一種振動型磁電發電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了振動型磁電發電機，包括用非導磁材料制成的隔離環和至少兩塊圓管形徑向磁化的磁體，磁體中心設有中心通孔，磁體上下安裝，中間安裝隔離環隔離，用通軸將磁體和隔離環通過中心通孔緊固；通軸兩端分別安裝于兩個彈簧片的內圈，線圈架套在磁體周圍，線圈架內壁與磁體外壁留有小距離的間隙，線圈架上繞制至少兩組線圈，并且兩組線圈繞制方向相反，線圈架外圍緊密套有圓管型的導磁環；上彈簧片的外圈由上壓環和上蓋夾持，下彈簧片的外圈由下壓環和底座夾持，上壓環和下壓環夾持線圈架和導磁環，上蓋上安裝有接線柱，接線柱與線圈相連，上蓋和底座之間安裝外殼。本實用新型結構獨特，發電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
【專利說明】
一種振動型磁電發電機
技術領域
[0001 ] 本實用新型屬于振動型電磁發電機領域，涉及一種振動型磁電發電機。
【背景技術】
[0002]傳統的電力行業大多以風能、熱能、水能、核能、地熱能等能源作為原動力帶動發電機發電，這些發電模式普遍存在污染大、能源消耗大、人力財力物力消耗大等缺點。隨著社會進步和經濟的持續發展，人類對能源的需求也越來越大。為了滿足越來越大的能源缺口，可再生能源是解決能源危機的重要手段。
[0003]振動機械能隨處可見，例如汽車行駛過程中的顛振、工廠機械設備產生的振動、人流行走、油井鉆機、人工爆破等都能產生很多的機械振動能，而這些能量都白白浪費了。合理地開發和利用振動機械能發電，是節能減耗，解決能源危機的一種重要途徑。
[0004]獲取振動機械能目前有三種常用的技術手段:壓電式發電、靜電式發電和電磁式發電。壓電式發電存在的主要問題是壓電陶瓷片或壓電薄膜具有高電壓低電流的輸出特征，因而輸出功率很小。另一個問題是壓電材料(PZT)的固有頻率很高，一般在MHz級別，很難耦合到可用于實際的任何振動或周期性運動。而靜電式發電與壓電式發電類似，也具有尚電壓低電流的輸出特征，也同樣只有很小的功率輸出。靜電式發電機相比壓電式發電機或磁電式發電機具有較低的功率密度，這是由于靜電式發電機所依賴的靜電氣隙具有相對低的能量密度。
[0005]電磁發電機有可能提供相對大的電能。眾所周知，利用電磁原理發電是一種通用技術。而如何將電磁轉換效率提高到極致卻是一個永恒的課題。一般來說，電磁發電機追求在一定尺寸范圍內獲得更大的發電電力，為達到此目的，主要設計方向包括以下幾點:采用高磁通密度的磁體;磁路優化設計以減少漏磁和磁阻;線圈在磁通密度最大處切割磁力線；盡可能多的線圈匝數和盡可能低的線圈電阻均衡問題;根據慣性體質量設計彈簧的尺寸和彈性系數，力求獲得最合理的系統固有頻率，使其能在諧振頻率點振動發電；效能與成本核算等。
[0006]現有技術的電磁式振動發電機一般體積較大，不適合應用于狹小空間，難以在較小的體積內實現較大輸出。其主要原因是磁路設計不合理、振動頻率設計不合理、線圈與磁體的相對位置設計不合理。所帶來的結果就是線圈不能有效的切割磁力線、漏磁多、磁阻大、磁電轉換效率低、輸出功率小。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型為了解決上述技術問題，提供了一種振動型磁電發電機，該發電機結構獨特，發電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
[0008]本實用新型是通過以下技術方案來實現:
[0009]—種振動型磁電發電機，包括用非導磁材料制成的隔離環和至少兩塊圓管形徑向磁化的磁體，磁體中心設有中心通孔，磁體上下安裝，中間安裝隔離環隔離，用通軸將磁體和隔離環通過中心通孔緊固；通軸兩端分別安裝于兩個彈簧片的內圈，線圈架套在磁體周圍，線圈架內壁與磁體外壁留有小距離的間隙，線圈架上繞制至少兩組線圈，并且兩組線圈繞制方向相反，線圈架外圍緊密套有圓管型的導磁環;上彈簧片的外圈由上壓環和上蓋夾持，下彈簧片的外圈由下壓環和底座夾持，上壓環和下壓環夾持線圈架和導磁環，上蓋上安裝有接線柱，接線柱與線圈相連，上蓋和底座之間安裝外殼。
[0010]所述的彈簧片為平板式多筋彈簧，用恒彈性材料制成。
[0011]所述的線圈架是用非金屬材料制成。
[0012]所述的磁體為徑向釹鐵硼磁體，所述徑向釹鐵硼磁體使用兩塊，并且極化方向相反。
[0013]所述的徑向釹鐵硼磁體使用多塊時，將兩種極化方向的磁體間隔安裝。
[0014]所述的導磁環和通軸利用高導磁率的材料制成，該材料包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。
[0015]所述的線圈架上繞制多組線圈時，將兩個方向繞制的線圈間隔安裝，所述的線圈為螺線管線圈。
[0016]線圈架兩端分別繞制上線圈和下線圈，上線圈和下線圈繞制方向相反。
[0017]所述的通軸兩端分別套裝彈簧內圈壓環，所述通軸兩端再分別用壓簧螺母將上彈簧片和下彈簧片的內圈夾緊。
[0018]所述的上蓋安裝有兩個接線柱，分別為正負極輸出端子，接線柱與線圈在機芯內部用彈簧游絲相連。
[0019]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果:
[0020]本實用新型提供的發電機，采用圓環形徑向釹鐵硼磁體，使其具有高磁通密度;徑向磁體的磁路優化設計盡量減少漏磁和降低磁阻;精密的機械設計使線圈在磁通密度最大處切割磁力線;盡可能多的線圈匝數和盡可能低的線圈電阻;并根據振動源的頻帶范圍，在慣性體質量確定后設計彈簧的尺寸和彈性系數，力求獲得最合理的系統固有頻率，使其能在諧振頻率點振動發電。
[0021 ]本實用新型結構獨特，發電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的實施形態內部主要結構示意圖。
[0023]其中，1、上蓋;2、上彈簧片；3、上壓環;4、外殼；5、導磁環;6、隔離環;7、線圈架;8、通軸;9、下壓環;10、彈簧內圈壓環；11、壓簧螺母;12、底座；13、接線柱；14、磁力線；15、上線圈；16、上磁體;17、下磁體;18、磁力線；19、下線圈；20、下彈簧片。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體的實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。
[0025]參見圖1，一種振動型磁電發電機，包括用非導磁材料制成的隔離環6和至少兩塊圓管形徑向磁化的磁體，磁體中心設有中心通孔，磁體上下安裝，中間安裝隔離環6隔離，用通軸8將磁體和隔離環6通過中心通孔緊固；通軸8兩端分別安裝于兩個彈簧片的內圈，線圈架7套在磁體周圍，線圈架7內壁與磁體外壁留有小距離的間隙，線圈架7上繞制至少兩組線圈，并且兩組線圈繞制方向相反，線圈架7外圍緊密套有圓管型的導磁環5;上彈簧片2的外圈由上壓環3和上蓋I夾持，下彈簧片20的外圈由下壓環9和底座12夾持，上壓環3和下壓環9夾持線圈架7和導磁環5，上蓋I上安裝有接線柱13，接線柱13與線圈相連，上蓋I和底座12之間安裝外殼4。上蓋和底座對內部結構有扶正作用，并整體安裝于外殼體內。
[0026]所述的彈簧片為平板式多筋彈簧，用恒彈性材料制成。
[0027]所述的線圈架7是用非金屬材料制成。
[0028]所述的磁體為徑向釹鐵硼磁體，所述徑向釹鐵硼磁體使用兩塊，并且極化方向相反。所述徑向釹鐵硼磁體為圓管形，有中心通孔。
[0029]所述的徑向釹鐵硼磁體使用多塊時，將兩種極化方向的磁體間隔安裝。
[0030]所述的導磁環5和通軸8利用高導磁率的材料制成，該材料包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。
[0031]所述的線圈架7上繞制多組線圈時，將兩個方向繞制的線圈間隔安裝，所述的線圈為螺線管線圈。
[0032]線圈架7兩端分別繞制上線圈15和下線圈19，上線圈15和下線圈19繞制方向相反。
[0033]所述的通軸8兩端分別套裝彈簧內圈壓環10，所述通軸8兩端再分別用壓簧螺母11將上彈簧片2和下彈簧片20的內圈夾緊。
[0034]所述的上蓋I安裝有兩個接線柱13，分別為正負極輸出端子，接線柱13與線圈在機芯內部用彈簧游絲相連。
[0035]具體的，參見圖1，本例只使用兩只徑向磁化的圓管形磁體和兩組螺線管線圈以及用超微晶材料制成的圓筒形磁環，但本實用新型不僅局限于此。
[0036]本實用新型由多組螺線管線圈和多只徑向磁化的圓管形磁體以及高導磁率磁環構成電磁回路，磁體在外界振動的作用下產生上下運動，線圈切割磁力線產生電能。
[0037]本例采用兩塊圓管形徑向釹鐵硼磁體16、17上下安裝，上面一只磁體16內為S極，外為N極;下面一只磁體17內為N極，外為S極。
[0038]所述上、下磁體16、17中間用非導磁材料制成的隔離環6隔離。
[0039]用高導磁率材料制成的通軸8將磁體16、17和隔離環6從中心通孔穿過，通軸8兩端分別套裝彈簧內圈壓環10，所述通軸兩端再分別安裝上彈簧片2和下彈簧片20，所述通軸兩端再分別用壓簧螺母11將上彈簧片2和下彈簧片20的內圈夾緊，同時也夾緊了磁體16、17和隔離環6以及上下彈簧內圈壓環10，構成可上下運動的慣性體。
[°04°] 所述慣性體最大位移為± 5mm。
[0041]磁體16、17的內孔尺寸、隔離環6的內孔尺寸、兩個彈簧內圈壓環10的內孔尺寸、上彈簧片2和下彈簧片20的內孔尺寸均相同，通軸8的外徑與之負公差配合安裝。
[0042]上彈簧片2的外圈由線圈上壓環3和上蓋I夾持，下彈簧片20的外圈由線圈下壓環9和底座12夾持。
[0043]上壓環3和下壓環9夾持線圈架7和導磁環5。所述線圈架7兩端分別繞制上線圈15和下線圈19，所述上線圈15和下線圈19繞制方向相反。因為磁力線14和磁力線18的方向是相反的，當慣性體上下運動時，上線圈15和下線圈19所產生的感應電流才會有相同的方向。
[0044]所述線圈架套7在磁體16、17的周圍，其內壁與磁體外壁留有小距離的間隙。
[0045]導磁環5緊密套在線圈架7的外圍，構成發電機的定子。
[0046]上蓋I安裝有兩個接線柱13，分別為正負極輸出端子。接線柱與線圈在機芯內部用彈簧游絲相連。
[0047]所述上蓋I和底座12對內部結構有扶正作用，并整體安裝于殼體4內。高磁能積的釹鐵硼徑向磁體16、17和超微晶材料的導磁環5以及高導磁率通軸8組成磁回路。由于超微晶材料的高聚磁效應，使得磁體16、17和導磁環5之間的磁隙中具有高密度磁力線14、18。而高導磁率的通軸8為磁力線回路提供低損耗通道。上彈簧2、下彈簧20和所述慣性體構成彈簧振動系統。當該振動系統接收外界振動發生振動時，上線圈15和下線圈19在磁隙中切割磁力線，從而獲得很大的輸出電流。
[0048]其中，上蓋I，材料采用增強尼龍。上彈簧2，平板式多筋彈簧，材料采用鈹青銅。上壓環3，材料采用聚砜。外殼4，材料采用增強尼龍。導磁環5，材料采用超微晶帶材卷制而成。隔離環6，材料采用聚砜。線圈架7，材料采用聚砜。通軸8，材料采用坡莫合金EJ85。下壓環9，材料采用聚砜。彈簧內圈壓環10，材料采用聚砜。壓簧螺母11，材料采用聚砜。底座12，材料采用聚砜。接線柱13，材料采用銅鍍金。上線圈15，材料采用10絲自焊銅線，繞制5000匝。上磁體16，材料采用圓管形釹鐵硼徑向磁體，標號N42。下磁體17，材料采用圓管形釹鐵硼徑向磁體，標號N42，極化方向與上磁體相反。下線圈19，材料采用10絲自焊銅線，繞制5000匝，繞制方向與上線圈相反。下彈簧20，平板式多筋彈簧，材料采用鈹青銅。徑向磁體電磁發電機結構
[0049]本實用新型由多組螺線管線圈和多只徑向磁化的圓管形磁體以及高導磁率磁環所構成的電磁回路以拾取振動能量發電。
[0050]本實用新型提供的發電機，采用圓環形徑向釹鐵硼磁體，使其具有高磁通密度;徑向磁體的磁路優化設計盡量減少漏磁和降低磁阻;精密的機械設計使線圈在磁通密度最大處切割磁力線;盡可能多的線圈匝數和盡可能低的線圈電阻;并根據振動源的頻帶范圍，在慣性體質量確定后設計彈簧的尺寸和彈性系數，力求獲得最合理的系統固有頻率，使其能在諧振頻率點振動發電。
[0051 ]本實用新型結構獨特，發電效率極高，而且體積小，成本低，極具推廣價值。
[0052]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種振動型磁電發電機，其特征在于，包括用非導磁材料制成的隔離環(6)和至少兩塊圓管形徑向磁化的磁體，磁體中心設有中心通孔，磁體上下安裝，中間安裝隔離環(6)隔離，用通軸(8)將磁體和隔離環(6)通過中心通孔緊固；通軸(8)兩端分別安裝于兩個彈簧片的內圈，線圈架(7)套在磁體周圍，線圈架(7)內壁與磁體外壁留有小距離的間隙，線圈架(7)上繞制至少兩組線圈，并且兩組線圈繞制方向相反，線圈架(7)外圍緊密套有圓管型的導磁環(5);上彈簧片(2)的外圈由上壓環(3)和上蓋(I)夾持，下彈簧片(20)的外圈由下壓環(9)和底座(12)夾持，上壓環(3)和下壓環(9)夾持線圈架(7)和導磁環(5)，上蓋(I)上安裝有接線柱(13)，接線柱(13)與線圈相連，上蓋(I)和底座(12)之間安裝外殼(4)。2.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的彈簧片為平板式多筋彈簧，用恒彈性材料制成。3.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的線圈架(7)是用非金屬材料制成。4.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的磁體為徑向釹鐵硼磁體，所述徑向釹鐵硼磁體使用兩塊，并且極化方向相反。5.根據權利要求4所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的徑向釹鐵硼磁體使用多塊時，將兩種極化方向的磁體間隔安裝。6.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的導磁環(5)和通軸(8)利用高導磁率的材料制成，該材料包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、微晶材料和超微晶材料。7.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的線圈架(7)上繞制多組線圈時，將兩個方向繞制的線圈間隔安裝，所述的線圈為螺線管線圈。8.根據權利要求7所述的振動型磁電發電機，其特征在于，線圈架(7)兩端分別繞制上線圈(15)和下線圈(19)，上線圈(15)和下線圈(19)繞制方向相反。9.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的通軸(8)兩端分別套裝彈簧內圈壓環(10)，所述通軸(8)兩端再分別用壓簧螺母(11)將上彈簧片(2)和下彈簧片(20)的內圈夾緊。10.根據權利要求1所述的振動型磁電發電機，其特征在于，所述的上蓋(I)安裝有兩個接線柱(13)，分別為正負極輸出端子，接線柱(13)與線圈在機芯內部用彈簧游絲相連。
【文檔編號】H02K35/02GK205430026SQ201620207214
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】胡長生, 薛勇, 王躋儒
【申請人】西安陸洲智能傳感技術有限公司