专利名称：永磁体的电磁振动发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型的技术方案涉及从机械振动回收能量得以能源利用的装置，具体地说是永磁体的电磁振动发电装置。
背景技术：
现今小功率的电源引被广泛地应用于桥梁状态检测、环境监控、医疗保健与汽车制造等领域。电池作为小功率的电源的致命缺点是成本高、寿命有限并且废弃电池处理不当会对环境造成严重污染；用于替代电池的太阳能发电和风能发电作为小功率的电源的缺点是其获取受到环境因素和地理条件的限制，不可能得以广泛应用；振动发电装置具有使用寿命长、实用性强、功率密度高以及易于集成的优势，为此采用振动发电装置来取代传统的电池作为小功率的电源越来越受到人们关注。根据能量转换机理的不同，振动发电装置可以分成压电式、电磁式和静电式3类。 压电式振动发电装置广泛应用于IOOHz和1000Hz的频率下，其制造工艺比较复杂，和CMOS 技术不兼容。静电式振动发电装置则需要外加电源进行初始充电，限制了其应用范围。相比较而言，当应用于低频振动中作为无线传感器的功率电源使用时，电磁振动发电装置具有低成本高性能的特点，目前已经提出了一些不同结构的电磁发电机。C. R. Saha, T. 0' Donnell, N. Wang, P. McCloskey 在《Electromagnetic generatorfor harvesting energy from human motion〉〉中提出了一禾中电石兹发电装置，它使用一个固定环形永磁体组成的磁弹簧，从人体运动中能够产生的输出功率为134yW，输出电压为2. lmV，但是只能收集竖直方向的振动，由振动能量到电能的能量转化效率比较低。CN142(^69公开了振动发电装置，包括受力变形的弹性体，绕支点摆动的杠杆，位于磁场中垂直于地面并呈内、外圈布置的两组线圈，该两组线圈彼此相隔分别具有开口，开口处于垂线位置，其对应端与机座固定，线圈设有铰接活动点，杠杆的一端与弹性体固定， 另一端水平装置有两个相互绝缘的导电片，导电片处于两组线圈之间的开口处，随杠杆摆动交替着与两组线圈的开口接触，对线圈施力并闭合线圈。该装置的缺点是①装置中存在多个杆与杆的连接，对装置材料的机械性能要求较高。②该装置中“在弹性体受力振动时， 随着杠杆上、下摆动，利用导电片交替地将两组线圈闭合，可源源不断获得电能。”在此运动过程中，线圈4和线圈5组成的平行四边形发生形变，当该振动发电装置用于高频振动时， 线圈的使用寿命降低。CN201323522披露了振动发电机，包括上支架和下支架、摆杆、连接上支架和下支架的摆杆支架、弹簧以及设置在两侧且与上支架和下支架连接的绕组骨架；所述的摆杆支架上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆，所述的摆杆套装在该导向杆上，弹簧为上下各一个，均套装在该导向杆上；所述的摆杆可以沿导向杆上下运动；所述的摆杆两端各设有2个磁铁；所述的绕组骨架为中空结构，外周缠绕有绕组，当摆杆上下运动时， 摆杆两端的磁铁在绕组骨架中间的空腔中上下运动，使绕组切割磁力线。该振动发电机的缺点是①比较而言，该振动发电装置体积较大，机构及其制造工艺比较复杂。②该振动发
3电装置使用金属或非磁性材料制造的机械弹簧，相比磁弹簧，机械弹簧存在摩擦系数大、容易生热、有噪音、性能稳定性较差、寿命较短的缺点。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供永磁体的电磁振动发电装置，该永磁体的电磁振动发电装置由两个分别设置在两端的固定环形永磁体和一个运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧，并在运动环形永磁体内外分别设置线圈，由此将多个方向收集的机械振动能量转换为电能，克服了现有的振动发电装置只能收集竖直方向的振动能量，由振动能量到电能的能量转化效率比较低，对装置材料的机械性能要求较高， 结构及其制造工艺比较复杂和性能稳定性较差和寿命较短的缺点。本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是永磁体的电磁振动发电装置， 由两个外圆筒端盖、圆柱形空心轴、内侧线圈、圆柱型内圆筒、两个固定环形永磁体、运动环形永磁体、圆柱型外圆筒和外侧线圈构成；其中圆柱形空心轴、圆柱型内圆筒和圆柱型外圆筒的长度相等，外圆筒端盖和圆柱型外圆筒的圆形的直径相等；固定环形永磁体被固定安置在外圆筒端盖的内侧，运动环形永磁体悬浮在圆柱型外圆筒和圆柱型内圆筒之间的空间，内侧线圈缠绕在穿过固定环形永磁体中心圆孔的圆柱形空心轴上，外侧线圈缠绕在圆柱型外圆筒上，圆柱型内圆筒位于圆柱型外圆筒和内侧线圈之间的空间里，圆柱型内圆筒、 圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖的连接部分均设有螺纹，通过螺纹将圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖固定连接，并由此使所有部件组成一个整体的振动发电装置。上述永磁体的电磁振动发电装置，固定环形永磁体的厚度为1mm，内径为10mm，外径为24mm ；运动环形永磁体的厚度为10mm，内径为10mm，外径为24mm ；所用永磁体材质均为铷铁硼永磁体，材料的剩磁为1. 276T。上述永磁体的电磁振动发电装置，所述外侧线圈采用三根独立铜质绕线同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线的匝数相同，分别为600匝；当需要提供5. IV的电压等级时， 上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15. 3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线串联起来作为一个电压源供电；该外侧线圈的内径为 30mm，外径为 32mm。上述永磁体的电磁振动发电装置，所述内侧线圈采用单股铜线缠绕的方式，铜线紧密地缠绕于中心轴上，其内径为7mm，外径为8mm，匝数为600匝。上述永磁体的电磁振动发电装置，圆柱型外圆筒、圆柱型内圆筒和圆柱形空心轴的长度均为70mm，圆柱型外圆筒的直径为30mm，圆柱型内圆筒的直径为9mm，圆柱形空心轴的直径为7mm。上述永磁体的电磁振动发电装置，所述运动环形永磁体是受到两端的固定环形永磁体的斥力作用而悬浮的。上述永磁体的电磁振动发电装置，所述圆柱型外圆筒两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧。上述永磁体的电磁振动发电装置，所述圆柱型外圆筒两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧的固有频率为23. 4Hz。上述永磁体的电磁振动发电装置，所述圆柱型外圆筒和圆柱型内圆筒均为玻璃纤维管。本实用新型的有益效果是与电磁振动发电装置的现有技术相比，本实用新型永磁体的电磁振动发电装置突出的实质性特点是由两端固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成了永磁弹簧。两端固定环形永磁体被固定，并且相对的磁体两面具有相同的极性，中间的运动环形永磁体受斥力作用悬浮位于两端固定环形永磁体之间。在没有外力影响的情况下，运动环形永磁体受两端固定环形永磁体的斥力作用，静止悬浮于玻璃纤维管中间。当系统产生振动时，运动环形永磁体则在玻璃纤维管内做往复运动。当其靠近某一端的固定环形永磁体时，所受斥力增大，运动环形永磁体的运动速度减小，最终在斥力作用下改变运动方向，向玻璃纤维管的另一方向运动，这样，运动环形永磁体在惯性和两端固定环形永磁体的斥力作用下往复运动。运动环形永磁体与在其内外侧的线圈存在相对运动，根据电磁感应原理，线圈绕组将产生感应电动势，如果线圈绕组构成闭合回路就产生了电流。与电磁振动发电装置的现有技术相比，本实用新型永磁体的电磁振动发电装置显著的进步是(1)由两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成的永磁弹簧，其工作特性接近于实际的弹簧，而抗疲劳强度远高于机械弹簧。相比机械弹簧，永磁弹簧具有弹性大、无摩擦、不生热、无噪音、性能稳定和寿命长的优点。(2)使用永磁体构成的永磁弹簧代替机械弹簧，使运动永磁体在运动过程中避免产生机械拉伸及碰撞。(3)装置竖直放置时，运动永磁体在外界扰动和两端固定永磁体的斥力作用下沿中心轴线上下运动，可以收集竖直方向的振动能量；装置水平放置时，运动永磁体受外界扰动的激励并在两端固定永磁体斥力作用下沿中心轴线水平运动，则可以收集水平方向的振动能量。这样，本实用新型装置可以广泛应用于水平和竖直方向振动的振动检测系统中。(4)运动环形永磁体的内侧有紧密地缠绕一定匝数的内侧线圈，外侧有紧密地缠绕一定匝数的外侧线圈，这样充分利用了设备的空间，缩小了本实用新型装置的体积。(5)外侧线圈采用三根独立铜质绕线同时缠绕的方式，当需要提供5. IV的电压等级时，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15. 3V 的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线串联起来作为一个电压源供电。这样充分将磁场能量转化为电能，提高了转化效率。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型永磁体的电磁振动发电装置的结构纵向剖面示意图。图2是本实用新型永磁体的电磁振动发电装置中的外侧线圈绕制方法示意图。图中，1.外圆筒端盖，2.圆柱形空心轴，3.内侧线圈，4.圆柱型内圆筒，5.固定环形永磁体，6.运动环形永磁体，7.圆柱型外圆筒，8.外侧线圈。
具体实施方式
图1所示实施例表明，本实用新型永磁体的电磁振动发电装置由两个外圆筒端盖(1)、圆柱形空心轴O)、内侧线圈(3)、圆柱型内圆筒G)、两个固定环形永磁体(5)、运动环形永磁体(6)、圆柱型外圆筒(7)和外侧线圈(8)构成；其中圆柱形空心轴O)、圆柱型内圆筒(4)和圆柱型外圆筒(7)的长度相等，外圆筒端盖(1)和圆柱型外圆筒(7)的圆形的直径相等；固定环形永磁体( 被固定安置在外圆筒端盖(1)的内侧，运动环形永磁体(6)悬浮在圆柱型外圆筒(7)和圆柱型内圆筒(4)之间的空间，内侧线圈(3)缠绕在穿过固定环形永磁体( 中心圆孔的圆柱形空心轴( 上，外侧线圈(8)缠绕在圆柱型外圆筒(7)上，圆柱型内圆筒⑷位于圆柱型外圆筒(7)和内侧线圈(3)之间的空间里，圆柱型内圆筒G)、 圆柱型外圆筒(7)和两个外圆筒端盖(1)的连接部分均设有螺纹，通过螺纹将圆柱型内圆筒G)、圆柱型外圆7筒和两个外圆筒端盖(1)固定连接，并由此使所有部件组成一个整体的振动发电装置。图2所示实施例表明，本实用新型永磁体的电磁振动发电装置中的外侧线圈(8) 的绕制方法是，采用三根独立铜质绕线A、B和C同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线A、B和 C的匝数相同，分别为600匝；当需要提供5. IV的电压等级时，上述三根独立铜质绕线A、B 和C产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15. 3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线A、B和C串联起来作为一个电压源供电，即连接A+和B+、B-和C-，则A-和 C+之间的电压就是串联后的输出电压。实施例1提供5. IV电压的永磁体的电磁振动发电装置的构成。所选用的材料和零部件有厚度为1mm、内径为IOmm和外径为24mm的环形永磁体两块用作固定环形永磁体(5)，厚度为10mm、内径为IOmm和外径为24mm的环形永磁体一块用作运动环形永磁体(6)，所用永磁体材质均为铷铁硼永磁体，材料的剩磁为1. 276T。按图 2所示实施例，外侧线圈(8)采用三根独立铜质绕线A、B和C同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线A、B和C的匝数相同，分别为600匝，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，输出电压为5. IV，该外侧线圈(8)的内径为30mm，外径为32mm。内侧线圈(3)采用单股铜线缠绕的方式，铜线紧密地缠绕于中心轴上，其内径为7mm，外径为 9mm，匝数为600匝。圆柱型外圆筒(7)、圆柱型内圆筒(4)和圆柱形空心轴O)的长度均为70mm，圆柱型外圆筒(7)的直径为30mm，圆柱型内圆筒的直径为9mm，圆柱形空心轴
(2)的的直径为7mm。圆柱型外圆筒(7)、圆柱型内圆筒(4)和圆柱形空心轴3均为玻璃纤维管。外圆筒端盖(1)为塑料制品。圆柱型内圆筒G)、圆柱型外圆筒(7)和两个外圆筒端盖(1)的连接部分均设有螺纹。按照图1所示实施例将上述所有部件组成一个整体的振动发电装置，即制得提供 5. IV电压的永磁体的电磁振动发电装置。所设计的圆柱型外圆筒(7)两端的固定环形永磁体( 和运动环形永磁体(6)三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧的固有频率为 23. 4Hz。该振动发电装置在振动频率为20Hz，振幅为5mm时，实测外侧线圈(8)三根独立铜质绕线的输出电压波形近似正弦波，并且具有相同的感应电动势。实施例2提供15. 3V电压的永磁体的电磁振动发电装置的构成。除按图2所示实施例，外侧线圈(8)是将上述三根独立铜质绕线A、B和C串联起来作为一个电压源供电，即连接A+和B+、B-和C-，则A-和C+之间串联后的输出电压为
615. 3V之外，其他同实施例1,由此制得提供15. 3V电压的永磁体的电磁振动发电装置。 上述实施例中所用的原材料均可通过公知的途径获得，零部件的制作方法和安装方法均为本技术领域的技术人员所能掌握实施的。
权利要求1.永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于由两个外圆筒端盖、圆柱形空心轴、内侧线圈、圆柱型内圆筒、两个固定环形永磁体、运动环形永磁体、圆柱型外圆筒和外侧线圈构成；其中圆柱形空心轴、圆柱型内圆筒和圆柱型外圆筒的长度相等，外圆筒端盖和圆柱型外圆筒的圆形的直径相等；固定环形永磁体被固定安置在外圆筒端盖的内侧，运动环形永磁体悬浮在圆柱型外圆筒和圆柱型内圆筒之间的空间，内侧线圈缠绕在穿过固定环形永磁体中心圆孔的圆柱形空心轴上，外侧线圈缠绕在圆柱型外圆筒上，圆柱型内圆筒位于圆柱型外圆筒和内侧线圈之间的空间里，圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖的连接部分均设有螺纹，通过螺纹将圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖固定连接，并由此使所有部件组成一个整体的振动发电装置。
2.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于所述固定环形永磁体的厚度为1mm，内径为10mm，外径为Mmm ；运动环形永磁体的厚度为10mm，内径为10mm， 外径为24mm ；所用永磁体材质均为铷铁硼永磁体，材料的剩磁为1. 276T。
3.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于所述外侧线圈采用三根独立铜质绕线同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线的匝数相同，分别为600匝；当需要提供5. IV的电压等级时，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15. 3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线串联起来作为一个电压源供电；该外侧线圈的内径为30mm，外径为32mm。
4.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于所述内侧线圈采用单股铜线缠绕的方式，铜线紧密地缠绕于中心轴上，其内径为7mm，外径为8mm，匝数为600 匝。
5.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于所述圆柱型外圆筒、 圆柱型内圆筒和圆柱形空心轴的长度均为70mm，圆柱型外圆筒的直径为30mm，圆柱型内圆筒的直径为9mm，圆柱形空心轴的直径为7mm。
6.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于所述运动环形永磁体是受到两端的固定环形永磁体的斥力作用而悬浮的。
7.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于所述圆柱型外圆筒两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧的固有频率为23. 4Hz。
专利摘要本实用新型永磁体的电磁振动发电装置，涉及从机械振动回收能量得以能源利用的装置，该永磁体的电磁振动发电装置，由两个外圆筒端盖、圆柱形空心轴、内侧线圈、圆柱型内圆筒、两个固定环形永磁体、运动环形永磁体、圆柱型外圆筒和外侧线圈构成，克服了现有的振动发电装置只能收集竖直方向的振动能量，由振动能量到电能的能量转化效率比较低，对装置材料的机械性能要求较高，结构及其制造工艺比较复杂和性能稳定性较差和寿命较短的缺点。
文档编号H02N11/00GK202340197SQ20112047625
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者张波, 曹莹莹, 杨晓光, 汪友华 申请人:河北工业大学