体板，上、下端盖的凹槽用以嵌放四个侧板。振动轴部分:选用圆柱形奥氏体不锈钢(非导磁材料)作为振动轴1，避免影响磁路。振动轴全长890mm，两端直径为25mm，中部粘接动子娃钢片部分的安装长度为150mm、环径10mm，且四周均匀开有弧度为60°的四个深5mm动子硅钢片凹槽26，动子硅钢片21上端的振动轴长370mm，动子硅钢片下端的振动轴长370mm。每个动子硅钢片凹槽26各放置三块纵向排列的弧形磁瓦永磁体(22-24)，每块弧形磁瓦永磁体的内径为17.5mm，外径为37.5mm，高为50mm,弧度为60° ;三块弧形磁瓦永磁体的N、S极依次异相排列，此三块弧形磁瓦永磁体中心分别和极靴磁轭5的三个极靴中心相对。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。振动轴末端开有方形键槽25，将平键12固定于方形键槽25中，目的是防止发电机在振动过程中，振动轴发生偏转。
[0041]图1为低频永磁振动发电机的装配图。试验时，外力作用在振动轴I上端面，振动轴末端与弹簧接触，压缩弹簧。为防止振动轴I在振动过程中发生偏转，在振动轴末端开有3.5 X 4 X 8mm方形键槽25，方形键槽内置入4 X 4 X 8mm平键，平键置入深度为2mm与振动轴实现紧联接。空心圆柱型毂7的尺寸为26_X60_X300mm，毂内壁开有4.5X1.5X300mm方槽13，与平键实现松联接，这种轴毂配合结构使得发电机在振动过程中不会发生偏转。四块侧板11上的磁轭均为极靴结构，极靴磁轭与侧板连接部分为极座16，在极座上等距分布有三个极靴，极靴包括极靴头3和极身14，极身与极靴头连接，每个极身上缠绕有线圈，每个极靴头3由长方形部分和等腰梯形部分组成，极靴头3的等腰梯形部分位于极身14和极靴头的长方形部分之间，极靴头长方形部分、等腰梯形部分和极身14共同构成一个极靴，其中极身长40mm，宽20mm，极靴头的长方形部分长46mm，宽2mm，等腰梯形部分上底尺寸与极身14的宽相同，为20mm，下底尺寸与极靴头3长方形部分的长相同，为46mm，等腰梯形部分的高为5mm。三个极靴彼此间距4mm。用强力胶将形状规格相同的100片硅钢片竖直堆叠并和侧板粘接固定在一起。在此过程中发电机振动轴上的弧形磁瓦永磁体22-24及另外三个动子硅钢片凹槽槽内的弧形磁瓦永磁体与静止不动的极靴磁轭5及发电机另外三侧板上的极靴磁轭产生相对运动，导致磁轭内部的三个极身上磁感应强度B发生变化，极靴磁轭极身上缠有线圈，根据法拉第电磁感应定律，线圈上会产生感应电动势，仿真得到的每个侧板上线圈引出线的电压波形(参见图5)。振动轴I下端穿过下法兰轴承6，使末端平键12对准方槽13，振动轴沿着方槽滑入空心圆柱型毂7中与毂内弹簧8相接，振动轴上端高出上法兰轴承4和上端盖2，预应力可加载到振动轴上端面处。
[0042]实施例2
[0043]本实施例中振动轴I为25mm圆柱体不锈钢，中部硅钢片凹陷部分安装有弧形磁瓦钕铁硼永磁体22-24 (Nd2Fel4B,型号为N45)，三块永磁体纵向紧贴在一起，极性依次相反，一周共四组，末端开有3.5X4X8mm方形键槽25。
[0044]考虑到永磁与磁轭之间有较强吸引力，因此运用分布在两端的圆法兰直线轴承(上法兰轴承4和下法兰轴承6)对振动轴进行限位，将永磁体与磁轭之间的引力转化为振动轴与轴承之间的滚动摩擦力，大幅度削减磁力作用对发电机振动的影响。
[0045]图5为振动频率为1.25Hz、振幅为150mm条件下振动发电机的输出电动势波形图。图中横坐标T代表时间，单位为秒，纵坐标U代表输出电压，单位为伏特。由图5可知振动发电机单个侧板上的线圈引出线的感应电动势峰值为30V，与当前市场上的峰值为几伏的永磁振动发电机相比有了较为明显的提升，其主要原因是:1、发电机采用了极靴结构的磁轭，能够获得较好的线性分布磁场，减小了气隙磁阻，改善了主磁极磁场分布；2、线圈绕制在了极身部分，此部分通过的磁通为磁轭最大的部分；3、永磁体与磁轭之间气隙变小，减少了漏磁，提高了磁场利用率；4、发电机采用了封闭的正四棱柱结构，使发电机在空间四面利用磁场产生感应电动势，提高了磁场和空间的利用效率；同时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，从而对振动轴来说，每一方向受的力大小相等，则振动轴受到的四个方向的合力为O，从而减小振动时作用于振动轴的作用力，单侧板上线圈引出线峰值为30V，发电机共有四个侧板，四个线圈引出线输出的电能更大；5、本发电机可运用于最大振幅为150mm的场合，提高了发电机的运用范围。实验表明，研制的振动发电机在低频下具有了较为可观的输出电压。
[0046]实施例3
[0047]本实施例采用上述连接方式，上端盖和下端盖与四个侧板通过互相匹配的榫接结构紧密固定连接。该发电机在振动频率为l-5Hz，振动位移峰值为100-200mm时能输出较大的输出电压。
[0048]本实用新型未尽事宜为公知技术。
【主权项】
1.一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； 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； 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。
2.根据权利要求1所述的低频永磁振动发电机，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的低频永磁振动发电机，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的低频永磁振动发电机，其特征在于，所述极靴磁轭由形状规格相同的100-200片娃钢片竖直堆叠而成。
【专利摘要】本实用新型涉及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。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。
【IPC分类】H02K35-02
【公开号】CN204538936
【申请号】CN201520220164
【发明人】王博文, 李恒, 王志华, 赵智忠, 曹淑瑛
【申请人】河北工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月12日