专利名称：环绕式振动发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振动发电装置。
背景技术：
对无线传感器网络或分布式小系统供电问题是一个难点。而振动是自然界的一种 能量存在形式。例如海面的波浪，树枝在风吹动下的摆动，颠簸的车辆等。振动发电是将各 种振动产生的能量转化为电能，是一种有潜力的无污染、不消耗自然资源的新型发电装置， 适合于无线传感器网络或分布式小系统节点采用。实现振动发电的一种方式是电磁感应现象发电。以往的电磁感应振动发 电装置，内部构造各不相同。申请号为200410067821.3的振动发电机，申请号为 200810230833. 1的三维振动发电机，申请号为200710126703. 9的便携式振动发电机，申 请号为200610051677. 3的磁场挤压增强型振动发电机，论文“新型永磁体外置式直线振 动发电机性能研究”(浙江大学学报工学版，第41卷第9期，pp. 1604-1608)和论文“A micro electromagnetic generator forvibration energy harvesting，， (JOURNAL OF MICROMECHANICS ANDMICROENGINEERING, 17 (2007)，pp. 1257-1265)，在其结构上均较难保 证磁路中气隙较小的要求，未能实现闭合磁路，由电机有关理论可知其磁感应强度低，磁路 利用率不高，振动能量利用率不高。同时上述有些资料中线圈利用率也是一个可以改善之 处，其线圈中有较多部分不能有效切割磁力线，产生电动势，影响发电效率。
发明内容本实用新型要解决现有的振动发电装置磁路利用率低和提高线圈利用率的问题， 提供了一种磁路利用率高的环绕式振动发电装置。本实用新型的技术方案环绕式振动发电装置，包括外壳，所述外壳上设有盖子，其特征在于所述外壳内 设有花朵状粘结永磁体，所述粘结永磁体的中间是一方形N极，所述N极四周围绕有四个S 极，所述S极呈十字对称分布，其底部连接在一起并与N极连接；在所述N极和S极之间安 装有线圈，所述线圈上、下两端设有方形卡座框架，所述上、下卡座框架的另一端连接了弹 簧，所述下卡座框架套在N极上，所述下弹簧下端连接于S极的底部，所述上弹簧上端固定 于盖子上ο进一步，所述外壳是圆柱体结构。进一步，所述粘结永磁体是铁氧体永磁材料或稀土永磁材料粉末与塑料或橡胶混 合塑形而成的。进一步，所述弹簧是塑料材质。进一步，所述S极的底部设有阶梯状凹槽，所述凹槽上固定连接有竖直的下弹簧。进一步，所述S极上覆盖有第一铁磁材料垫层，所述第一铁磁材料垫层与盖子之 间设有固定用的橡胶垫圈，第一铁磁材料垫层被盖子通过橡胶垫圈固定在S极上。[0012]进一步，所述N极覆盖有第二铁磁材料垫层，第二铁磁材料垫层的四个侧面上设 有第一凹槽，所述第一凹槽内设有滚珠，所述滚珠的直径大于第一凹槽的深度，其半径小于 第一凹槽的深度，所述滚珠的外侧面与线圈接触。进一步，所述滚珠是铁磁材料。或者，所述滚珠是硬铝质材料。本实用新型中磁力线由轴线上N极向四周均勻发散，穿过N极上的第二铁磁材料 垫层，经气隙，经S极上的第一铁磁材料垫层，经S极返回到N极，形成闭合主磁路。N极、S 极表面均覆盖适当厚度的铁磁材料垫层，一方面，减小了气隙从而减小了磁阻，可获得较大 的磁感应强度；另一方面便于底部弹簧的安装。闭合主磁路中仅经过一个气隙，气隙中仅 含有一层线圈壁。该线圈壁的厚度为确定气隙宽度的关键因素。标准漆包线的最小直径为 0. 015mm，假设气隙宽度为0. 5mm，而线圈壁的厚度为0. 35mm，并假设铁磁材料垫层在线圈 上下振动的方向上尺寸为10mm，线圈中可切割主磁路磁力线的部分可达14000圈以上。这 样即可以保证主磁路中气隙宽度很小，提高磁路利用率；而线圈匝数又较高，以获得较高电 动势。在振动过程中，弹簧上下拉伸或压缩使线圈向上向下切割磁力线。当线圈向上切 割磁力线时，线圈的四边均产生逆时针的电动势，同向可以叠加，提高了总的电动势；当线 圈向下切割磁力线时，线圈的四边均产生顺时针的电动势。这样就产生了交变电流，从而进 行发电。所以线圈的4面均可切割磁力线，并且4面产生的电动势不抵消而是叠加的，线圈
利用率高。本实用新型中的滚珠可保证线圈与第二铁磁材料垫层保持一定的距离，使其上下 运动更加平滑，提高了振动发电的效率。滚珠可由铁磁材料或硬铝质材料制成。铁磁材料优 点一是可以被更好地吸合在凹槽中，便于安装；二是可以在局部减小气隙，提高效率。而 其缺点是由于铁磁材料和滚珠间的磁力会增大滚动时的摩擦力，这就需要通过抛光打磨等 处理提高表面光滑度，以求降低摩擦作用。硬铝质材料不会有吸合作用，滚动时摩擦力小， 但也不会有减小气隙的好处。本实用新型的有益效果提高了磁路的利用率，提高了线圈利用率，提高了发电效 率；且其结构紧凑，适用范围广。
图1为本实用新型的纵向剖视图。图2为本实用新型沿图1中A-A线剖面的俯视图。
具体实施方式
实施例一参照图1、图2，环绕式振动发电装置，包括外壳1，所述外壳1上设有盖子2，所述 外壳1内设有花朵状粘结永磁体，所述粘结永磁体的中间是一方形N极3，所述N极3四周 围绕有四个S极4，所述S极4呈十字对称分布，其底部连接在一起并与N极3连接；在所 述N极3和S极4之间安装有线圈5，所述线圈5上、下两端设有方形卡座框架6、7，所述上 卡座框架6、下卡座框架7上分别连接弹簧8、9，所述下卡座框架7套在N极3上，所述下弹簧9下端连接于S极4的底部，所述上弹簧8上端固定于盖子2上。所述外壳1是圆柱体结构。所述粘结永磁体是铁氧体永磁材料或稀土永磁材料粉末与塑料或橡胶混合塑形 而成的。所述弹簧8、9是塑料材质。所述S极4的底部设有阶梯状凹槽，所述凹槽上固定连接有下弹簧9。所述S极4上覆盖有第一铁磁材料垫层11，所述第一铁磁材料垫层11与盖子2之 间设有固定用的橡胶垫圈12。第一铁磁材料垫层11 一方面通过粘接的方式固定在S极4 上，另一方面被盖子2通过橡胶垫圈12固定在S极4上。所述N极3覆盖有第二铁磁材料垫层10，固定方式为粘接。第二铁磁材料垫层10 的四个侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有滚珠13，所述滚珠13的直径大于第一凹 槽的深度，其半径小于第一凹槽的深度，所述滚珠13的外侧面与线圈5接触。所述滚珠13可以是铁磁材料。本实用新型中磁力线由轴线上N极3向四周均勻发散，经第二铁磁材料垫层10， 穿过气隙后，经第一铁磁材料垫层11，经S极4返回到N极3，形成闭合主磁路，其中气隙 厚度小于0. 5mm。N极3、S极4表面均覆盖适当厚度的铁磁材料垫层，一方面，减小了气隙 从而减小了磁阻，可获得较大的磁感应强度；另一方面便于底部弹簧的安装。。在振动过程 中，弹簧上下拉伸或压缩使线圈5向上向下切割磁力线。当线圈5向上切割磁力线时，线圈 5的每一匝四边均产生逆时针的电动势，由于电动势同向，故可以叠加，再乘以匝数，可以得 到较高总的电动势；当线圈5向下切割磁力线时，线圈的四边均产生顺时针的磁电动势。这 样就产生了交变电流，从而进行发电。可见本装置对磁路和线圈的利用率较高，振动能量转 换率高。本实用新型中的滚珠13可保证线圈5与第二铁磁材料垫层10保持一定的距离， 使其上下运动更加平滑，提高了振动发电的效率。滚珠13采用铁磁材料，其优点一是可以 被更好地吸合在凹槽中，便于安装；二是可以在局部减小气隙，提高效率。而其缺点是由于 铁磁材料和滚珠间的磁力会增大滚动时的摩擦力，这就需要通过抛光打磨等处理提高表面 光滑度，以求降低摩擦作用。实施例二本实施例与实施例一的不同之处在于所述滚珠13是硬铝质材料。硬铝质材料不 会有吸合作用，滚动时摩擦力小，但也不会有减小局部气隙的好处。其余结构和功能与实施 例一相同。本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新 型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也 及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求环绕式振动发电装置，包括外壳，所述外壳上设有盖子，其特征在于所述外壳内设有花朵状粘结永磁体，所述粘结永磁体的中间是一方形N极，所述N极四周围绕有四个S极，所述S极呈十字对称分布，其底部连接在一起并与N极连接；在所述N极和S极之间安装有线圈，所述线圈上、下两端设有方形卡座框架，所述上、下卡座框架的另一端连接了弹簧，所述下卡座框架套在N极上，所述下弹簧下端连接于S极的底部，所述上弹簧上端固定于盖子上。
2.根据权利要求1所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述外壳是圆柱体结构。
3.根据权利要求1或2所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述粘结永磁体是 铁氧体永磁材料或稀土永磁材料粉末与塑料或橡胶混合塑形而成的。
4.根据权利要求3所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述弹簧是塑料材质。
5.根据权利要求4所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述S极的底部设有阶 梯状凹槽，所述凹槽上固定连接有竖直的下弹簧。
6.根据权利要求5所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述S极上覆盖有第一 铁磁材料垫层，所述第一铁磁材料垫层与盖子之间设有固定用的橡胶垫圈，第一铁磁材料 垫层被盖子通过橡胶垫圈固定在S极上。
7.根据权利要求6所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述N极覆盖有第二铁 磁材料垫层，第二铁磁材料垫层的四个侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有滚珠，所 述滚珠的直径大于第一凹槽的深度，其半径小于第一凹槽的深度，所述滚珠的外侧面与线 圈绕组接触。
8.根据权利要求7所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述滚珠是铁磁材料。
9.根据权利要求7所述的环绕式振动发电装置，其特征在于所述滚珠是硬铝质材料。
专利摘要环绕式振动发电装置，包括外壳，所述外壳上设有盖子，所述外壳内设有花朵状粘结永磁体，其中间是方形的N极，四周围绕有四个S极；S极和N极上覆盖有第一和第二铁磁材料垫层；所述盖子的下端通过橡胶垫圈把第一铁磁材料垫层压在S极上；在所述N极和S极之间安装有线圈绕组，其上、下两端设有方形卡座框架并连接弹簧，所述下弹簧下端连接于S极的底部，所述上弹簧上端固定于盖子上；装置中形成从N极，经第二铁磁材料垫层、气隙、第一铁磁材料垫层、S极回到N极的闭合主磁路；线圈随外界振动上下切割主磁路发电。本实用新型的有益效果提高了磁路和线圈利用率，提高了发电效率；且其结构紧凑，适用范围广。
文档编号H02K35/04GK201656734SQ20102012528
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者何熊熊, 张松, 张端 申请人:浙江工业大学