一种梯形磁轭永磁振动发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及将环境中的振动能转换为电能的振动发电装置，特别涉及一种梯形磁轭永磁振动发电装置，核心部分为振动轴、梯形磁轭、空心圆柱型外壳。该永磁振动发电装置能够在梯形磁轭与永磁体之间形成闭合磁路，提高了磁场的利用率。
【背景技术】
[0002]永磁振动发电装置是利用法拉第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装置分为动铁(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装置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；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。本课题组之前申请的“一种低频永磁振动发电装置”适用于低频大位移条件下的能量采集，其主体结构为正四棱柱体，包括四个侧板、上端盖和下端盖，采用极靴型磁轭作为导磁路径，方便放置线圈并产生线性变化的磁场；不足之处为体积较大，不适于频率1Hz以上的振动。本实用新型为圆柱型振动发电装置，适用于车辆行驶条件下的振动能量采集，体积较小，直径为8.2cm，高为12cm，而且使用了梯型磁轭作为导磁通路，在相邻的两个梯型磁极中就能形成闭合回路，提高了磁场利用率，有效地减轻了动子重量，即使在外界输入力激励较小时，也能够产生振动，从而将振动能转换为电能，提尚了机电转换效率。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型针对车辆行驶下的振动，设计了一种梯形磁轭永磁振动发电装置。该振动发电装置核心部件为振动轴、梯形磁轭、空心圆柱型外壳，并通过振动发电装置的磁轭设计为带四个梯形磁极的磁轭结构，能够在保证高导磁的基础上，尽可能地减小磁轭的体积，而且四个磁极与极身垂直分布，使得在磁通经过极身时方向发生90°变化，从而使绕制在极身上的线圈内磁通量变化率较大，产生更大的感应电动势；此外，发电装置采用圆筒型的主体封闭结构，提高了振动发电装置工作时的稳定性，而且能够提高磁场和空间的利用效率；最后，由于发电装置的完全对称结构，使得振动轴受到的电磁合力为0，能够减小振动时作用于振动轴的作用力。本实用新型适用于车辆行驶条件下的振动，即频率1-20HZ，振动位移峰值l_20mm条件下的振动发电。理论与实验表明，本实用新型振动发电装置在频率为10Hz，振幅1mm时，每个磁轭中线圈输出电压峰值为6.8V。
[0006]本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案为:
[0007]一种梯形磁轭永磁振动发电装置，其特征在于该发电装置的主体结构为圆柱状结构，包括圆筒型外壳、顶盖、振动轴和底盖，外壳上下两端通过螺栓分别与顶盖、底盖固定连接，顶盖中心开有圆柱形通孔，顶盖的中心的一侧开有线圈出线通孔，底盖上部中心安装有空心圆柱型毂，毂内底部空心部分放置弹簧；振动轴的下部在毂内与弹簧接触；振动轴的上端垂直穿过直线轴承和与其固定在一起的顶盖，并高出顶盖；
[0008]所述振动轴的中部为正四棱柱体，振动轴上下两部分均为圆柱状结构，中部的正四棱柱体在四个侧面加工有四棱柱凹槽，每个四棱柱凹槽内均粘接放置有一个梯形磁轭，共四个形状结构完全相同的梯形磁轭，每个梯形磁轭包括四个梯形磁极、两个极身和一个极座，两个极身为结构完全相同的长方体，极座的底面为相邻两边夹角为45°的平行四边形，极座的底面固定在振动轴的四棱柱凹槽内，两个极身一端均分别与极座的两个相对的长边垂直固定，在每个极身的另一端分别向内垂直固定有两个梯形磁极，且梯形磁极的下底与对应的极身垂直固定连接，两个极身上的四个梯形磁极交错排列，且四个梯形磁极在同一平面上，相邻梯形磁极之间有间隙，四个梯形磁极的极性从上到下依次相异；在每个极身上沿竖直方向均绕制有一个线圈，同一个极座上的两个极身的线圈绕制方向均相同，且同一个极座上的两个线圈的两个末端相连接，留出两个首端作为线圈引出线，该两个线圈引出线为一组线圈引出线，四个梯形磁轭共八个线圈引出线，共分成四组线圈引出线，该四组线圈引出线均从顶盖的线圈出线通孔引出，八个线圈的绕制方向都相同；
[0009]在圆筒型外壳内侧对称分布有的四个竖直的台面，每个台面分别在中部加工出六个永磁体凹槽，该六个永磁体凹槽用于粘接嵌放永磁体组，共四个永磁体组，每个永磁体组均包括六个四方体永磁体，六个四方体永磁体均轴向充磁，且沿着相应台面的永磁体凹槽从上至下依次紧贴嵌入相应的永磁体凹槽中，六个四方体永磁体的极性方向均为水平方向，且相邻四方体永磁体极性依次相异；平衡位置时振动轴中部的正四棱柱的上下两端面分别与相应的永磁体组的中间四个永磁体的上下端面平齐；每个梯形磁轭的外侧端面与相应的永磁体组的外端面之间分别留有等距气隙。
[0010]上述梯形磁轭永磁振动发电装置，每个极身上的两个梯形磁极之间的距离为梯形磁极下底长度的1.1-1.5倍。
[0011]上述梯形磁轭永磁振动发电装置，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。
[0012]上述梯形磁轭永磁振动发电装置，所述顶盖和底盖均为边缘带有凹槽的圆柱型铝合金板，顶盖和底盖的凹槽用以嵌放圆筒型外壳。
[0013]上述梯形磁轭永磁振动发电装置，所述梯形磁轭整体由导磁材料45号钢切割而成。
[0014]本实用新型的有益效果为:
[0015](I)永磁体组与磁轭之间的气隙较小，为1mm，极大地减少了空气中的漏磁，提高了磁场的利用率；
[0016](2)磁轭结构设计为梯形磁极的结构，每个磁轭共四个磁极，且四个磁极构成两对极，四个磁极分别依次对应圆筒型外壳内侧的极性相邻相异的永磁体组，此磁轭结构的优点是为了极身上的线圈处获得双倍的磁通量的变化率，减小气隙磁阻，改善磁极磁场分布，从而根据法拉第电磁感应定律获得较大的感应电动势；
[0017](3)在磁轭的每个极身上均绕制有一个线圈，而极身与梯形磁极垂直连接，使绕在极身上的线圈更容易固定，在振动轴上下振动时，极性相邻相异的永磁体放置使得梯形磁极上的磁通变化率较大，而且磁通值较大，更利于产生高的电动势；
[0018](4)发电装置的主体设计为圆柱状结构，发电装置内部的永磁体组与梯形磁轭沿圆周均匀分布；四方向上每一方向受到的电磁力大小相等，动子受到的四个方向的合力为0，从而减小振动时作用于动子的作用力；
[0019](5)实验数据表明，本实用新型在振动频率1Hz，峰值1mm条件的正弦振动激励下，振动发电装置单个梯形磁轭上的线圈引出线能够产生峰值6.8V的感应电动势，表明该振动发电装置经整流滤波稳压电路后能够满足3V、5V等小功率设备的用电。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置一种实施例的纵切面结构示意图。
[0021]图2为本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置一种实施例的振动轴I及梯形磁轭6的立体结构示意图。
[0022]图3为本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置一种实施例的空心圆柱形毂8安装在底盖9上的立体结构示意图。
[0023]图4为本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置一种实施例的顶盖2的平面结构示意图。
[0024]图5为本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置一种实施例的圆筒型外壳4的立体结构示意图。
[0025]图6为本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置一种实施例的梯形磁轭6的立体结构示意图。
[0026]图7为振动频率为1Hz，振幅为1mm时振动发电装置的单梯形磁轭线圈引出线输出电动势波形图。
[0027]其中，1-振动轴；2-顶盖；3_直线轴承；4-外壳；5_永磁体组；6_梯形磁轭(或磁轭)；7-线圈；8_空心圆柱型毂；9-底盖；10_弹簧；11_平键；12_极座；13_极身；14_梯形磁极；15-方形键槽；16_四棱柱凹槽；21_方槽；22_线圈出线通孔；31-36四方体永磁体(或永磁体);37_台面。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029]本实用新型梯形磁轭永磁振动发电装置(简称发电装置，参见图1-5)其主体结构(如图1)为圆柱状结构，包括圆筒型外壳4、顶盖2和底盖9，外壳4上下两端通过螺栓分别与顶盖2、底盖9固定连接，顶盖2中心