專利名稱：振蕩型電磁發(fā)電機(jī)和制造振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振蕩型電》茲發(fā)電才幾，其通過例如使在長度方向上被磁化的多個(gè)柱狀》茲體振蕩或移動(dòng)通過多個(gè)電i茲線圈來產(chǎn)生
發(fā)電電壓；本發(fā)明還涉及制造振蕩型電,茲發(fā)電才幾的方法。特別地，本發(fā)明涉及一種振蕩型電》茲發(fā)電機(jī)，其通過使具有相同極性的磁極以指定的間隔相互相對來使多個(gè)》茲體^皮一體化，從而提高發(fā)電效率；本發(fā)明還涉及制造這種振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
近年來，便攜式電話終端和游戲機(jī)等便攜式電子設(shè)備已經(jīng)普及，并且內(nèi)置于這些設(shè)備中的可充電電池的數(shù)量越來越多。另外，隨著當(dāng)前無線電技術(shù)的發(fā)展，利用微小電力發(fā)送信號的RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)的應(yīng)用得到了擴(kuò)展。具體地，具有電源的有源RFID能夠進(jìn)行數(shù)百米以上距離的通信。因此，越來越期望將其應(yīng)用在牧場中牛、馬等的保健以及兒童在上下學(xué)路上的安全管理等中。
另一方面，為了保持或改善全球環(huán)境，積極地研究和開發(fā)對環(huán)境影響盡可能小的電池。其中普遍認(rèn)為，可以將通常被無益地以及無意識(shí)地消耗的能源轉(zhuǎn)換為電能來對電池重新充電，并且這種能源可以用作便攜式設(shè)備等的電源。
專利文獻(xiàn)l公開了采用如下系統(tǒng)的振蕩型發(fā)電機(jī)在該系統(tǒng)中，在長度方向上被磁化的多個(gè)永磁體被布置為具有相同極性的磁極以孩t小距離相互相對，且所述多個(gè)永》茲體#1一體化以提供可移動(dòng)磁體；以及，使得該可移動(dòng)磁體移動(dòng)通過以相鄰的線
4圈具有相反的極性的方式串聯(lián)連接的多個(gè)線圈。
專利文獻(xiàn)2公開了如下的發(fā)電機(jī)將多個(gè)磁體結(jié)合，使得具 有相同極性的》茲極面相互相對；并且以相鄰的線圏具有相反的 極性的方式串聯(lián)連接線圈。
專利文獻(xiàn)l:日本未審特開2006-296144號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :日本未審特開(PCT國際申請的日文譯 文)2006-523081號^^艮

發(fā)明內(nèi)容
同時(shí)，本申請的發(fā)明人研究了用于進(jìn)一步提高發(fā)電效率的 條件。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)構(gòu)建使用多個(gè)磁體和多個(gè)線圏的振 蕩型發(fā)電機(jī)的最重要的要求是使作為磁體的長度(磁體長度) 和微小距離(間隔器厚度)的總尺寸而給出的磁體間距，與作為 線圏長度和線圏間隙的總尺寸而給出的線圈間距相匹配。
如果不滿足上述要求，則利用多個(gè)線圈產(chǎn)生的電壓彼此相 位不同，并且各個(gè)電壓相互抵消，從而產(chǎn)生合成輸出電壓降低 的問題。然而，在專利文獻(xiàn)l中，沒有關(guān)于有必要使磁體間距與 線圈間距相匹配性的說明，并且也沒有,>開如何定義基準(zhǔn)磁體 長度。
另夕卜，專利文獻(xiàn)2中所公開的發(fā)電機(jī)的多個(gè)磁體和結(jié)構(gòu)組件 以如下方式直接結(jié)合具有相同極性的磁極相互相對，而不使 用任何間隔器。沒有任何線圈間隙地排列兩個(gè)或更多個(gè)線圈。 此外，對比文獻(xiàn)2沒有7>開如何具體地確定^茲體的尺寸和線圏的
尺寸來提高發(fā)電效率。
此外，如專利文獻(xiàn)2中所述，磁體的具有相同才及性的^茲極之 間直接連接，這將因退磁而導(dǎo)致發(fā)電效率降低。此外，由于具 有相同極性的磁極的排斥力相當(dāng)大，因此存在連接操作可能變得困難的問題。
本發(fā)明意圖通過闡明傳統(tǒng)的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)中未明確的 用于提高發(fā)電效率的特定條件，來提供一種比傳統(tǒng)的振蕩型電 磁發(fā)電機(jī)小^f旦具有高發(fā)電效率的振蕩型電f茲發(fā)電才幾。
本發(fā)明的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)，包括發(fā)電線圏，在所述發(fā) 電線圏中兩個(gè)或更多個(gè)電；茲線圏串聯(lián)連接，以及可移動(dòng),茲體， 其包括多個(gè)磁體，所述多個(gè)磁體被布置成相互面對的》茲極具有 相同的才及性，所述可移動(dòng),茲體位于所述發(fā)電線圏的內(nèi)部并且能 夠在沿所述發(fā)電線圈的纏繞軸的方向上移動(dòng)，其中，所述發(fā)電 線圏的所述兩個(gè)或更多個(gè)電》茲線圈以預(yù)定的線圈間隙相互間隔 開，并且是每相鄰的兩個(gè)線圈以相互相反的方向纟座繞的，所述 可移動(dòng)磁體的相鄰》茲體經(jīng)由具有預(yù)定厚度的間隔器連接，以使 得具有相同才及性的》茲才及相互相對，作為所述兩個(gè)或更多個(gè)電》茲
線圏中的 一個(gè)電磁線圏的線圈長度與所述線圈間隙的總尺寸的 線圏間距，基本上等于作為所述可移動(dòng)》茲體中的一個(gè)》茲體的i茲 體長度與所述間隔器的厚度的總尺寸的磁體間距，以及所述線 圏長度短于所述磁體長度。
此外，本發(fā)明的制造振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的方法，所述振蕩 型電磁發(fā)電機(jī)包括發(fā)電線圈以及可移動(dòng)磁體，在所述發(fā)電線圏 中兩個(gè)或更多個(gè)電磁線圈串聯(lián)連接，所述可移動(dòng)磁體包括多個(gè) 磁體，所述多個(gè)；茲體^皮布置成相互面對的f茲才及具有相同的才及性， 所述可移動(dòng)磁體位于所述發(fā)電線圏的內(nèi)部并且能夠在沿所述發(fā) 電線圈的纏繞軸的方向上移動(dòng)，其中，所述發(fā)電線圏的所述兩 個(gè)或更多個(gè)電》茲線圈以預(yù)定的線圏間隙相互間隔開，并且是每 相鄰的兩個(gè)線圈以相互相反的方向纏繞的，所述可移動(dòng)》茲體的 相鄰磁體經(jīng)由具有預(yù)定厚度的間隔器連接，以使得具有相同極 性的磁極相互相對，作為所述兩個(gè)或更多個(gè)電磁線圈中的 一 個(gè)
6電磁線圏的線圈長度與所述線圏間隙的總尺寸的線圏間距，基 本上等于作為所述可移動(dòng)磁體中的一個(gè)磁體的磁體長度與所述 間隔器的厚度的總尺寸的磁體間距，以及所述線圈長度短于所
述磁體長度，所述方法包括如下步驟制作具有預(yù)定的線圈直 徑、預(yù)定的每單位長度匝數(shù)并且所述線圏長度為所述線圏直徑 的至少三倍的電磁線圏；測量如下情況下的輸出電壓的上升特 性使得具有預(yù)定的磁體直徑并且具有與所述線圈長度基本上 相同的長度的磁體以預(yù)定的通過速度通過所述電磁線圈；根據(jù) 所測量到的所述上升特性，獲得從所述輸出電壓達(dá)到最大振幅 的10%時(shí)到所述輸出電壓達(dá)到所述最大振幅的90%時(shí)所經(jīng)過的 上升時(shí)間；以及將基本上為根據(jù)所述上升時(shí)間和所述通過速度 而獲得的長度的兩倍的長度定義為所述磁體間距的長度。
根據(jù)本發(fā)明，由于能夠?qū)Υ朋w的間隔器、磁體、線圏以及 線圏間隙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此能夠獲得發(fā)電效率提高了的振蕩 型電》茲發(fā)電才幾。
根據(jù)本發(fā)明，由于能夠在增大磁體數(shù)量和線圈數(shù)量情況下 實(shí)現(xiàn)振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此本發(fā)明對于獲得最大 發(fā)電電力是有效的。另外，由于能夠?qū)Υ朋w的間隔器、磁體、 線圈以及線圈間隙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此本發(fā)明對于減小發(fā)電機(jī) 的尺寸是有效的。


圖l是示出當(dāng)振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的一個(gè)柱狀磁體通過電磁 線圈時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓波形的例子的說明圖。
圖2是示出振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)的例子的截面圖。 圖3是示出當(dāng)可移動(dòng)磁體通過第一~第三電磁線圈時(shí)輸出 電壓波形的例子的示意圖。圖4是示出振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)的例子的截面圖。 圖5是示出當(dāng)?shù)谝缓偷诙朋w分別通過第一 第三電磁線
圏時(shí)輸出電壓波形的例子的說明圖。
圖6是示出由柱狀磁體在空中形成的磁場的分布的例子的
截面圖。
圖7是示出當(dāng)具有不同磁體長度的四個(gè)柱狀磁體分別通過 具有預(yù)定線圈長度的電磁線圈時(shí)輸出電壓波形的實(shí)際測量值的 例子的說明圖。
圖8是示出當(dāng)具有預(yù)定磁體長度的柱狀磁體通過具有不同 線圈長度的三個(gè)電磁線圏中的每個(gè)電磁線圈時(shí)輸出電壓波形的 實(shí)際測量值的例子的說明圖。
圖9A和圖9B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩型電磁發(fā)電 機(jī)的結(jié)構(gòu)的例子的外部立體圖。
圖IO是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的輸出 電壓波形的測量的例子的說明圖。
圖IIA、圖IIB和圖IIC是分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柱 狀磁體、磁體的間隔器和可移動(dòng)磁體的例子的外部結(jié)構(gòu)圖。
圖12A、圖12B和圖12C是分別示出由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的 柱狀磁體和可移動(dòng)磁體產(chǎn)生的磁通密度的例子的說明圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照圖1 圖12A、圖12B和圖12C說明本發(fā)明 的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，說明了將本發(fā)明應(yīng)用于如下振蕩型 電磁發(fā)電機(jī)的例子作為利用來自外部的振蕩移動(dòng)電磁線圏中 所設(shè)置的磁體的結(jié)果，該振蕩型電磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。
首先，在說明根據(jù)本發(fā)明的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)的具 體例子之前，參照圖1~圖3說明包括可移動(dòng)磁體和電磁線圈的發(fā)電機(jī)。
圖l示出了包括一個(gè)柱狀磁體2和一個(gè)電磁線圈l的振蕩型
電磁發(fā)電機(jī)10的結(jié)構(gòu)的例子，還示出了輸出電壓波形的例子。
振蕩型電磁發(fā)電機(jī)10的電磁線圈l的長度基本上與柱狀磁 體2的長度相等。此外，將柱狀磁體2沿電磁線圈1的纏繞軸方向 通過電磁線圏l時(shí)所獲得的輸出電壓表示為輸出電壓波形3。
輸出電壓波形3的波長基本上是磁體長度或線圏長度(電磁 線圏的長度)的兩倍，并且其波形周期基本上與正弦波的周期相 同。換言之，在圖l中，當(dāng)將輸出電壓波形的水平軸用作時(shí)間軸 時(shí)， 一 個(gè)周期的時(shí)間對應(yīng)于將為磁體長度兩倍的距離除以通過 速度所獲得的值。
順便提及，根據(jù)本發(fā)明的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)包括電磁線圈 和移動(dòng)穿過電^茲線圈的可移動(dòng)石茲體。可移動(dòng)》茲體包括兩個(gè)或更 多個(gè)相連接的磁體，4吏得具有相同極性的》茲才及相互相對。另夕卜， 串聯(lián)連接電磁線圏，使得相鄰的線圏具有相反的極性。然后， 將可移動(dòng)磁體移動(dòng)穿過電磁線圏而從各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的輸出 電壓相加，以此獲得根據(jù)本發(fā)明的振蕩型電》茲發(fā)電機(jī)的輸出電 壓。此時(shí)，各電磁線圈產(chǎn)生的輸出電壓的波形類似于圖l所示的 電壓波形。另外，重要的是使從所有線圈產(chǎn)生的電壓的相位相 匹配，并使通過將來自各個(gè)線圈的電壓相加而獲得的輸出電壓 最高。為此，需要使磁體間距與線圈間距基本相同，其中，磁 體間距為磁體長度與磁體的間隔器的厚度之和，線圈間距為線 圈長度與線圈間隙之和。
另外，如果磁體由相同的材料制成，則為了獲得發(fā)電效率 較高的小型發(fā)電機(jī)，如何通過短的磁體長度獲得較大的輸出電 壓成為重要的挑戰(zhàn)。為此，本發(fā)明的發(fā)明人在各種條件下驗(yàn)證 了根據(jù)本發(fā)明的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的特性。
9圖2是包括三個(gè)電》茲線圈(即第 一 電i茲線圈21 、第二電》茲線 圏22和第三電》茲線圈23)和由 一個(gè)磁體構(gòu)成的可移動(dòng)》茲體25的 振蕩型電^茲發(fā)電才幾20的截面圖。
相鄰的電》茲線圈以預(yù)定的間隙24相互間隔開。這些電；茲線 圈的線圏纏繞方向?yàn)槊績蓚€(gè)相鄰的線圈相互相反，即，這些線 圈分別按正、反和正的方向纏繞。將串聯(lián)連接的第一電磁線圈 21、第二電磁線圈22和第三電磁線圏23統(tǒng)稱為發(fā)電線圏26?？?移動(dòng)磁體25的長度等于線圈長度與線圈間隙之和(例如，電磁線 圏21與間隙24的總長度)。
圖3是當(dāng)可移動(dòng)/f茲體25通過以極性分別為正、反和正的方向 的方式串聯(lián)連接的第 一 電磁線圏21 、第二電磁線圏22和第三電 磁線圈23時(shí)，輸出電壓波形的示意圖。圖3中水平軸的刻度是與 磁體長度(=線圈長度+間隙)相對應(yīng)的時(shí)間刻度。
在圖3中，圖中的各個(gè)數(shù)字表示每個(gè)電磁線圏的輸出電壓與 合成輸出電壓之間的振幅比。
第 一 電磁線圈21 、第二電磁線圈22和第三電》茲線圏23的極 性分別為正、反和正方向。因此，第一電^茲線圈21、第二電萬茲 線圏22和第三電磁線圏23中產(chǎn)生的電壓根據(jù)與磁體長度相對應(yīng) 的時(shí)間發(fā)生了相位上的偏移，并且極性也發(fā)生改變。
另夕卜，由于第一電f茲線圏21、第二電,茲線圈22和第三電f茲 線圈23串聯(lián)連接，因此，輸出電壓是通過將從第一 第三電磁 線圏21 23產(chǎn)生的電壓相加所得到的合成電壓。此時(shí)，獲得圖3 所示的合成輸出電壓波形。
接著，將參照圖4的截面圖說明根據(jù)本發(fā)明的振蕩型電磁發(fā) 電機(jī)40的結(jié)構(gòu)的例子。
振蕩型電》茲發(fā)電機(jī)4 0包括三個(gè)電磁線圈(第 一 電磁線圈41 、 第二電》茲線圈42和第三電,茲線圈43)和由多個(gè)^茲體構(gòu)成的可移說明書第8/17頁
動(dòng)磁體48。
相鄰的電》茲線圈以預(yù)定的間隙44相互間隔開。這些線圈的 線圈纏繞方向?yàn)槊績蓚€(gè)相鄰的線圏相互相反，即，這些線圈分 別按正、反和正的方向纏繞。將串聯(lián)連接的第一電磁線圈41、 第二電f茲線圈42和第三電》茲線圏43統(tǒng)稱為發(fā)電線圈49。
可移動(dòng)》茲體48包括具有相同的長度且在長度方向上祐J茲化 的兩個(gè)》茲體45和46,并且通過由非i茲性材料制成的、具有預(yù)定 厚度的間隔器47將磁體45和46連接為一體，使得具有相同極性 的f茲一及相互相對。
萬茲體間距51等于線圈間距52,其中，f茲體間距51為^茲體長 度和間隔器47的厚度的總尺寸，線圈間距52為電磁線圏長度和 電磁線圈間隙的總尺寸。此外，在這種情況下，優(yōu)選為線圏長 度短于磁體長度。
圖5是當(dāng)兩個(gè)》茲體45和46通過如圖4所示的以極性分別為 正、反和正方向的方式依次連接的第一電^茲線圏41、第二電磁 線圏42和第三電磁線圈43時(shí)，輸出電壓波形的示意圖。在圖5 中，圖中的各數(shù)字表示每個(gè)電磁線圈的輸出電壓與合成輸出電 壓之間的才展幅比。
當(dāng)具有不同極性的兩個(gè)磁體45和46通過每個(gè)電磁線圈時(shí)， 各電^f茲線圏產(chǎn)生據(jù)與,茲體長度相對應(yīng)的時(shí)間發(fā)生了相位偏移 的電壓。作為這些電壓之和而提供的輸出電壓具有如圖5所示的 合成輸出電壓波形。
如圖2和圖4所示，在振蕩型電磁發(fā)電機(jī)20和40中，相互接 近地設(shè)置磁體和電》茲線圈。因此，如圖3和圖5所示，存在如下 的基本屬性輸出電壓被合成，并且合成輸出電壓的振幅的一 部分被放大了數(shù)倍。利用這種基本屬性，本發(fā)明的發(fā)明人旨在 增大來自振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的輸出電力。并且，在本發(fā)明的振
ii蕩型電磁發(fā)電機(jī)中，使磁體間距51與線圈間距52相等是非常重 要的。這里，將參照圖6說明由柱狀i茲體60在空中形成的》茲場的分 布。圖6是示出由柱狀磁體60在空中形成的f茲場的典型分布的截面圖。由圖6顯然可知，在磁體的端部表面附近的磁場可以到達(dá)遠(yuǎn) 離與柱狀磁體60的長度相對應(yīng)的區(qū)域的位置。此外，圖6還示出 了在柱狀磁體6 0的端部表面附近的磁場的方向不與柱狀磁體6 0 的長度方向相平行。因此，需要通過設(shè)計(jì)線圈長度短于磁體長 度，來使電磁線圈有效耦合至與》茲體的長度方向相平行的》茲場。至此，已經(jīng)說明了為了提高發(fā)電效率，需要使磁體間距與 線圏間距相等并且設(shè)計(jì)線圈長度短于磁體長度。在下文中，將 說明用于確定最適合于提高發(fā)電效率的磁體長度和磁體間距的 方法。圖7示出通過使具有不同磁體長度的四個(gè)不同的柱狀磁體 以1.2 m / s的速度通過具有預(yù)定線圈長度的電磁線圈而獲得的輸 出電壓的實(shí)際測量值的例子。這四個(gè)不同的柱狀磁體具有同 一直徑4mm,但分別具有不 同的i茲體長度8mm、 16mm、 24mm和32mm。電f茲線圏的內(nèi)徑為6mm，每單位長度的匝H為60,并且線 圏長度為30mm。由圖7顯然可知，對于所有磁體長度的情況，磁體長度增加 時(shí)輸出電壓的上升特性基本相同。此外，當(dāng)^茲體長度從8mm增 加到16 m m時(shí)，輸出電壓的峰值增力口 ，但即使當(dāng)磁體長度從16 m m 增加到32mm時(shí)，輸出電壓的峰值也基本恒定。然而，隨著磁體 長度的增加，輸出電壓峰值的持續(xù)時(shí)間增加。此外，如圖7所示，對于各磁體長度，輸出電壓的上升特性基本不變。因此，可以確信限定上升特性的因素包括磁體的直 徑和電》茲線圈的尺寸，尤其是電》茲線圈的內(nèi)徑。因此，可以通 過使電f茲線圈的內(nèi)徑接近磁體的直徑來更多地縮短上升時(shí)間。這里，注意產(chǎn)生最大輸出電壓的長度為16mm、 24mm和 32mm的柱狀磁體，從圖7所示的輸出電壓的上升特性獲得從輸 出電壓達(dá)到最大值的10%時(shí)到輸出電壓到達(dá)最大值的90%時(shí)所 經(jīng)過的時(shí)間。在這種情況下，如圖所示，該時(shí)間約為5ms。此 時(shí)，磁體的移動(dòng)速度為1.2m/s,因此與5ms的上升時(shí)間的兩倍相 對應(yīng)的移動(dòng)距離為1.2(m/s)x5(ms)x2=12mm。換言之，可以說12 m m的磁體長度使得輸出電壓基本等于最 大值，同時(shí)使得能夠提供最短的磁體長度。圖8示出當(dāng)預(yù)定磁體長度的柱狀磁體通過具有不同線圈長 度的三個(gè)不同的電^f茲線圈時(shí)，輸出電壓的實(shí)際測量值的例子。牙主4犬f茲體的直^至為4mm，》茲體長度為8mm。電磁線圈具有相同的每單位長度匝數(shù)，但分別具有不同的 線圏長度7mm、 10mm和30mm。由圖8顯然可知，在磁體長度為8mm的情況下，即使線圈長 度從7mm增加至10mm,輸出電壓也僅會(huì)輕樣史增加。并且，即使 線圈長度乂人7mm增加至3 Omm,輸出電壓的最大振幅也基本恒定 (約為0.5V)。即，如圖8所示，對于一個(gè)長度為8mm的磁體，如果將線圈 長度設(shè)置為與8mm的磁體長度基本上相等，則輸出電壓幾乎達(dá) 到最大值(飽和電壓)。參照圖7和圖8，作為例子說明了可移動(dòng)》茲體具有一個(gè)磁體 的振蕩型發(fā)電機(jī)。相反，在由多個(gè)電磁線圈和包括多個(gè)磁體(至 少兩個(gè)或更多個(gè))的可移動(dòng)磁體構(gòu)成的振蕩型發(fā)電才幾40的情況 下，可以在類似的條件下選擇相對于預(yù)定的線圈尺寸達(dá)到最大輸出電壓的最短》茲體間距。換言之，通過使磁體間距與線圈間距相等可以在減小振蕩型發(fā)電機(jī)的40的整體尺寸的同時(shí)獲得高的發(fā)電效率，其中，磁體間距為磁體長度和間隔器厚度的總尺寸，線圏間距為線圏長 度和線圏間隙的總尺寸。這里，優(yōu)選地，在磁體間距等于線圏 間距的同時(shí)，線圈長度短于磁體長度。因此，在包4舌多個(gè)》茲體和多個(gè)電》茲線圏的l展蕩型電》茲發(fā)電才幾40的情況下，可以選才奪相對于預(yù)定的電,茲線圈大小達(dá)到最大 輸出電壓的最短磁體間距。因此，能夠獲得具有高的發(fā)電效率 的振蕩型電》茲發(fā)電機(jī)40,即使它們的尺寸小。以下將說明用于獲得用以提高發(fā)電效率的最佳磁體間距的 過程。(1) 首先，準(zhǔn)備具有預(yù)定的線圈直徑、預(yù)定的每單位長度 臣數(shù)并且線圈長度為線圈直徑的至少三倍的電磁線圈。(2) 接著，使得具有預(yù)定的磁體直徑并且與線圏長度基本 上相同的長度的》茲體以恒定速度通過電》茲線圈，并測量此時(shí)輸 出電壓的上升特性。(3) 基于所得到的上升特性，確定從輸出電壓達(dá)到最大振 幅的10%時(shí)到輸出電壓達(dá)到最大振幅的90%時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間。的距離的兩倍的長度定義為理想的^茲體間距。在獲得磁體間距后，在將電磁線圈的線圈長度與線圏間隙 的總尺寸設(shè)為與磁體間距相等且磁體長度長于前述電磁線圏的 線圏長度的條件下，確定線圈間隙和磁體的間隔器的尺寸條件。 因此，能夠獲得如下的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)，其可以獲得接近最 大輸出的電壓并且發(fā)電機(jī)主體的尺寸最小化。在上面的說明中，預(yù)定的線圈直徑、預(yù)定的每單位長度匝電磁發(fā)電機(jī) 40的典型外部結(jié)構(gòu)。圖9A是振蕩型電磁發(fā)電機(jī)40的立體圖，其中各組件已被拆分。圖9B是各組件組裝后的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)40的局部透視 圖，其中局部透視地示出組件中的外殼55。第一電磁線圈41、第二電磁線圏42和第三電磁線圏43以電 磁線圏間隙44的間隔，繞用于容納可移動(dòng)》茲體48的柱狀外殼55 的外周表面纏繞。第一 第三電磁線圈41 43串聯(lián)連接。此外， 這些電f茲線圈以相互相反的方向，即分別以正、反和正的纏繞 方向進(jìn)行纏繞。從第 一 電》茲線圏41和第三電磁線圈43分別引出線圈端子 53,并且線圏端子53連接至圖中未示出的外部組件(負(fù)載)。為了將可移動(dòng)磁體48容納在外殼55中，將端蓋56分別安裝 至外殼55的兩端。端蓋56由能夠減輕對可移動(dòng)磁體的擠壓的樹 脂等制成?？梢苿?dòng)磁體48平滑地移動(dòng)通過外殼55,結(jié)果可移動(dòng)磁體48 沿第 一 第三電^茲線圈41~43的纏繞軸方向移動(dòng)通過第一~第三 電磁線圏41~43。因此，第一 第三電磁線圈41 43產(chǎn)生電壓并 用作發(fā)電機(jī)。這里，將參照圖10說明使用振蕩型電磁發(fā)電機(jī)4 0實(shí)際獲得 的輸出電壓波形的實(shí)際測量值的例子?？梢苿?dòng)磁體由兩個(gè)直徑為4mm、長度為8mm的Nd (釹)磁體 構(gòu)成，其中，經(jīng)由厚度為l,5mm的間隔器連接兩個(gè)Nd(釹)磁體， 以使得具有相同才及性的^茲極相互相對。茲 線圈的纏繞軸方向移動(dòng)通過電磁線圈時(shí)獲得的輸出電壓波形。將圖10與圖5所示的合成輸出電壓的波形進(jìn)行比較，兩者非 常一致?？梢哉f這表明了參照圖1 圖5說明的內(nèi)容的有效性。這里，將參照圖11A、圖IIB和圖IIC以及圖12A、圖12B和 圖12C說明在間隔器的材料互不相同的情況下各個(gè)可移動(dòng)磁體 的磁通密度的例子。圖IIA、圖IIB和圖IIC示出柱狀,茲體和經(jīng)由間隔器連接柱 狀磁體的可移動(dòng)》茲體的典型結(jié)構(gòu)。圖11A示出柱狀》茲體61的結(jié)構(gòu)的例子。柱狀》茲體61的軸向 長度約為10mm,直徑約為5mm。圖11B示出各間隔器71和81的結(jié)構(gòu)的例子。作為非磁性材 料，用于形成間隔器71的材料可以使用例如樹脂。作為磁性材 料，用于形成間隔器81的材料可以使用例如純鐵。間隔器71和 81的軸向長度均為約2mm,直徑均為約5mm。圖11C示出各可移動(dòng)》茲體70和80的結(jié)構(gòu)的例子?？梢苿?dòng)》茲 體7 0由經(jīng)由采用非^磁性材料制成的間隔器71以具有相同極性的 磁才及相互相對的方式連4妄的三個(gè)柱狀^茲體61構(gòu)成。另 一方面， 可移動(dòng)磁體8 0由經(jīng)由采用磁性材料制成的間隔器81以具有相同 極性的^ 茲才及相互相對的方式連接的三個(gè)柱狀,茲體61構(gòu)成。圖12A、圖12B和圖12C示出由柱狀》茲體61以及可移動(dòng)^茲體 70和80產(chǎn)生的、沿磁體的長度方向在柱狀磁體61以及可移動(dòng)磁 體7 0和8 0的表面附近的磁通密度的測量結(jié)果的例子。圖12A示出 一個(gè)柱狀磁體61的磁通密度的測量結(jié)果。圖12B示出可移動(dòng)磁體70的磁通密度的測量結(jié)果。
圖12C示出可移動(dòng)^茲體80的》茲通密度的測量結(jié)果。
在圖12A、圖12B和圖12C中，表示》茲通密度的垂直軸設(shè)置 有等間距的標(biāo)記(B廣B。，以對各圖進(jìn)行相互比較。
如圖12A所示，通常，在柱狀》茲體61的端部(N極和S極附 近)，由于磁通量集中，因此磁通密度增加。
另夕卜，如圖12B和12C所示，與一個(gè)柱狀f茲體61的》茲通密度 相比，在以具有相同極性的磁極相互相對的方式連接的磁體在 其N極和S極附近表現(xiàn)出更高的磁通密度最大值。這是由于作為 以具有相同極性的磁極相互相對的方式連接磁體的結(jié)果，產(chǎn)生 了磁通的相互排斥，從而導(dǎo)致/磁通密度增加。
此外，通過在圖12B和圖12C之間進(jìn)行比較，可以看出，與 包括由非磁性材料制成的間隔器71的可移動(dòng)磁體70的最大磁通 密度相比，包括由磁性材料制成的間隔器81的可移動(dòng)磁體8 0表 現(xiàn)出更高的最大磁通密度。此時(shí)，可移動(dòng)磁體80的最大磁通密 度大約為可移動(dòng)》茲體70的最大》茲通密度的3/2倍?？梢源_信這是 由于由具有高磁導(dǎo)率的磁體材料制成的間隔器81趨于從柱狀磁 體61引出磁力線，因而磁通的指向性增加并且磁通密度也增加。
由圖12A、圖12B和圖12C所示的測量結(jié)果顯然可知，當(dāng)使 用包括由磁性材料制成的間隔器81的可移動(dòng)磁體80來構(gòu)成振蕩 型發(fā)電機(jī)時(shí)，磁通密度增加并且與電磁線圏通量交叉的磁通量 的數(shù)量增加。因此，在磁體的間隔器所用的材料是磁性材料的 情況下，與間隔器所用的材料是非磁性材料的情況相比，可以 進(jìn)一步提高振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。
如上所述，已經(jīng)闡明了用于提高振蕩型電i茲發(fā)電機(jī)40的發(fā) 電效率的具體條件，因此現(xiàn)在能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)振蕩型電磁發(fā)電 機(jī)40的磁體間距和線圏間距。因此，具有能夠獲得盡管小但具有高發(fā)電效率的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)4 0的效果。
此外，可容易地構(gòu)建振蕩型電磁發(fā)電機(jī)40。因此，具有獲 得組裝處理變得容易并且不易損壞的可靠振蕩型電磁發(fā)電機(jī)40 的效果。
并且，由于當(dāng)》茲體的間隔器由磁性材料制成時(shí)可以提高》茲 通密度，因此具有提高振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的發(fā)電容量的有利效 果。因此，當(dāng)關(guān)注于要獲得的電力產(chǎn)出時(shí)，即使這種振蕩型電 磁發(fā)電機(jī)的外部尺寸比使用由非磁性材料制成的間隔器的振蕩 型電磁發(fā)電機(jī)的外部尺寸小，也能獲得相同的電力產(chǎn)出。在這 種情況下，可以減小電磁線圏的匝數(shù)。因此，對于進(jìn)一步減小 振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的尺寸并減輕其重量是有效的。此外，可以 通過減少所使用的組件的數(shù)量來獲得成本降低的效果。
另一方面，與使用磁性材料制作間隔器的情況相比，具有
通過利用非磁性材料制作磁體的間隔器來廉價(jià)地制造振蕩型電 磁發(fā)電機(jī)的有利效果。此外，由于使用塑料等合成樹脂作為非 磁性材料，因此存在由于合成樹脂優(yōu)良的可處理性而使生產(chǎn)率
提高的有利效果。
盡管由兩個(gè)或更多個(gè)》茲體以及兩個(gè)或更多個(gè)電磁線圏的組 合構(gòu)成振蕩型電》茲發(fā)電機(jī)40,但也可以由三個(gè)或更多個(gè)磁體以 及四個(gè)或更多個(gè)電》茲線圈的組合構(gòu)成振蕩型電,茲發(fā)電才幾。
在上述的實(shí)施例中，相鄰的電》茲線圈^皮相互間隔開?？蛇x 地，可以經(jīng)由采用樹脂等材料制成的間隔器來相互間隔相鄰的 電^f茲線圏。此外，可以^使用由/f茲性材^F制成的間隔器和由非》茲 性材料制成的間隔器的組合來構(gòu)成可移動(dòng)磁體。
在上述的實(shí)施例中，可移動(dòng)^茲體形成為柱狀形狀?？蛇x地， 可移動(dòng)磁體的截面形狀可以是多邊形、橢圓形或由曲線和直線 的組合表示的形狀。在這種情況下，可以將電磁線圏和磁體的
18間隔器的截面形狀均制成與可移動(dòng)磁體的截面形狀匹配。
另夕卜，可以對電,茲線圏的內(nèi)徑i殳置導(dǎo)庫九，并對可移動(dòng)》茲體
的側(cè)面安裝滾輪。相反，可以對電磁線圈的內(nèi)徑安裝滾輪，并 對可移動(dòng)磁體的側(cè)面安裝導(dǎo)軌。通過構(gòu)成為如上所述的振蕩型 電磁發(fā)電機(jī)，能夠起到平滑地移動(dòng)可移動(dòng)磁體的有利效果，從 而即使僅施加微小的力也能獲得發(fā)電量。
附圖標(biāo)記"i兌明1.電磁線圈2.柱狀磁體3.輸出電壓波形10.4展蕩型電》茲發(fā)電枳』20.沖展蕩型電萬茲發(fā)電枳j21.第一電》茲線圏22.第二電》茲線圏23.第三電》茲線圏24.線圈間隙25.可移動(dòng)》茲體40.l展蕩型電》茲發(fā)電才幾41.第一電》茲線圈42.第二電i茲線圈43.第三電f茲線圏44.線圏間隙45.第一磁體46.第二磁體47.間隔器48.可移動(dòng)》茲體61.柱狀磁體
70. 可移動(dòng)》茲體
71. 間隔器(非磁性材料)
80. 可移動(dòng)磁體
81. 間隔器(磁性材料)
權(quán)利要求
1.一種振蕩型電磁發(fā)電機(jī)，包括發(fā)電線圈，在所述發(fā)電線圈中兩個(gè)或更多個(gè)電磁線圈串聯(lián)連接，以及可移動(dòng)磁體，其包括多個(gè)磁體，所述多個(gè)磁體被布置成相互面對的磁極具有相同的極性，所述可移動(dòng)磁體位于所述發(fā)電線圈的內(nèi)部并且能夠在沿所述發(fā)電線圈的纏繞軸的方向上移動(dòng)，其中，所述發(fā)電線圈的所述兩個(gè)或更多個(gè)電磁線圈以預(yù)定的線圈間隙相互間隔開，并且是每相鄰的兩個(gè)線圈以相互相反的方向纏繞的，所述可移動(dòng)磁體的相鄰磁體經(jīng)由具有預(yù)定厚度的間隔器連接，以使得具有相同極性的磁極相互相對，作為所述兩個(gè)或更多個(gè)電磁線圈中的一個(gè)電磁線圈的線圈長度與所述線圈間隙的總尺寸的線圈間距，基本上等于作為所述可移動(dòng)磁體中的一個(gè)磁體的磁體長度與所述間隔器的厚度的總尺寸的磁體間距，以及所述線圈長度短于所述磁體長度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的振蕩型電磁發(fā)電機(jī)，其特征在于， 所述間隔器由磁性材料制成。
3. —種制造振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的方法，所述振蕩型電磁發(fā) 電機(jī)包括發(fā)電線圈以及可移動(dòng)i茲體，在所述發(fā)電線圏中兩個(gè)或 更多個(gè)電》茲線圈串聯(lián)連接，所述可移動(dòng)》茲體包括多個(gè)磁體，所 述多個(gè)磁體被布置成相互面對的^茲極具有相同的極性，所述可 移動(dòng)磁體位于所述發(fā)電線圈的內(nèi)部并且能夠在沿所述發(fā)電線圈 的纏繞軸的方向上移動(dòng)，其中，所述發(fā)電線圏的所述兩個(gè)或更多個(gè)電^茲線圈以預(yù)定 的線圈間隙相互間隔開，并且是每相鄰的兩個(gè)線圈以相互相反的方向纏繞的，所述可移動(dòng),茲體的相鄰》茲體經(jīng)由具有預(yù)定厚度的間隔器連 接，以使得具有相同極性的^茲極相互相對，作為所述兩個(gè)或更多個(gè)電》茲線圈中的一個(gè)電》茲線圈的線圏 長度與所述線圈間隙的總尺寸的線圈間距，基本上等于作為所 述可移動(dòng)磁體中的一個(gè)磁體的磁體長度與所述間隔器的厚度的 總尺寸的》茲體間3巨，以及所述線圈長度短于所述磁體長度，所述方法包括如下步驟制作具有預(yù)定的線圏直徑、預(yù)定的每單位長度匝數(shù)并且所 述線圈長度為所述線圈直徑的至少三倍的電磁線圈；測量如下情況下的輸出電壓的上升特性使得具有預(yù)定的 磁體直徑并且具有與所述線圈長度基本上相同的長度的磁體以 預(yù)定的通過速度通過所述電磁線圏；根據(jù)所測量到的所述上升特性，獲得從所述輸出電壓達(dá)到 最大振幅的10%時(shí)到所述輸出電壓達(dá)到所述最大振幅的90%時(shí) 所經(jīng)過的上升時(shí)間；以及將基本上為根據(jù)所述上升時(shí)間和所述通過速度而獲得的長 度的兩倍的長度定義為所述磁體間距的長度。
全文摘要
公開了一種用于提高振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率的特定條件。構(gòu)成振蕩型電磁發(fā)電機(jī)的電磁線圈之間具有預(yù)定的線圈間隙，并且是以相互相反的方向纏繞的?？梢苿?dòng)磁體的相鄰磁體經(jīng)由具有預(yù)定厚度的間隔器連接，以使得具有相同極性的磁極相互相對。作為一個(gè)電磁線圈的線圈長度與線圈間隙的總尺寸的線圈間距和作為可移動(dòng)磁體的一個(gè)磁體的磁體長度與間隔器的厚度的總尺寸的磁體間距相互間基本相同，并且線圈長度短于磁體長度。
文檔編號H02K35/02GK101669269SQ200780052898
公開日2010年3月10日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
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