球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,包括內(nèi)部帶球形空腔的外殼、質(zhì)心偏離球心的質(zhì)量球、多塊不同磁化方向的永磁體和多個(gè)線(xiàn)圈繞組。內(nèi)部帶球形空腔外殼的內(nèi)部空腔球面上布置線(xiàn)圈繞組,質(zhì)量球表面安裝永磁體,球面上的永磁體之間按Halbach永磁陣列排布,外殼內(nèi)腔線(xiàn)圈繞組的布置在正對(duì)球面Halbach永磁陣列磁力線(xiàn)垂直進(jìn)出球表面處或者磁力線(xiàn)平行于球表面處。由于質(zhì)量分布不均的質(zhì)量球會(huì)在重力作用下保持上輕下重,具有“不倒翁”特點(diǎn),對(duì)于各個(gè)方向上的直線(xiàn)振動(dòng)激勵(lì),均能在其達(dá)到不穩(wěn)定狀態(tài)和恢復(fù)平衡狀態(tài)的過(guò)程中發(fā)電;對(duì)于環(huán)境激勵(lì)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng),質(zhì)量球因與線(xiàn)圈繞組之間電磁力作用會(huì)隨之發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。因而,該動(dòng)能采集器能夠全方位高效采集動(dòng)能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】球狀Ha I bach全方位動(dòng)能采集器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠?qū)⒏鱾€(gè)方向的環(huán)境動(dòng)能用于發(fā)電的全方位動(dòng)能采集器,尤其 是一種球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,該發(fā)明屬于電磁式能量回收【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電子技術(shù)的日益發(fā)展,電子產(chǎn)品不斷趨向于微型化和集成化,藍(lán)牙技術(shù)和 低功耗通訊標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)與發(fā)展又促使電子產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)化和便攜化。這些促成了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò) 和各種植入式傳感器的不斷深入研究和應(yīng)用,但是其目前亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)難題就是 供電問(wèn)題。能量采集技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N低功耗的電子產(chǎn)品從有線(xiàn)電源和電池的傳統(tǒng)供電方式 中解放出來(lái),使得其應(yīng)用更為靈活方便。目前的環(huán)境能量采集技術(shù)主要包含光能采集、熱能 采集、動(dòng)能采集。其中光能采集技術(shù)依賴(lài)環(huán)境中的良好光照條件,對(duì)于陰雨天氣、一些室內(nèi) 環(huán)境等不能很好地適應(yīng);熱能采集技術(shù)需要利用所在環(huán)境中的溫度梯度發(fā)電,對(duì)應(yīng)用條件 的選擇較為苛刻,不適宜廣泛應(yīng)用;相比前兩種能量采集技術(shù),由于環(huán)境中無(wú)處不在的振動(dòng) 能量,動(dòng)能采集技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境條件中,因而具有很好的前景。目前已經(jīng)較為 廣泛研究的動(dòng)能采集技術(shù)主要為利用單個(gè)方向或者有限幾個(gè)方向上的環(huán)境動(dòng)能發(fā)電,這類(lèi) 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不能有效保證在各種環(huán)境中都能夠保持良好的能量采集性能,對(duì)應(yīng)用環(huán) 境條件和能量采集器安裝布置要求嚴(yán)苛。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)前述【背景技術(shù)】中的缺陷和不足,提供一種球狀 Halbach全方位動(dòng)能采集器,其相對(duì)現(xiàn)有的能量采集裝置,具有更廣的適用面,可以在實(shí)際 應(yīng)用中對(duì)于不同的環(huán)境條件和安裝布置均能夠保持很高的能量采集效率。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題,所采用的方案是: 一種球狀Halbach全方位動(dòng)能米集器,其特征在于:包括外殼,外殼內(nèi)開(kāi)設(shè)球形空腔, 球形空腔內(nèi)設(shè)置質(zhì)量球,質(zhì)量球相對(duì)球形空腔可任意轉(zhuǎn)動(dòng),質(zhì)量球的外表面與球形空腔內(nèi) 側(cè)分別開(kāi)設(shè)感應(yīng)線(xiàn)圈槽與永磁體槽,永磁體槽內(nèi)放置永磁體,永磁體之間按Halbach陣列 排布,且Halbach永磁陣列的磁場(chǎng)加強(qiáng)側(cè)位于球面外側(cè);感應(yīng)線(xiàn)圈槽內(nèi)設(shè)置線(xiàn)圈繞組。
[0005] 所述質(zhì)量球的質(zhì)心與球心不重合。
[0006] 所述質(zhì)量球?yàn)橐话雽?shí)心一半中空。
[0007] 質(zhì)量球的兩個(gè)半球采用密度不同的材質(zhì)制成。
[0008] 所述質(zhì)量球與球形空腔之間設(shè)置間隙,間隙內(nèi)充滿(mǎn)潤(rùn)滑液體或均勻設(shè)置滾珠。
[0009] 永磁體在質(zhì)量球上均勻布置,形成的磁場(chǎng)沿質(zhì)量球表面呈周期性變化,磁力線(xiàn)垂 直于質(zhì)量球表面;線(xiàn)圈繞組設(shè)置的個(gè)數(shù)與永磁體的設(shè)置個(gè)數(shù)一致,位置與之對(duì)應(yīng),線(xiàn)圈繞組 的軸心垂直于質(zhì)量球表面。
[0010] 所述線(xiàn)圈繞組的內(nèi)部含有高磁導(dǎo)率磁芯,線(xiàn)圈繞組輸出連接到電能儲(chǔ)存和充電控 制電路。 toon] 所述永磁體為圓柱體結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)或不規(guī)則柱體結(jié)構(gòu)。
[0012] 由于Halbach永磁陣列具有明顯的磁場(chǎng)單邊加強(qiáng)和加強(qiáng)側(cè)磁場(chǎng)成正弦分布且高 次諧波小的特點(diǎn),因而該動(dòng)能采集器可以在較小的體積下獲得更高的腔內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度,并且 具有很好的能量采集性能。同時(shí)另一方面,由于帶有Halbach永磁陣列的質(zhì)量球的質(zhì)量分 布會(huì)在重力作用下保持上輕下重,具有"不倒翁"特點(diǎn)。因而對(duì)于各個(gè)方向上的直線(xiàn)振動(dòng)激 勵(lì),能使外殼和質(zhì)量球產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)線(xiàn)圈繞組磁鏈發(fā)生變化,從而輸出電能;另外,對(duì) 于環(huán)境激勵(lì)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的情況,質(zhì)量球與外殼內(nèi)腔上的線(xiàn)圈繞組之間也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移, 使線(xiàn)圈中磁場(chǎng)變化,輸出電能。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是,動(dòng)能采集器安裝簡(jiǎn)單,可以在保持體積較小的條件下,具有 較高的腔內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度和正弦分布磁場(chǎng),高效率地采集環(huán)境全方位上的動(dòng)能(包括直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能),能夠在復(fù)雜的環(huán)境中向無(wú)線(xiàn)傳感器等用電設(shè)備供電。例如,可將該裝 置佩戴在野生動(dòng)物的RF頸圈上,也可用在各種交通工具上。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器的結(jié)構(gòu)半剖示意圖; 圖2是本發(fā)明中球面Halbach永磁陣列一種形式的平面展開(kāi)示意圖。
[0015] 圖中:1.永磁體,2.質(zhì)量球,3.線(xiàn)圈繞組,4.立方體外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,包括內(nèi)部帶球形空腔的外殼、質(zhì)心偏離 球心的質(zhì)量球2、多塊不同磁化方向的永磁體1和多個(gè)線(xiàn)圈繞組3。外殼可為立方體外殼 4或者球形外殼,內(nèi)部帶球形空腔的外殼的內(nèi)部空腔球面上于不同位置開(kāi)槽,槽內(nèi)布置線(xiàn)圈 繞組3,質(zhì)量球2的質(zhì)心與球心不重合,可以采取一半實(shí)心一半中空的方法制作,質(zhì)量球2的 球面上于不同位置處開(kāi)槽,槽內(nèi)固定永磁體1。其中質(zhì)量球2球表面上安裝的永磁體1之間 按Halbach永磁陣列排布,并且該Halbach永磁陣列的磁場(chǎng)加強(qiáng)側(cè)位于球面外側(cè),外殼內(nèi)腔 線(xiàn)圈繞組3的布置位置由Halbach永磁陣列位置決定,可以布置在外殼球面內(nèi)腔每個(gè)正對(duì) 永磁體1的位置。
[0017] 現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步闡釋。如圖1所示,永磁體1固定 在質(zhì)量球2的槽內(nèi),并且各塊永磁體相互之間構(gòu)成球面Halbach永磁陣列;安裝有永磁體1 的開(kāi)槽質(zhì)量球2放置于內(nèi)部帶球形空腔的立方體外殼4中;線(xiàn)圈繞組3內(nèi)部含有高磁導(dǎo)率 的芯棒,內(nèi)部帶球形的立方體外殼的開(kāi)槽中固定線(xiàn)圈繞組3,并且線(xiàn)圈繞組3的固定位置正 對(duì)永磁體1構(gòu)成的球面Halbach永磁陣列磁力線(xiàn)垂直進(jìn)出球表面處,或者正對(duì)球面Halbach 永磁陣列磁力線(xiàn)垂直進(jìn)出球表面處以及磁力線(xiàn)平行于球表面處。
[0018] 圖2所示為一種球面Halbach永磁陣列的平面展開(kāi)示意圖,由多塊永磁體1在質(zhì) 量球球面上排列構(gòu)成。其中,N表示充磁方向指向球面外;S表示充磁方向指向球面內(nèi);N加 上箭頭表示充磁方向沿箭頭方向且與該處球表面具有45°夾角指向球面外,S加上箭頭表 示充磁方向沿箭頭方向且與該處球表面具有45°夾角指向球面內(nèi);只有箭頭表示充磁方向 平行于該處球表面并與箭頭方向一致;空白表示此處無(wú)磁化。
【權(quán)利要求】
1. 一種球狀Halbach全方位動(dòng)能米集器,其特征在于:包括外殼,外殼內(nèi)開(kāi)設(shè)球形空 腔,球形空腔內(nèi)設(shè)置質(zhì)量球,質(zhì)量球相對(duì)球形空腔可任意轉(zhuǎn)動(dòng),質(zhì)量球的外表面與球形空腔 內(nèi)側(cè)分別開(kāi)設(shè)感應(yīng)線(xiàn)圈槽與永磁體槽,永磁體槽內(nèi)放置永磁體,永磁體之間按Halbach陣 列排布,且Halbach永磁陣列的磁場(chǎng)加強(qiáng)側(cè)位于球面外側(cè);感應(yīng)線(xiàn)圈槽內(nèi)設(shè)置線(xiàn)圈繞組。
2. 如權(quán)利要求1所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:所述質(zhì)量球的質(zhì) 心與球心不重合。
3. 如權(quán)利要求2所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:所述質(zhì)量球?yàn)橐?半實(shí)心一半中空。
4. 如權(quán)利要求2所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:質(zhì)量球的兩個(gè)半 球采用密度不同的材質(zhì)制成。
5. 如權(quán)利要求2或3或4所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:所述質(zhì) 量球與球形空腔之間設(shè)置間隙,間隙內(nèi)充滿(mǎn)潤(rùn)滑液體或均勻設(shè)置滾珠。
6. 如權(quán)利要求5所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:永磁體在質(zhì)量球 上均勻布置,形成的磁場(chǎng)沿質(zhì)量球表面呈周期性變化,磁力線(xiàn)垂直于質(zhì)量球表面;線(xiàn)圈繞組 設(shè)置的個(gè)數(shù)與永磁體的設(shè)置個(gè)數(shù)一致,位置與之對(duì)應(yīng),線(xiàn)圈繞組的軸心垂直于質(zhì)量球表面。
7. 如權(quán)利要求6所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:所述線(xiàn)圈繞組的 內(nèi)部含有高磁導(dǎo)率磁芯,線(xiàn)圈繞組輸出連接到電能儲(chǔ)存和充電控制電路。
8. 如權(quán)利要求7所述球狀Halbach全方位動(dòng)能采集器,其特征在于:所述永磁體為圓 柱體結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)或不規(guī)則柱體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02K1/06GK104065180SQ201410307439
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】陳仁文, 袁紅衛(wèi), 任龍 申請(qǐng)人:南京思倍潤(rùn)信息科技有限公司