线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，包括顶盖、顶部弹簧、底部外壳、圆形永磁铁、平面螺旋线圈保护盖、平面螺旋线圈、线圈绕柱、斥力永磁铁、斥力永磁铁定位底盘、线圈悬浮腔。本发明依靠悬浮线圈中磁通量的改变完成振动能和电能的转换，线圈主要依靠小型斥力永磁铁与固定的圆形永磁铁之间的斥力完成悬浮，小型斥力永磁铁的磁场范围较小，不超出整体外壳范围，如此，小型斥力永磁体不与外界振动机器产生磁力作用。同时，线圈悬浮运动摩擦力小，在电磁阻尼与本身重力的相互作用下往复运动，迅速持久，从而可对机器振动能量做多次高效采集。
【专利说明】
线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器
技术领域
[0001]本发明属于能源材料与器件技术领域，具体为一种线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器。
【背景技术】
[0002]在我们的生活中，无论是跑步、开车，还是在工作中的机器上，振动能无处不在，也是最容易获取的能量之一。机器的振动相对频繁、分布广泛，将振动能转换为电能提供了良好的环境基础。工作在恶劣环境下的机器，实时的工作环境、工作状态监测对于保证其安全工作、危险报警等显得尤为重要。这就需要应用诸多传感器，有的需要安装在机器内部，有的需要安装在机器外部，诸多的传感器工作就需要解决供电问题。既要保证传感器正常工作、供电线路设计相对简单，又要保证供电安全。因此，自供电工作模式就具有重要意义和应用价值。
[0003]将机械振动能转换为电能有很多种方法，包括电磁感应、静电感应、压电效应等，复杂的环境下，小体积、高效率、高可靠性是该技术领域的发展趋势。如何在小体积的系统中，将机械振动能转换为电能，并能够实现高效采集成为自供电问题的技术难点。电磁感应发电效率较高，其主要依靠螺旋线圈中磁通量的改变来完成电磁感应的发电过程，这就需要使用永磁铁，然而机器大都是全金属打造的，使用含有永磁铁的器件就需要解决磁场屏蔽的问题。因此，如何能够保证在小体积的基础上，做到发电系统内部磁场不受机械环境干扰就成为问题的关键所在。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种新型的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器的结构设计，既能规避机器对系统内部磁场干扰的问题，又能对机器振动能量进行高效采集。
[0005]本发明是采用如下技术方案实现的:
一种线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，包括底部外壳，所述底部外壳上安装线圈悬浮腔，所述线圈悬浮腔上安装顶盖;所述底部外壳内中心固定放置圆形永磁铁，所述顶盖内安装顶部弹簧;所述线圈悬浮腔内设置线圈悬浮单元，所述线圈悬浮单元包括线圈绕柱，所述线圈绕柱底端固连斥力永磁铁定位底盘、顶端固连平面螺旋线圈保护盖、中部安装平面螺旋线圈，所述斥力永磁铁定位底盘边缘圆周内均布有若干磁铁放置孔，所述磁铁放置孔内放置斥力永磁铁，使线圈悬浮单元处于悬浮状态。
[0006]使用时，平面螺旋线圈保护盖、平面螺旋线圈、斥力永磁铁定位底盘通过线圈绕柱固定成为一体，斥力永磁铁等角度间距固定于斥力永磁铁定位底盘的磁铁放置孔内，上述五个单元固定形成线圈悬浮单元。斥力永磁铁之间的磁性极向相同，等角度间距，其底面与圆形永磁铁同极相斥。在一定间距上，线圈悬浮单元自身重力与斥力永磁铁和圆形永磁铁之间产生的斥力相等，处于悬浮状态。当线圈悬浮单元由于外界振动而产生响应振动，贴近顶部弹簧时，弹簧压缩受力，顶部弹簧将线圈悬浮单元弹回。线圈悬浮单元悬浮状态破坏，贴近圆形永磁铁的同时，斥力变大且大于线圈悬浮单元重力，线圈但悬浮单元被弹回，如此往复运动的同时，线圈中磁通量多次改变，随之产生电力，完成将振动能量转化为电能的过程。
[0007]本发明设计合理，依靠悬浮线圈中磁通量的改变完成振动能和电能的转换，线圈主要依靠小型斥力永磁铁与固定的圆形永磁铁之间的斥力完成悬浮，小型斥力永磁铁的磁场范围较小，不超出整体外壳范围，如此，小型斥力永磁体不与外界振动机器产生磁力作用。同时，线圈悬浮运动摩擦力小，在电磁阻尼与本身重力的相互作用下往复运动，迅速持久，从而可对机器振动能量做多次高效采集，具有很好的市场应用价值。
【附图说明】
[0008]图1表示本发明的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器配件分解示意图。
[0009]图2表示本发明的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器系统剖面图。
[0010]图3表示本发明的线圈绕柱结构图。
[0011 ]图4表示本发明提供的斥力永磁铁阵列布局示意图。
[0012]图中:1_顶盖，2-顶部弹簧，3-底部外壳，4-圆形永磁铁，5-平面螺旋线圈保护盖，6-平面螺旋线圈，7-线圈绕柱，8-斥力永磁铁，9-斥力永磁铁定位底盘，10-线圈悬浮腔，11-磁铁放置孔。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0014]一种线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，如图1、2所示，包括底部外壳3，所述底部外壳3上安装线圈悬浮腔10，所述线圈悬浮腔10上安装顶盖I;所述底部外壳3内中心固定放置圆形永磁铁4，所述顶盖I内安装顶部弹簧2;所述线圈悬浮腔10内设置线圈悬浮单元，所述线圈悬浮单元包括线圈绕柱7，所述线圈绕柱7底端固连斥力永磁铁定位底盘9、顶端固连平面螺旋线圈保护盖5、中部安装平面螺旋线圈6，所述斥力永磁铁定位底盘9边缘圆周内均布有若干磁铁放置孔11，所述磁铁放置孔11内放置斥力永磁铁8，使线圈悬浮单元处于悬浮状态。
[0015]本实施例中，如图4所示，所述斥力永磁铁定位底盘9的边缘圆周内以30°间距均匀分布有12个孔径均相等的磁铁放置孔U。三个斥力永磁铁8以120°的角度间距放置于相应的磁铁放置孔11内。斥力永磁铁8的数量可大于3，但须保证等角度间距放置。
[0016]三个斥力永磁铁8的磁性极向相同，等角度间距，其底面与圆形永磁铁4同极相斥。在一定间距上，线圈悬浮单元自身重力与斥力永磁铁8和圆形永磁铁4之间产生的斥力相等，处于悬浮状态。当线圈悬浮单元由于外界振动而产生响应振动，贴近顶部弹簧2时，弹簧压缩受力，顶部弹簧2将线圈悬浮单元弹回。线圈悬浮单元悬浮状态破坏，贴近圆形永磁铁4的同时，斥力变大且大于线圈悬浮单元重力，线圈但悬浮单元被弹回，如此往复运动的同时，线圈中磁通量多次改变，随之产生电力，完成将振动能量转化为电能的过程。
[0017]具体实施时，平面螺旋线圈保护盖5、平面螺旋线圈6、斥力永磁铁定位底盘9通过线圈绕柱7固定成为一体，斥力永磁铁8等角度间距的固定于斥力永磁铁定位底盘9的通孔内。
[0018]如图3所示，所述线圈绕柱7上开设有用于平面螺旋线圈6两端接线的通孔和矩形槽，避免引线在悬浮线圈运动时被拉断。
[0019]所述顶部弹簧2固定于顶盖I下方正中心位置。
[0020]所述平面螺旋线圈6的厚度小于线圈绕柱7的高度。
[0021]所述平面螺旋线圈6的直径小于平面螺旋线圈保护盖5和斥力永磁铁定位底盘9的直径;所述平面螺旋线圈保护盖5的直径与斥力永磁铁定位底盘9的直径相等。
[0022]所述斥力永磁铁定位底盘9的直径大于线圈悬浮腔10的内径的3/4，小于线圈悬浮腔10的内径。
[0023]所述圆形永磁铁4固定于底部外壳3上的环形腔体内，圆形永磁铁4的厚度大于底部外壳3上环形腔体的腔高，圆形永磁铁4的直径等于底部外壳3上的环形腔体内径。
[0024]所述平面螺旋线圈保护盖5与顶部弹簧2的间距小于斥力永磁铁定位底盘9与圆形永磁铁4的间距。
[0025]整个器件的具体实现步骤如下:
步骤1:采用CNC数控加工或3D打印技术制作顶盖1、底部外壳3、平面螺旋线圈保护盖5、线圈绕柱7、斥力永磁铁定位底盘9、线圈悬浮腔10。
[0026]步骤2:采用漆包铜线绕出平面螺旋线圈6。
[0027]步骤3:采购永磁铁圆形永磁铁4、斥力永磁铁8，采购顶部弹簧2。
[0028]步骤4:系统组装。
[0029]以上仅是本发明众多具体应用范围中的代表性实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制，器件结构平面螺旋线圈大小、圆形永磁铁大小、圆柱形磁柱大小、平面螺旋线圈缠绕圈数、平面螺旋线圈放置方式、保护外壳外观等限制，凡采用变换或是等效替换而形成的技术方案，均在权利保护范围之内。
【主权项】
1.一种线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:包括底部外壳(3)，所述底部外壳(3)上安装线圈悬浮腔(10)，所述线圈悬浮腔(10)上安装顶盖(I);所述底部外壳(3)内中心固定放置圆形永磁铁(4)，所述顶盖(I)内安装顶部弹簧(2);所述线圈悬浮腔(10)内设置线圈悬浮单元，所述线圈悬浮单元包括线圈绕柱(7)，所述线圈绕柱(7)底端固连斥力永磁铁定位底盘(9)、顶端固连平面螺旋线圈保护盖(5)、中部安装平面螺旋线圈(6)，所述斥力永磁铁定位底盘(9)边缘圆周内均布有若干磁铁放置孔(11)，所述磁铁放置孔(11)内放置斥力永磁铁(8)，使线圈悬浮单元处于悬浮状态。2.根据权利要求1所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述斥力永磁铁定位底盘(9)的边缘圆周内以30°间距均匀分布有12个磁铁放置孔(11)。3.根据权利要求2所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:三个斥力永磁铁(8)以120°的角度间距放置于相应的磁铁放置孔(11)内。4.根据权利要求1或2或3所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述顶部弹簧(2 )固定于顶盖(I)下方正中心位置。5.根据权利要求/4所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋线圈(6)的厚度小于线圈绕柱7的高度。6.根据权利要求5所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋线圈6的直径小于平面螺旋线圈保护盖(5)和斥力永磁铁定位底盘(9)的直径;所述平面螺旋线圈保护盖(5)的直径与斥力永磁铁定位底盘(9)的直径相等。7.根据权利要求6所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述斥力永磁铁定位底盘(9 )的直径大于线圈悬浮腔(1 )的内径的3/4，小于线圈悬浮腔(1 )的内径。8.根据权利要求7所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述圆形永磁铁(4)固定于底部外壳(3)上的环形腔体内，圆形永磁铁(4)的厚度大于底部外壳(3)上环形腔体的腔高，圆形永磁铁(4)的直径等于底部外壳(3)上的环形腔体内径。9.根据权利要求8所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋线圈保护盖(5)与顶部弹簧(2)的间距小于斥力永磁铁定位底盘(9)与圆形永磁铁(4)的间距。10.根据权利要求1所述的线圈悬浮型振动驱动电磁式能量采集器，其特征在于:所述线圈绕柱(7)上开设有用于平面螺旋线圈(6)两端接线的通孔和矩形槽。
【文档编号】H02K35/04GK105846647SQ201610243435
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】穆继亮, 何剑, 张增星, 王大为, 韩建强, 丑修建, 薛晨阳, 张文栋
【申请人】中北大学