專利名稱：環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或分布式小系統(tǒng)供電問(wèn)題是一個(gè)難點(diǎn)。而振動(dòng)是自然界的一種 能量存在形式。例如海面的波浪，樹(shù)枝在風(fēng)吹動(dòng)下的擺動(dòng)，顛簸的車輛等。振動(dòng)發(fā)電是將各 種振動(dòng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，是一種有潛力的無(wú)污染、不消耗自然資源的新型發(fā)電裝置， 適合于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或分布式小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)采用。 實(shí)現(xiàn)振動(dòng)發(fā)電的一種方式是電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)電。以往的電磁感應(yīng)振動(dòng)發(fā) 電裝置，內(nèi)部構(gòu)造各不相同。申請(qǐng)?zhí)枮?00410067821.3的振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?200810230833. 1的三維振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00710126703. 9的便攜式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申 請(qǐng)?zhí)枮?00610051677. 3的磁場(chǎng)擠壓增強(qiáng)型振動(dòng)發(fā)電機(jī)，論文"新型永磁體外置式直線振 動(dòng)發(fā)電機(jī)性能研究"(浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，第41巻第9期，pp. 1604-1608)和論文"A micro electromagnetic generator forvibration energy harvesting" (JOURNAL OF MICROMECHANICS ANDMICROENGINEERING, 17 (2007) ， pp. 1257-1265)，在其結(jié)構(gòu)上均較難保 證磁路中氣隙較小的要求，未能實(shí)現(xiàn)閉合磁路，由電機(jī)有關(guān)理論可知其磁感應(yīng)強(qiáng)度低，磁路 利用率不高，振動(dòng)能量利用率不高。同時(shí)上述有些資料中線圈利用率也是一個(gè)可以改善之 處，其線圈中有較多部分不能有效切割磁力線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，影響發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的振動(dòng)發(fā)電裝置磁路利用率低和提高線圈利用率的問(wèn)題，提供
了一種磁路利用率高的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案 環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼上設(shè)有蓋子，其特征在于所述外殼內(nèi) 設(shè)有花朵狀粘結(jié)永磁體，所述粘結(jié)永磁體的中間是一方形N極，所述N極四周圍繞有四個(gè)S 極，所述S極呈十字對(duì)稱分布，其底部連接在一起并與N極連接；在所述N極和S極之間安 裝有線圈，所述線圈上、下兩端設(shè)有方形卡座框架，所述上、下卡座框架的另一端連接了彈 簧，所述下卡座框架套在N極上，所述下彈簧下端連接于S極的底部，所述上彈簧上端固定 于蓋子上。 進(jìn)一步，所述外殼是圓柱體結(jié)構(gòu)。 進(jìn)一步，所述粘結(jié)永磁體是鐵氧體永磁材料或稀土永磁材料粉末與塑料或橡膠混 合塑形而成的。 進(jìn)一步，所述彈簧是塑料材質(zhì)。 進(jìn)一步，所述S極的底部設(shè)有階梯狀凹槽，所述凹槽上固定連接有豎直的下彈簧。
進(jìn)一步，所述S極上覆蓋有第一鐵磁材料墊層，所述第一鐵磁材料墊層與蓋子之 間設(shè)有固定用的橡膠墊圈，第一鐵磁材料墊層被蓋子通過(guò)橡膠墊圈固定在S極上。
進(jìn)一步，所述N極覆蓋有第二鐵磁材料墊層，第二鐵磁材料墊層的四個(gè)側(cè)面上設(shè)
有第一凹槽，所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有滾珠，所述滾珠的直徑大于第一凹槽的深度，其半徑小于
第一凹槽的深度，所述滾珠的外側(cè)面與線圈接觸。 進(jìn)一步，所述滾珠是鐵磁材料。 或者，所述滾珠是硬鋁質(zhì)材料。 本發(fā)明中磁力線由軸線上N極向四周均勻發(fā)散，穿過(guò)N極上的第二鐵磁材料墊層， 經(jīng)氣隙，經(jīng)S極上的第一鐵磁材料墊層，經(jīng)S極返回到N極，形成閉合主磁路。N極、S極表面 均覆蓋適當(dāng)厚度的鐵磁材料墊層，一方面，減小了氣隙從而減小了磁阻，可獲得較大的磁感 應(yīng)強(qiáng)度；另一方面便于底部彈簧的安裝。閉合主磁路中僅經(jīng)過(guò)一個(gè)氣隙，氣隙中僅含有一層 線圈壁。該線圈壁的厚度為確定氣隙寬度的關(guān)鍵因素。標(biāo)準(zhǔn)漆包線的最小直徑為0.015mm， 假設(shè)氣隙寬度為0. 5mm，而線圈壁的厚度為0. 35mm，并假設(shè)鐵磁材料墊層在線圈上下振動(dòng) 的方向上尺寸為10mm，線圈中可切割主磁路磁力線的部分可達(dá)14000圈以上。這樣即可以 保證主磁路中氣隙寬度很小，提高磁路利用率；而線圈匝數(shù)又較高，以獲得較高電動(dòng)勢(shì)。
在振動(dòng)過(guò)程中，彈簧上下拉伸或壓縮使線圈向上向下切割磁力線。當(dāng)線圈向上切 割磁力線時(shí)，線圈的四邊均產(chǎn)生逆時(shí)針的電動(dòng)勢(shì)，同向可以疊加，提高了總的電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)線 圈向下切割磁力線時(shí)，線圈的四邊均產(chǎn)生順時(shí)針的電動(dòng)勢(shì)。這樣就產(chǎn)生了交變電流，從而進(jìn) 行發(fā)電。所以線圈的4面均可切割磁力線，并且4面產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)不抵消而是疊加的，線圈 利用率高。 本發(fā)明中的滾珠可保證線圈與第二鐵磁材料墊層保持一定的距離，使其上下運(yùn)動(dòng) 更加平滑，提高了振動(dòng)發(fā)電的效率。滾珠可由鐵磁材料或硬鋁質(zhì)材料制成。鐵磁材料優(yōu)點(diǎn) 一是可以被更好地吸合在凹槽中，便于安裝；二是可以在局部減小氣隙，提高效率。而其缺 點(diǎn)是由于鐵磁材料和滾珠間的磁力會(huì)增大滾動(dòng)時(shí)的摩擦力，這就需要通過(guò)拋光打磨等處理 提高表面光滑度，以求降低摩擦作用。硬鋁質(zhì)材料不會(huì)有吸合作用，滾動(dòng)時(shí)摩擦力小，但也 不會(huì)有減小氣隙的好處。 本發(fā)明的有益效果提高了磁路的利用率，提高了線圈利用率，提高了發(fā)電效率； 且其結(jié)構(gòu)緊湊，適用范圍廣。


圖1為本發(fā)明的縱向剖視圖。 圖2為本發(fā)明沿圖1中A-A線剖面的俯視圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 參照?qǐng)D1、圖2，環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，包括外殼l，所述外殼1上設(shè)有蓋子2，所述 外殼1內(nèi)設(shè)有花朵狀粘結(jié)永磁體，所述粘結(jié)永磁體的中間是一方形N極3，所述N極3四周 圍繞有四個(gè)S極4，所述S極4呈十字對(duì)稱分布，其底部連接在一起并與N極3連接；在所 述N極3和S極4之間安裝有線圈5，所述線圈5上、下兩端設(shè)有方形卡座框架6、7，所述上 卡座框架6、下卡座框架7上分別連接彈簧8、9，所述下卡座框架7套在N極3上，所述下彈 簧9下端連接于S極4的底部，所述上彈簧8上端固定于蓋子2上。
所述外殼l是圓柱體結(jié)構(gòu)。 所述粘結(jié)永磁體是鐵氧體永磁材料或稀土永磁材料粉末與塑料或橡膠混合塑形 而成的。 所述彈簧8 、 9是塑料材質(zhì)。 所述S極4的底部設(shè)有階梯狀凹槽，所述凹槽上固定連接有下彈簧9。
所述S極4上覆蓋有第一鐵磁材料墊層11 ，所述第一鐵磁材料墊層11與蓋子2之 間設(shè)有固定用的橡膠墊圈12。第一鐵磁材料墊層11 一方面通過(guò)粘接的方式固定在S極4 上，另一方面被蓋子2通過(guò)橡膠墊圈12固定在S極4上。 所述N極3覆蓋有第二鐵磁材料墊層10，固定方式為粘接。第二鐵磁材料墊層10 的四個(gè)側(cè)面上設(shè)有第一凹槽，所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有滾珠13，所述滾珠13的直徑大于第一凹 槽的深度，其半徑小于第一凹槽的深度，所述滾珠13的外側(cè)面與線圈5接觸。
所述滾珠13可以是鐵磁材料。 本發(fā)明中磁力線由軸線上N極3向四周均勻發(fā)散，經(jīng)第二鐵磁材料墊層IO，穿過(guò) 氣隙后，經(jīng)第一鐵磁材料墊層11，經(jīng)S極4返回到N極3，形成閉合主磁路，其中氣隙厚度小 于0.5mm。 N極3、 S極4表面均覆蓋適當(dāng)厚度的鐵磁材料墊層，一方面，減小了氣隙從而減 小了磁阻，可獲得較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度；另一方面便于底部彈簧的安裝。。在振動(dòng)過(guò)程中，彈簧 上下拉伸或壓縮使線圈5向上向下切割磁力線。當(dāng)線圈5向上切割磁力線時(shí)，線圈5的每 一匝四邊均產(chǎn)生逆時(shí)針的電動(dòng)勢(shì)，由于電動(dòng)勢(shì)同向，故可以疊加，再乘以匝數(shù)，可以得到較 高總的電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)線圈5向下切割磁力線時(shí)，線圈的四邊均產(chǎn)生順時(shí)針的磁電動(dòng)勢(shì)。這樣就 產(chǎn)生了交變電流，從而進(jìn)行發(fā)電。可見(jiàn)本裝置對(duì)磁路和線圈的利用率較高，振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換率 高。 本發(fā)明中的滾珠13可保證線圈5與第二鐵磁材料墊層10保持一定的距離，使其 上下運(yùn)動(dòng)更加平滑，提高了振動(dòng)發(fā)電的效率。滾珠13采用鐵磁材料，其優(yōu)點(diǎn)一是可以被更 好地吸合在凹槽中，便于安裝；二是可以在局部減小氣隙，提高效率。而其缺點(diǎn)是由于鐵磁 材料和滾珠間的磁力會(huì)增大滾動(dòng)時(shí)的摩擦力，這就需要通過(guò)拋光打磨等處理提高表面光滑 度，以求降低摩擦作用。
實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于所述滾珠13是硬鋁質(zhì)材料。硬鋁質(zhì)材料不 會(huì)有吸合作用，滾動(dòng)時(shí)摩擦力小，但也不會(huì)有減小局部氣隙的好處。其余結(jié)構(gòu)和功能與實(shí)施 例一相同。 本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù) 范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼上設(shè)有蓋子，其特征在于所述外殼內(nèi)設(shè)有花朵狀粘結(jié)永磁體，所述粘結(jié)永磁體的中間是一方形N極，所述N極四周圍繞有四個(gè)S極，所述S極呈十字對(duì)稱分布，其底部連接在一起并與N極連接；在所述N極和S極之間安裝有線圈，所述線圈上、下兩端設(shè)有方形卡座框架，所述上、下卡座框架的另一端連接了彈簧，所述下卡座框架套在N極上，所述下彈簧下端連接于S極的底部，所述上彈簧上端固定于蓋子上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述外殼是圓柱體結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述粘結(jié)永磁體是鐵氧體永磁材料或稀土永磁材料粉末與塑料或橡膠混合塑形而成的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述彈簧是塑料材質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述S極的底部設(shè)有階梯狀凹槽，所述凹槽上固定連接有豎直的下彈簧。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述S極上覆蓋有第一鐵磁材料墊層，所述第一鐵磁材料墊層與蓋子之間設(shè)有固定用的橡膠墊圈，第一鐵磁材料墊層被蓋子通過(guò)橡膠墊圈固定在s極上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述N極覆蓋有第二鐵磁材料墊層，第二鐵磁材料墊層的四個(gè)側(cè)面上設(shè)有第一凹槽，所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有滾珠，所 述滾珠的直徑大于第一凹槽的深度，其半徑小于第一凹槽的深度，所述滾珠的外側(cè)面與線 圈繞組接觸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述滾珠是鐵磁材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，其特征在于所述滾珠是硬鋁質(zhì)材料。
全文摘要
環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼上設(shè)有蓋子，所述外殼內(nèi)設(shè)有花朵狀粘結(jié)永磁體，其中間是方形的N極，四周圍繞有四個(gè)S極；S極和N極上覆蓋有第一和第二鐵磁材料墊層；所述蓋子的下端通過(guò)橡膠墊圈把第一鐵磁材料墊層壓在S極上；在所述N極和S極之間安裝有線圈，其上、下兩端設(shè)有方形卡座框架并連接彈簧，所述下彈簧下端連接于S極的底部，所述上彈簧上端固定于蓋子上；裝置中形成從N極，經(jīng)第二鐵磁材料墊層、氣隙、第一鐵磁材料墊層、S極回到N極的閉合主磁路；線圈隨外界振動(dòng)上下切割主磁路發(fā)電。本發(fā)明的有益效果提高了磁路和線圈利用率，提高了發(fā)電效率；且其結(jié)構(gòu)緊湊，適用范圍廣。
文檔編號(hào)H02K35/04GK101764495SQ201010118588
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者何熊熊, 張松, 張端 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)