一种低频永磁振动发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及将振动的机械能转换为电能的装置，特别涉及永磁振动发电装置，核心部分为永磁振动轴、磁轭、毂及正四棱柱外壳。该振动发电机能形成闭合磁路，使漏磁通显著减少，在低频下具有较高的输出功率。
【背景技术】
[0002]永磁振动发电机是利用电磁感应定律将环境振动能量转换为电能的发电装置，其具有发电功率大、易于维护等优点。
[0003]根据振动部件的不同，可以把永磁振动发电机分为动铁(磁铁运动)、动圈(线圈运动)和铁圈同动(磁铁线圈共同运动)三种类型。动铁型即为线圈不动，磁铁相对线圈振动，线圈中磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。动圈型即为磁铁不动，线圈相对磁铁振动，线圈中磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势；为了进一步提高低频振动下的电能输出，出现了铁圈同振型的振动能量采集器。铁圈同振型即为在外界输入振动下，磁铁和线圈都产生振动，但是两者之间有相对运动，在线圈中产生感应电动势。
[0004]现有的永磁振动发电机大多为小型能量采集器，大多数没有利用磁轭进行导磁，造成了磁场的大范围浪费；而且没有磁轭时，也不能有目的、有计划地建立导磁路径，不能更好地依据法拉第电磁感应定律来提高通过线圈中的磁通量的变化率，从而提高输出感应电动势。申请号为201310444325.4的中国专利公开了一种电磁式振动发电机，该发电机由振动轴与E型左、右磁轭形成闭合磁路，线圈绕制在磁轭极座上，提高了磁场利用率，但发电机为左、右对称结构，没有充分利用前、后两侧的空间进行发电。综上，永磁振动发电机的输出感应电动势、电压体积比、磁路结构还有很大的完善空间。
【实用新型内容】
[0005]针对现有振动发电机存在的问题，考虑在低频大位移条件下的振动，设计了一种低频永磁振动发电机。该振动发电机核心部件为磁轭、振动轴、轴毂以及外壳的设计。它可以用于低频大位移条件，即频率为l-5Hz，振动位移峰值为100-200mm条件下的振动发电。磁轭部分采用DW465-50型硅钢片叠压而成形成闭合磁路，使漏磁显著减少，提高磁场的利用率，并减小磁轭中的涡流损耗。振动轴结构永磁部分的材料是钕铁硼(Nd2Fel4B)，型号为N45。轴毂结构的作用是防止振动发电机在振动的过程中受到旋转的力矩而使轴承发生转动而导致磁路不对称，提高发电效率，并增大系统在振动中的稳定性。振动发电机运用直线轴承对永磁体与磁轭进行限位，降低了磁力作用对发电机振动所产生的影响。发电机磁轭部分缠有线圈，为提高输出电压，同一磁轭中线圈的联接方式采用相邻依次串联联接的方式。理论与实验表明振动发电机在频率为1.25Hz，振幅为150mm时，单个侧板上线圈引出线输出电压峰值为30V。
[0006]本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案为:一种低频永磁振动发电机，其特征在于，该发电机的主体结构为正四棱柱体，包括四个侧板、上端盖和下端盖，四个侧板均与上端盖和下端盖固定连接，上端盖中间开孔，下端盖上部安装空心圆柱型毂，毂内底部空心部分放置弹簧；毂顶部安装与振动轴相同内径的下法兰轴承，下法兰轴承通过螺栓与空心圆柱型毂顶部连接固定，振动轴的下部穿过下法兰轴承在毂内与弹簧接触；振动轴的上端穿过上法兰轴承和与其固定在一起的上端盖，并高出上端盖；
[0007]所述振动轴为中部粘接有动子硅钢片的对称柱状结构，动子硅钢片部分沿圆周均匀分布有四个凹槽，每个动子硅钢片凹槽内从上到下嵌有三块紧贴在一起的弧形磁瓦永磁体；每个动子硅钢片凹槽槽内三块弧形磁瓦永磁体极性相邻相异排列；四个动子硅钢片凹槽槽内的弧形磁瓦永磁体的极性及排列方式相同；
[0008]在每个侧板的中部均安装有由形状规格相同的若干片硅钢片竖直堆叠而成的极靴磁轭，每个极靴磁轭包括三个极靴，振动轴中部的动子硅钢片部分的四个动子硅钢片凹槽分别正对于相应侧板上的极靴磁轭，振动轴中部的动子硅钢片上下端面分别与侧板极靴磁轭的上下端面对齐，且每个极靴磁轭的外侧极靴端面部分与振动轴上的弧形磁瓦永磁体外侧之间分别留有等距气隙；每个极靴的极身上缠有线圈，每个磁轭的三个极身上的线圈部分首尾依次相邻串联联接，这样每个极靴磁轭共引出两个线圈引出线；每个侧板上都留有侧板通孔以引出线圈引出线。
[0009]所述上端盖和下端盖均为边缘带有正方形凹槽的长方体板，上、下端盖的凹槽用以嵌放四个侧板。
[0010]所述空心圆柱型毂内壁开有方槽，振动轴下部开有方形键槽，方形键槽和毂内壁的方槽通过平键连接，将振动轴与空心圆柱型毂固定。
[0011]所述极靴磁轭由形状规格相同的100-200片硅钢片竖直堆叠而成。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0013](I)永磁体与磁轭之间的气隙较小，为2.5mm，在保证安装简易性的情况下，极大地减少了空气中的漏磁，提高了磁场的利用率；
[0014](2)磁轭结构设计为极靴磁轭，每个极靴正对于永磁体，此结构的优点是为了获得较好的线性分布磁场，能够减小气隙磁阻，改善主磁极磁场分布，而又能适当地减少磁轭材料的用量；
[0015](3)磁轭中的极身部分比极靴较窄，线圈绕制在极身上，使绕在极身上的线圈更容易固定，而且极身上的磁通较大，在运动时，极性相异的永磁体放置使得极身上的磁通变化率较大，磁通值较大，更利于产生高的电动势；
[0016](4)发电机设计为正四棱柱结构，能够利用到空间中四个方向的磁场，进一步提高了空间和磁场的利用率；由于发电机是正四棱柱结构，中间振动轴四侧的永磁体分别对应于四个侧板上的磁轭，对振动轴来说，四方向上每一方向受到的力大小相等，从而振动轴受到的四个方向的合力为0，从而减小振动时作用于振动轴的作用力；另外，可以同时使用凹槽和螺栓作为上、下端盖与侧板的连接部分，既美观、利于装配，又能更好地提高装置的稳定性;
[0017](5)发电机的振动轴为可直接施加振动激励的部位，振动轴周围的永磁体与四个侧板上的极靴磁轭分别形成闭合磁路，振动轴上的四组永磁体每组从上到下有三个极性依次相异的永磁体，在振动轴运动时，这种永磁体放置能够提高磁轭极身上磁通的变化率，依据法拉第电磁感应定律，使得线圈产生较大的感应电动势；
[0018](6)实验数据表明，本实用新型在振动频率1.25Hz，峰值150mm条件的正弦振动激励下，振动发电机单个侧板上的线圈引出线能够产生峰值30V的感应电动势，表明该振动发电机在低频下具有了较为可观的输出电压。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型低频永磁振动发电机一种实施例的纵切面结构示意图。
[0020]图2为本实用新型低频永磁振动发电机一种实施例的振动轴I的立体结构示意图。
[0021]图3为本实用新型低频永磁振动发电机一种实施例的空心圆柱形毂7安装在下端盖10上的立体结构示意图。
[0022]图4为本实用新型低频永磁振动发电机一种实施例的侧板11的立体结构示意图。
[0023]图5为振动频率为1.25Hz，振幅为150mm时振动发电机的单侧板线圈引出线输出电动势波形图。
[0024]其中，1-振动轴；2_上端盖；3_极靴头；4_上法兰轴承；5_极靴磁轭(或磁轭)；6-下法兰轴承；7_空心圆柱型毂；8_弹簧；9_侧板通孔；10_下端盖；11_侧板；12_平键；13-方槽；14-极身；15_线圈；16_极座；21_动子娃钢片；22_24弧形磁瓦永磁体(或永磁体);25_方形键槽；26_动子硅钢片凹槽。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例进一步解释本实用新型，但并不以此对本实用新型的保护范围进行任何限制。
[0026]本实用新型低频永磁振动发电机(简称发电机，参见图1-4)其主体结构(如图1)为正四棱柱体，包括四个侧板11、上端盖2和下端盖10，四个侧板11均与上端盖2和下端盖10固定连接，上端盖2中间开孔，下端盖10上部安装空心圆柱型毂7，毂内底部空心部分放置弹簧8 ;