本發(fā)明涉及減振與振動發(fā)電產(chǎn)品領(lǐng)域，尤其涉及一種基于逆磁致伸縮原理的減振發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的發(fā)展，機械振動的問題越來越被船舶行業(yè)所關(guān)注，機械振動不僅造成大量能量的損失，而且會使設(shè)備產(chǎn)生疲勞，減少壽命。如今，振動的能量采集技術(shù)已經(jīng)成為科學研究的熱門，然而現(xiàn)有的振動發(fā)電設(shè)備由于功率小，成本高等原因難以推廣。因此，決定研究一種基于逆磁致伸縮原理的減振發(fā)電裝置。

目前，利用振動進行發(fā)電的方法主要有4種：

逆磁致伸縮式。超磁致伸縮材料具有機械能與電磁能間的雙向可逆換能效應,利用超磁致伸縮材料所具有的受力作用后發(fā)生磁致伸縮逆效應的特性,對振動能量進行收集,將振動機械能轉(zhuǎn)化為變化的磁能,再結(jié)合線圈的法拉第電磁效應,可以實現(xiàn)將振動機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電過程。這種振動發(fā)電方式機電耦合系數(shù)高，耐壓性好，電壓高，但是目前大多數(shù)利用逆磁致伸縮發(fā)電的裝置，需要安裝笨重的永磁體，導致裝置重量比較大，體積大。

永磁式。法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)時變的磁場產(chǎn)生電場，揭開了由磁發(fā)電的序幕。根據(jù)電磁感應定律，當導體回路中的磁通變化的時候，會在回路中產(chǎn)生感應電動勢。在導體回路中產(chǎn)生電動勢主要有三種：(1)感生電動勢，也叫變壓器電動勢。當導體回路中的磁感應強度隨時間發(fā)生變化時，導致導體回路中的磁通也發(fā)生改變，使得導體回路產(chǎn)生電動勢，這是變壓器的工作原理。(2)動生電動勢，也叫發(fā)電機電動勢。當導體回路中的磁感應強度不變，但是導體回路的整體或局部相對于磁媒質(zhì)存在運動，也會使得導體回路產(chǎn)生電動勢，這是發(fā)電機的工作原理。(3)感生電動勢和動生電動勢的疊加。當導體回路中的磁感應強度發(fā)生變化，并且導體回路相對于磁媒質(zhì)存在運動，此時產(chǎn)生的電動勢是感生電動勢與動生電動勢的疊加。永磁體不需要外部能量就可以在空間或相應器件內(nèi)產(chǎn)生一定的磁場分布，目前在各類電動機和發(fā)電機中的應用和發(fā)展日趨深入，是今后的一個發(fā)展方向。當永磁體與其周圍的感應線圈之間產(chǎn)生相對運動時，由于永磁體產(chǎn)生磁場分布的不均勻性，會使得感應線圈內(nèi)的磁感應強度發(fā)生改變，還會與周圍的分布有磁場的空氣媒質(zhì)產(chǎn)生相對運動，因此感應線圈內(nèi)產(chǎn)生的電動勢是由于線圈磁通變化和切割磁力線產(chǎn)生，如果外接負載，就可以實現(xiàn)電能的輸出。這種振動發(fā)電方式成本低，無需智能材料，但是在微機電系統(tǒng)情況下電壓低，易磨損。

壓電效應式。當某些電介質(zhì)晶體受到一定方向的外力作用而引起形變時，有相對位移在其內(nèi)部正負電荷中心產(chǎn)生而有了極化現(xiàn)象，同時在它的上下表面上有符號相反的極化電荷出現(xiàn)，其電荷密度隨著應力成比例變化。當取消外力后又重新恢復不帶電的狀態(tài)，這種只因為應變或應力的影響而不是因為外界電場的干擾，在晶體內(nèi)部有電極化產(chǎn)生的現(xiàn)象稱為正壓電效應或壓電效應。這種振動發(fā)電方式機電耦合系數(shù)高，壓電常數(shù)高，但是材料脆，高頻振動易疲勞，難阻抗匹配，電荷泄露嚴重，內(nèi)阻大。

靜電式?；谖⒁旱谓橘|(zhì)和差分電容器的靜電式微型，應用靜電式振動發(fā)電機主要由一對差分電容器和駐極體構(gòu)成，在駐極體產(chǎn)生的恒定電場極化下，差分電容器產(chǎn)生感應電荷；當微液滴介質(zhì)在外界振動激勵下運動，差分電容器發(fā)生變化，感應電荷將在差分電容器之間重新分布，從而在外電路中形成電流，實現(xiàn)將外界環(huán)境振動能轉(zhuǎn)換為電能。此種結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但是需要額外電壓源，容易短路。

同時，大多數(shù)利用振動發(fā)電的裝置，只能吸收來自振動源一個方向的振動，但是很多機械振動是來自多個方向的；大多數(shù)利用振動發(fā)電的裝置，體積小而且結(jié)構(gòu)脆弱，不能在振動較劇烈的設(shè)備上安裝，不具備陣列安裝的特點；大多數(shù)利用振動發(fā)電的裝置，由于材料脆弱需要安裝減振緩沖裝置時，在減振緩沖過程中便已經(jīng)損失了大部分振動能，能量利用效率低。

機械裝置安裝后剩余空間很有限，人們希望振動發(fā)電裝置占地面積小，具有多種功能。由此，一種安裝在振動源底座，兼具減振與發(fā)電功能的裝置走進人們的視野。

申請公布號為cn106026776a的發(fā)明公開了一種磁致伸縮薄膜式輪胎振動發(fā)電裝置，以超磁致伸縮薄膜為核心元件,用兩塊條形磁鐵為超磁致伸縮薄膜提供偏置磁場,以拾取線圈拾取發(fā)電過程產(chǎn)生的電能,實現(xiàn)了將汽車輪胎行進過程產(chǎn)生的振動能量轉(zhuǎn)化為電能輸出的能量收集過程。但是該發(fā)明存在磁導率低，性能受溫度影響大，結(jié)構(gòu)復雜，材料脆的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明致力于提供一種使裝置在做到減振，發(fā)電的前提下做到低成本，結(jié)構(gòu)強度好，體積小，耐受復雜振動環(huán)境的基于逆磁致伸縮原理的減振發(fā)電裝置。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的減振發(fā)電裝置包括：減振模塊(壓電橡膠隔振器)，振動轉(zhuǎn)換模塊(六自由度平臺)，逆磁致發(fā)電模塊(加壓螺母，頂桿二，預壓彈簧，磁致伸縮棒，外殼，底座，感應線圈，偏致線圈)，電池模塊(可充電鋰電池及其相關(guān)電路)。所屬減振模塊置于振動轉(zhuǎn)換模塊上方；所屬逆磁致發(fā)電模塊，電池模塊鑲嵌于振動轉(zhuǎn)換模塊的底座中。

優(yōu)選地，所采用的橡膠隔振器采特制柔性的壓電橡膠制成，具有抗疲勞性能，減振性能好，能回收減振過程損失的能量的作用；所述的電池模塊中的電路具有防過度充電功能，而且電池模塊能同時進行充電與供電；所述的偏致線圈能代替?zhèn)鹘y(tǒng)逆磁致伸縮發(fā)電裝置中的永磁體，產(chǎn)生偏致磁場；偏致電流由電池模塊提供；六自由度平臺的底板中鑲嵌3個逆磁致發(fā)電模塊。

基于逆磁致伸縮效應的減振發(fā)電裝置工作原理如下：來自振動源的振動傳遞給減振模塊，減振模塊由壓電材料制成。減振模塊起到減振緩沖，能量回收的功能。緩沖后的振動傳遞給振動轉(zhuǎn)換模塊，振動轉(zhuǎn)換模塊可將來自振動源不同方向的振動轉(zhuǎn)換為一個方向的振動，并將振動傳遞給逆磁致發(fā)電模塊進行發(fā)電，并將電能儲存在電池模塊中。由于逆磁致發(fā)電模塊中運用偏致線圈產(chǎn)生偏致磁場，因此電池模塊還需要提供少量的電能給逆磁致發(fā)電模塊。最后，經(jīng)過緩沖后的振動傳遞給地面。

本發(fā)明同時提供一種減振發(fā)電的方法。

本發(fā)明的有益效果：

生產(chǎn)成本低，易于固定，能耐受較惡劣的振動環(huán)境，高效發(fā)電，易于擴容，體積小重量輕。此裝置結(jié)構(gòu)較簡單，穩(wěn)定性強，可陣列安裝。在非固定頻率振動，固定頻率振動的設(shè)備上都可安裝此裝置。對于大型振動源也可以陣列安裝，例如安裝到正方形底座的四個角上。除了發(fā)電與減振緩沖的作用外，裝置中還可以鑲嵌傳感器與無限傳感設(shè)備，利用電池模塊來工作。從而起到振動監(jiān)控，溫度預警，噪聲監(jiān)控等多種功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所代表的一種減振發(fā)電裝置的簡圖。

圖2為振動轉(zhuǎn)換模塊的簡圖。

圖3為逆磁致發(fā)電裝置裝配圖。

圖4為逆磁致發(fā)電模塊簡圖。

圖5為本發(fā)明帶來的一種減振發(fā)電方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

一種基于逆磁致伸縮原理的減振發(fā)電裝置，包括減振模塊、振動轉(zhuǎn)換模塊、逆磁致發(fā)電模塊、電池模塊，其特征在于：減振模塊位于振動轉(zhuǎn)換模塊上方，逆磁致發(fā)電模塊、電池模塊鑲嵌于振動轉(zhuǎn)換模塊的底座中。

參見圖1，減振發(fā)電裝置，包括：底座1、六自由度平臺2、頂桿一3、緊固螺釘一4、壓電橡膠隔振器5。來自振動源的振動傳至壓電橡膠隔振器5，壓電橡膠隔振器5起到減振的作用，同時利用壓力發(fā)電，將一部分在減振過程中損失的振動能進行能量回收。緩沖后的振動傳至六自由度平臺2中，來自各個方向的振動將被轉(zhuǎn)換為豎直方向的振動，進而傳遞給底座1中的逆磁致發(fā)電裝置。

參見圖2，振動轉(zhuǎn)換模塊(六自由度平臺)簡圖。由上平臺8，下平臺9，支撐桿10組成，每兩個支撐桿10的末端形成一個支撐球7.

參見圖3，逆磁致發(fā)電模塊。逆磁致發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)包括偏致線圈與發(fā)電線圈11、預壓彈簧12、頂桿二13、緊固螺釘二14、磁致伸縮棒15、外殼16，逆磁致發(fā)電裝置6安裝于六自由度平臺2的下平臺9中，且逆磁致發(fā)電裝置6的頂桿二13正好與支撐球7接觸。緩沖后的振動從而通過支撐球7傳遞給頂桿二13。

參見圖4，逆磁致發(fā)電模塊圖。偏致線圈與發(fā)電線圈11捆綁在一起。來自電池模塊的電流供給偏致線圈，偏致線圈從而提供發(fā)電所需的偏致磁場。預壓彈簧12一方面可以保護磁致伸縮棒15，一方面可以使得材料的磁致伸縮增大，提高發(fā)電效率。頂桿二13將振動傳遞給磁致伸縮棒15，磁致伸縮棒15受到變化的壓力后，將產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在發(fā)電線圈中將產(chǎn)生變化的電流。電流被收集到安裝在六自由度平臺2的下平臺9中的電池模塊中。

參見圖5，一種減振發(fā)電方法的流程圖。提供一種減振發(fā)電方法，該方法的步驟為：(1)來自振動源的振動傳遞給減振模塊，減振模塊由壓電材料制成；(2)緩沖后的振動傳遞給振動轉(zhuǎn)換模塊，振動轉(zhuǎn)換模塊將來自振動源不同方向的振動轉(zhuǎn)換為一個方向的振動，并將振動傳遞給逆磁致發(fā)電模塊，進行發(fā)電，并將電能儲存在電池模塊中；(3)電池模塊還需要提供少量的電能給逆磁致發(fā)電模塊；(4)經(jīng)過緩沖后的振動傳遞給地面。

來自振動源的振動傳遞給減振模塊，減振模塊可以由壓電材料制成。減振模塊可以起到減振緩沖，能量回收的功能。緩沖后的振動傳遞給振動轉(zhuǎn)換模塊，振動轉(zhuǎn)換模塊可以將來自振動源不同方向的振動轉(zhuǎn)換為一個方向的振動，并將振動傳遞給逆磁致發(fā)電模塊，進行發(fā)電，并將電能儲存在電池模塊中。由于逆磁致發(fā)電模塊中運用偏致線圈產(chǎn)生偏致磁場，因此電池模塊還需要提供少量的電能給逆磁致發(fā)電模塊。最后，經(jīng)過緩沖后的振動傳遞給地面。整個裝置起到減振與發(fā)電兩個作用，而且結(jié)構(gòu)經(jīng)湊，發(fā)電效率高，減振效果好。

主體由底座1、六自由度平臺2、頂桿一3、緊固螺釘一4、壓電橡膠隔振器5構(gòu)成，六自由度平臺2嵌于底座1上方，頂桿一3和緊固螺釘一4固定在六自由度平臺2上表面，壓電橡膠隔振器5環(huán)繞在外側(cè)，與底座1和六自由度平臺2上表面接觸并固定，與頂桿一3和緊固螺釘一4之間形成階梯狀的空腔。

減振模塊由頂桿一3、緊固螺釘一4和壓電橡膠隔振器5構(gòu)成，頂桿一3為階梯型的圓柱體，環(huán)向均勻開有螺孔，大小與緊固螺釘一4吻合；頂桿一3與壓電橡膠隔振器5之間留有空隙。

振動轉(zhuǎn)換模塊由支撐球7、上平臺8、支撐桿9和下平臺10組成，下平臺10也是底座1，上平臺8直徑小于下平臺10的直徑，上平臺8和下平臺10上各均勻分布三個支撐球7，上下支撐球7交錯分布，通過長度相等的六個支撐桿9依次連接。

逆磁致發(fā)電模塊包括偏致線圈與發(fā)電線圈11、預壓彈簧12、頂桿二13、緊固螺釘二14、磁致伸縮棒15、外殼16，外殼16內(nèi)留有空腔，上部有通孔；磁致伸縮棒15位于外殼16底部，四周纏繞有偏致線圈與發(fā)電線圈11，磁致伸縮棒15與偏致線圈與發(fā)電線圈11之間留有空隙；頂桿二13與外殼16通孔大小一致，穿過通孔與磁致伸縮棒15接觸，在磁致伸縮棒15和外殼16之間的頂桿二13周圍固定預壓彈簧12，頂桿二13四周有螺紋，與緊固螺釘二14螺孔大小一致；緊固螺釘二14外殼16上側(cè)接觸，環(huán)繞在頂桿二13四周。

電池模塊由可充電電池以及相關(guān)電路組成，鑲嵌在底座1中。