一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，包括殼體，以及位于殼體內(nèi)部的拾振系統(tǒng)和感應(yīng)線圈，所述拾振系統(tǒng)位于所述感應(yīng)線圈內(nèi)部，所述拾振系統(tǒng)包括多個(gè)拾振彈簧，每個(gè)拾振彈簧的一端與殼體相連，另一端分別固定連接一個(gè)永磁鐵，所述多個(gè)拾振彈簧的振動(dòng)方向與所述線圈的軸線方向平行。本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置對(duì)環(huán)境振動(dòng)的頻率要求不高,可以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的電磁發(fā)電裝置具有的電壓不穩(wěn)定和功率不連續(xù)的缺點(diǎn),即使環(huán)境頻率變化時(shí),其產(chǎn)生的電能也不會(huì)急劇下降,并且,產(chǎn)生的電能也比現(xiàn)有技術(shù)大很多，總的電能可以為無(wú)線傳感系統(tǒng)提供動(dòng)力，這樣可以確保無(wú)線傳感系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的工作。
【專利說(shuō)明】
一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，屬于電磁發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著無(wú)線電通訊與微機(jī)電系統(tǒng)(M1-cor-Elect-Mechanical System,MEMS)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得微電子設(shè)備，微傳感器和可攜帶電子器件等微型機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，尤其在嵌入式系統(tǒng)，人體健康檢測(cè)系統(tǒng)，環(huán)境控制系統(tǒng)，聲納系統(tǒng)，以及軍事安全應(yīng)用系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通常，這些設(shè)備依靠傳統(tǒng)電池提供能量，如鋰聚合物電池，鎳氫電池等，但傳統(tǒng)電池存在明顯的缺陷:
[0003](I)相對(duì)于微型機(jī)電設(shè)備其體積仍然較大，限制了微型機(jī)電設(shè)備的進(jìn)一步微型化；
[0004](2)電池化學(xué)毒性污染嚴(yán)重；
[0005](3)供能壽命有限。
[0006]由于傳統(tǒng)電池這些的缺陷，各國(guó)研究者研究從周圍環(huán)境中收集能量，目的是取代傳統(tǒng)電池為微型機(jī)電設(shè)備供電。通常把利用一種技術(shù)從周圍環(huán)境中獲取能量并將其轉(zhuǎn)化為可利用能量的過(guò)程稱作能量收集，由于環(huán)境中機(jī)械振動(dòng)是最為常見且廣泛存在的一種能量存在形式，通過(guò)能量收集技術(shù)收集振動(dòng)能，用于補(bǔ)充或取代電池具有極大的運(yùn)用前景。
[0007]21世紀(jì)以來(lái)，該研究方向已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，目前各國(guó)研究者提出的振動(dòng)能量收集技術(shù)主要包括:電磁式能量收集技術(shù)，靜電式能量收集技術(shù)，壓電式能量收集技術(shù)，磁致伸縮式能量收集技術(shù)以及復(fù)合式能量收集技術(shù)。靜電式能量收集器一般需要被引導(dǎo)，即它在開始產(chǎn)生電能之前，需要一個(gè)外部電源在可變電容之間產(chǎn)生原始電壓差。壓電式能量收集技術(shù)的機(jī)理是基于壓電材料的正壓電效應(yīng)把振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)受到某固定方向外力作用時(shí)，壓電材料會(huì)產(chǎn)生形變，內(nèi)部產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生等量異號(hào)的束縛電荷，電荷的面密度與所受外力的大小成正比，當(dāng)外力撤去后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，當(dāng)外力作用方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變，由此將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。但是目前壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化的效率特別低，無(wú)法滿足無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的要求。
[0008]電磁式能量收集技術(shù)是把外界隨機(jī)的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為線圈回路或永磁體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使線圈回路內(nèi)磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。相對(duì)靜電式和壓電式能量收集技術(shù)，它的要求較低，不需要外部電源，效率也比壓電式相對(duì)高，但是現(xiàn)階段的電磁式發(fā)電機(jī)也有相當(dāng)大的缺陷:(I)只能在唯一頻率特定達(dá)到最大輸出電壓與功率，如果環(huán)境振動(dòng)頻率偏離設(shè)計(jì)頻率一點(diǎn)，所產(chǎn)生的電力急劇下降。(2)所產(chǎn)生的電能還是相對(duì)較低；(3)功率輸出不連續(xù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種對(duì)環(huán)境振動(dòng)頻率要求不高，產(chǎn)生電能較高，功率輸出連續(xù)的高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置。
[0010]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，包括殼體，以及位于殼體內(nèi)部的拾振系統(tǒng)和感應(yīng)線圈，所述拾振系統(tǒng)位于所述感應(yīng)線圈內(nèi)部，所述拾振系統(tǒng)包括多個(gè)拾振彈簧，每個(gè)拾振彈簧的一端與殼體相連，另一端分別固定連接一個(gè)永磁鐵，所述多個(gè)拾振彈簧的振動(dòng)方向與所述線圈的軸線方向平行。
[0011 ]所述多個(gè)拾振彈簧具有至少三組共振頻率。
[0012]所述感應(yīng)線圈纏繞在所述殼體內(nèi)壁，所述感應(yīng)線圈具有多層。
[0013]所述殼體為圓柱形，所述感應(yīng)線圈纏繞在所述圓柱形殼體內(nèi)壁上。
[0014]所述永磁鐵的另一端與所述殼體之間設(shè)置有緩沖裝置。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:本實(shí)用新型采用的拾振系統(tǒng)由多個(gè)磁鐵-彈簧裝置構(gòu)成的。每個(gè)磁鐵都有自己特定的固定共振頻率，線圈是靜止的，磁鐵運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)周圍環(huán)境有微振動(dòng)時(shí)，每個(gè)磁鐵振動(dòng)使線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，由于與每個(gè)磁鐵相連的彈簧具有不同的共振頻率，本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置對(duì)環(huán)境振動(dòng)的頻率要求不高，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的電磁發(fā)電裝置具有的電壓不穩(wěn)定和功率不連續(xù)的缺點(diǎn)，即使環(huán)境頻率變化時(shí)，其產(chǎn)生的電能也不會(huì)急劇下降，并且，產(chǎn)生的電能也比現(xiàn)有技術(shù)大很多，總的電能可以為無(wú)線傳感系統(tǒng)提供動(dòng)力，這樣可以確保無(wú)線傳感系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的工作。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為單個(gè)磁鐵一彈簧裝置的簡(jiǎn)化示意圖；
[0017]圖2為單個(gè)磁鐵一彈簧裝置的輸出電壓和功率隨外界振動(dòng)頻率變化的曲線圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置的輸出電壓和功率隨外界振動(dòng)頻率變化的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，為單個(gè)磁鐵一彈簧裝置的簡(jiǎn)化示意圖，該裝置放置于外界有振動(dòng)的環(huán)境中，外界振動(dòng)通過(guò)外殼傳送個(gè)彈簧K時(shí)，與彈簧K相連的磁鐵M也發(fā)生振動(dòng)，其周圍的磁場(chǎng)也發(fā)生變化，從而使位于其磁場(chǎng)中的線圈L中的磁通量變化，線圈L的兩端輸出電壓V。如圖2所示，為單個(gè)磁鐵一彈簧裝置時(shí)，線圈L輸出的電壓和功率隨外界振動(dòng)頻率變化的曲線圖。從圖中可以看出，其輸出的電壓不穩(wěn)定，功率不連續(xù)，只有當(dāng)外界振動(dòng)頻率和該彈簧的振動(dòng)頻率相同時(shí)，線圈L輸出的電壓和功率可以達(dá)到最大。
[0022]本實(shí)用新型提出了一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，如圖3所示，包括殼體I，以及位于殼體I內(nèi)部的拾振系統(tǒng)3和感應(yīng)線圈2，拾振系統(tǒng)3位于感應(yīng)線圈2內(nèi)部，拾振系統(tǒng)2包括多個(gè)拾振彈簧KI，K2，......Kn，每個(gè)拾振彈簧的一端與殼體I固定連接，另一端分別與永磁鐵Ml，
M2,......Mn固定連接，拾振彈簧Kl，K2，......Kn的振動(dòng)方向與線圈的軸線方向平行，使拾振彈簧由于外界振動(dòng)而帶動(dòng)永磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)，能使感應(yīng)線圈中的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出電壓與功率。
[0023]其中，拾振彈簧Kl，K2，……Kn具有多組共振頻率，其中，至少為三組共振頻率。與拾振彈簧相連的永磁鐵也具有至少三組共振頻率，從而使該電磁發(fā)電裝置的輸出電壓和功率在不同頻率的外界振動(dòng)下保持連續(xù)。
[0024]其中，纏繞在殼體I內(nèi)部的感應(yīng)線圈2可以為多層感應(yīng)線圈，從而可以增加該電磁發(fā)電裝置的輸出電壓和功率。
[0025]其中，殼體I可以為圓柱形，從而感應(yīng)線圈2纏繞在該圓柱形殼體I內(nèi)壁上，形成圓柱形線圈，使本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置易于組裝和成型。
[0026]此外，永磁鐵M1，M2，……Mn的另一端與殼體I之間設(shè)置有緩沖裝置Hl，H2……Hn，避免了彈簧Kl，K2，……Kn帶動(dòng)永磁鐵Ml ,M2,……Mn振動(dòng)時(shí)對(duì)殼體I形成的撞擊。
[0027]如圖4所示，為本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置的輸出電壓和功率隨外界振動(dòng)頻率變化的曲線圖，從圖中可以看出，本實(shí)用新型的電磁發(fā)電裝置的輸出電壓和功率隨外界振動(dòng)頻率變化不明顯，對(duì)外界頻率變化不敏感，產(chǎn)生的電能也比單個(gè)磁鐵一彈簧裝置大很多，該裝置輸出的電能可以為無(wú)線傳感系統(tǒng)提供動(dòng)力，可以確保無(wú)線傳感系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的工作。
[0028]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效穩(wěn)定電磁發(fā)電裝置，其特征在于，包括殼體，以及位于殼體內(nèi)部的拾振系統(tǒng)和感應(yīng)線圈，所述拾振系統(tǒng)位于所述感應(yīng)線圈內(nèi)部，所述拾振系統(tǒng)包括多個(gè)拾振彈簧，每個(gè)拾振彈簧的一端與殼體相連，另一端分別固定連接一個(gè)永磁鐵，所述多個(gè)拾振彈簧的振動(dòng)方向與所述線圈的軸線方向平行，所述多個(gè)拾振彈簧具有至少三組共振頻率;所述殼體為圓柱形，所述感應(yīng)線圈具有多層;所述多層感應(yīng)線圈纏繞在所述圓柱形殼體內(nèi)壁上;所述永磁鐵的另一端與所述殼體之間設(shè)置有緩沖裝置。
【文檔編號(hào)】H02K35/02GK205681277SQ201620079531
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日 公開號(hào)201620079531.9, CN 201620079531, CN 205681277 U, CN 205681277U, CN-U-205681277, CN201620079531, CN201620079531.9, CN205681277 U, CN205681277U
【發(fā)明人】曹曉勇, 田珺, 高玉恒, 張真銘, 閆建勇, 王偉, 李娟娟, 梁思韜
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