈6发生相对位移从而诱导感应电压。本实用新型在小位移幅值(小于1mm)激励下能够产生比较大的电压，在大位移幅值(大于1mm)的特定频率激励下，悬浮磁体71的磁体安装座72将与固定磁体接触产生冲击，此时发电电压显著提高，在冲击俘能区域俘能器通过dc
‑
dc升压转换电路、能量存储电路可以实现(5v
‑
2a)的直流功率输出，甚至更高。
26.为验证本实用新型效果，本实用新型特设试验如下：
27.试验1
28.将本实用新型安装于国内无砟轨道轨底上，该轨道振动幅值通常情况小于1mm，在该路谱激励下，如图4所示，本实用新型产生的电压幅值在12v左右。
29.试验2
30.实验室振动台试验设置激励位移幅值1mm，扫频频率5
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2000hz，扫频发电电压时域曲线结果如图5所示(扫频峰峰值位移2mm，扫频速率1oct/min)，在频率10hz左右，俘能器产生的电压显著增大，幅值接近了60v(图5中a处及b处虚线区域是俘能器冲击俘能区域)。
31.试验3
32.汽车行驶路谱包括典型的铺装良好的沥青路面和无铺装的一般路面，该路面的位移值如图6所示，其中位移值较小的是铺装良好的沥青路面，位移值较大的是无铺装的一般路面，从该路谱的位移曲线来看，该路谱的位移幅值基本都大于1mm。将本实用新型安装于汽车车内地板，进行发电试验测试，测试结果如图7所示，该路谱下出现多次冲击，俘能电压显著增大，图中c处和d处虚线区域为冲击俘能区域，在没有冲击情况下俘能器俘能电压幅值在20v左右，但在冲击俘能区域，俘能电压显著增大，幅值接近100v。
33.本实用新型能解决现有电磁振动俘能器功率密度低下，应用范围狭窄的技术问题。本实用新型在小位移下的振动俘能可以满足微型传感器的供电需求，但在冲击俘能区域，俘能器俘能电压显著增大。在冲击俘能区域俘能器通过dc
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dc升压转换电路、能量存储电路可以实现(5v
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2a)的直流功率输出，甚至更大。
34.本实用新型还可应用在轨道车辆的钢轨健康状况监测、低功耗设备如手机充电以及军工行业中野外无电源供给情况下的低功率装备的供电需求，具有广阔的应用前景。
35.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。