一种电磁式振动能量收集装置

摘要

本发明涉及一种电磁式振动能量收集装置，属于新能源技术领域。本装置采用铁硼永磁材料作为永磁体，制备电磁式振动能量收集装置，铁硼永磁材料的剩余磁感应强度、矫顽力和最大磁能积都比较高，且机械性能和温度稳定性良好，价格便宜，可以有效提高装置的稳定性，本装置中的四片磁轭、振子、铁芯均采用硅钢软磁材料作为高导磁材料，硅钢软磁材料可以快速响应外界磁场的变化，并且获取比较高的磁感应强度，该材料易磁化、易退磁，且损耗低，可以减小磁电转换过程中的磁损耗，增大铁芯中磁感应强度，提高装置能量收集效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁式振动能量收集装置，属于新能源技术领域。

背景技术

近年来，作为新型环保能源，能量收集相关领域的研究，越来越受到重视，目前，能量收集技术的研究根据其工作原理的差异，主要分为三种方式：压电型能量收集技术、静电型能量收集技术和电磁型能量收集技术。压电型能量收集技术是利用压电材料的压电效应，当压电材料受力变形，其表面会产生等量异号的电荷，形成电场，外力消失后，压电材料又恢复到原来的不带电形态,并且，材料表面的电荷密度与外力大小成正比，由此将外界的振动能量转换为电能，常用的压电材料可以分为：无机压电材料、有机压电材料和复合压电材料。静电式能量收集器是由一个驻极体和一个极板组成的可变电容器，外部电源连接可变电容，产生原始电压差，可变电容的电容值因振动产生变化，从而将振动能量转换为电能。电磁型能量收集技术利用电磁感应原理，磁铁与线圈相对运动，线圈中磁通量发生变化，从而将振动能转换为电能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统电池无法满足无线传感器节点供电需求的问题，提供了一种电磁式振动能量收集装置。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电磁式振动能量收集装置，由弹性垫圈1、上磁轭2、圆环支柱3、线圈4、左磁轭5、右磁轭6、后磁轭7、上缓冲垫8、上衔铁9、永磁体10、下衔铁11、下缓冲垫12、底座13、前磁轭14、外壳15、封盖16组成。

所述的弹性垫圈1、上磁轭2、圆环支柱3、线圈4、左磁轭5、右磁轭6、后磁轭7、上缓冲垫8、上衔铁9、永磁体10、下衔铁11、下缓冲垫12、底座13、前磁轭14均位于外壳15内部，外壳15上部通过封盖16密封，上衔铁9、下衔铁11分别位于永磁体10的上方和下方，永磁体10高度为后磁轭7上齿宽的三倍，上缓冲垫8和下缓冲垫12分别位于上衔铁9、下衔铁11的上方和下方，永磁体10、上衔铁9、下衔铁11、上缓冲垫8和下缓冲垫12组合成的振子可在前磁轭14、后磁轭7、左磁轭5、右磁轭6的内部滑动，上缓冲垫8和下缓冲垫12可以起到保护振子的作用，左磁轭5和右磁轭6规格完全一致，前磁轭14和后磁轭7的规格完全一致，左磁轭5和右磁轭6分别与前磁轭14和后磁轭7的齿顶与齿底相对，呈交错状，齿顶宽度与齿底宽度相等，左磁轭5、右磁轭6、前磁轭14、后磁轭7上方为圆环支柱3，线圈4缠绕在圆环支柱3上。

所述的前磁轭14、后磁轭7、左磁轭5、右磁轭6的材质为硅钢，厚度为1.7mm、磁轭齿厚为1mm、磁轭齿宽为3mm。

所述的圆环支柱3的材质为硅钢，高度为8mm、直径为3mm。

所述的上衔铁9和下衔铁11的材质为硅钢，衔铁齿厚度为2mm、衔铁齿直径为9.4mm。

所述的永磁体10为铁硼永磁材料、上方为N极、下方为S极、直径为8.8mm、高度为3mm。

所述的弹性垫圈1的直径为7.2mm，厚度为2mm。

所述的上缓冲垫8和下缓冲垫12的直径为8.8mm，厚度为0.5mm。

本发明与其他技术相比，有益效果在于：

本装置采用铁硼永磁材料作为永磁体，制备电磁式振动能量收集装置，铁硼永磁材料的剩余磁感应强度、矫顽力和最大磁能积都比较高，且机械性能和温度稳定性良好，价格便宜，可以有效提高装置的稳定性，本装置中的四片磁轭、振子、铁芯均采用硅钢软磁材料作为高导磁材料，硅钢软磁材料可以快速响应外界磁场的变化，并且获取比较高的磁感应强度，该材料易磁化、易退磁，且损耗低，可以减小磁电转换过程中的磁损耗，增大铁芯中磁感应强度，提高装置能量收集效率，本装置在振动过程中，振子衔铁与磁轭上齿的相对位置发生周期性变化，从而改变磁轭上铁芯处的磁通量，在线圈中获得感应电动势圆筒式振动能量收集装置 在初始结构的基础上，将磁轭设置为四片，相对的磁轭与衔铁间的磁力互相抵消，克服了对称磁轭对衔铁的横向吸引力，显著提高了装置的工作效率，本装置采用的圆柱形衔铁改为工字型衔铁，削弱了边缘效应对装置性能的负面影响，同时进一步减少了漏磁，本装置通过减小了磁齿宽度，增加了单位时间内磁通量的交变次数，可以有效提高振动能量的收集效率。

附图说明

图1为装置内部零件结构图。

图2为装置内部整体结构图。

图3为装置外形图。

图中：1、弹性垫圈，2、上磁轭，3、圆环支柱，4、线圈，5、左磁轭，6、右磁轭，7、后磁轭，8、上缓冲垫，9、上衔铁，10、永磁体，11、下衔铁，12、下缓冲垫，13、底座，14、前磁轭，15、外壳，16封盖。

具体实施方式

为了使本发明的所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。

还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、图2和图3所示，一种电磁式振动能量收集装置，由弹性垫圈1、上磁轭2、圆环支柱3、线圈4、左磁轭5、右磁轭6、后磁轭7、上缓冲垫8、上衔铁9、永磁体10、下衔铁11、下缓冲垫12、底座13、前磁轭14、外壳15、封盖16组成。

所述的弹性垫圈1、上磁轭2、圆环支柱3、线圈4、左磁轭5、右磁轭6、后磁轭7、上缓冲垫8、上衔铁9、永磁体10、下衔铁11、下缓冲垫12、底座13、前磁轭14均位于外壳15内部，外壳15上部通过封盖16密封，上衔铁9、下衔铁11分别位于永磁体10的上方和下方，永磁体10高度为后磁轭7上齿宽的三倍，上缓冲垫8和下缓冲垫12分别位于上衔铁9、下衔铁11的上方和下方，永磁体10、上衔铁9、下衔铁11、上缓冲垫8和下缓冲垫12组合成的振子可在前磁轭14、后磁轭7、左磁轭5、右磁轭6的内部滑动，上缓冲垫8和下缓冲垫12可以起到保护振子的作用，左磁轭5和右磁轭6规格完全一致，前磁轭14和后磁轭7的规格完全一致，左磁轭5和右磁轭6分别与前磁轭14和后磁轭7的齿顶与齿底相对，呈交错状，齿顶宽度与齿底宽度相等，左磁轭5、右磁轭6、前磁轭14、后磁轭7上方为圆环支柱3，线圈4缠绕在圆环支柱3上。

所述的前磁轭14、后磁轭7、左磁轭5、右磁轭6的材质为硅钢、厚度为1.7mm、磁轭齿厚为1mm、磁轭齿宽为3mm。所述的圆环支柱3材质为硅钢、高度为8mm、直径为3mm。所述的上衔铁9和下衔铁11的材质为硅钢、衔铁齿厚度为2mm、衔铁齿直径为9.4mm。所述的永磁体10为铁硼永磁材料、上方为N极、下方为S极、直径为8.8mm、高度为3mm。所述的弹性垫圈1的直径为7.2mm，厚度为2mm。所述的上缓冲垫8和下缓冲垫12的直径为8.8mm，厚度为0.5mm。

如图1所示，上衔铁9对应右磁轭6齿底并对应后磁轭7齿顶，下衔铁11轴向中位与右磁轭6某齿顶轴向中位正对，同样上衔铁9轴向中位与后磁轭7某齿底轴向中位正对，磁力线从永磁体10的N极发出，先后经过上衔铁9、气隙、后磁轭7、圆环支柱3、上衔铁9、右磁轭6、气隙，最后经下衔铁11到达S极，此时，线圈4中磁感应强度达到最大值，随振子向上振动，上衔铁9与后磁轭7齿顶对应面积逐渐减小，,部分磁通不经圆环支柱3，直接由上衔铁9、气隙、右磁轭6或者后磁轭7、气隙，回到S极，形成两条副磁路，此时，磁通方向不变，圆环支柱3中磁感强度下降。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。