專利名稱：環(huán)繞式振動發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種振動發(fā)電裝置。
背景技術：
對無線傳感器網絡或分布式小系統(tǒng)供電問題是一個難點。而振動是自然界的一種 能量存在形式。例如海面的波浪，樹枝在風吹動下的擺動，顛簸的車輛等。振動發(fā)電是將各 種振動產生的能量轉化為電能，是一種有潛力的無污染、不消耗自然資源的新型發(fā)電裝置， 適合于無線傳感器網絡或分布式小系統(tǒng)節(jié)點采用。 實現(xiàn)振動發(fā)電的一種方式是電磁感應現(xiàn)象發(fā)電。以往的電磁感應振動發(fā) 電裝置，內部構造各不相同。申請?zhí)枮?00410067821.3的振動發(fā)電機，申請?zhí)枮?200810230833. 1的三維振動發(fā)電機，申請?zhí)枮?00710126703. 9的便攜式振動發(fā)電機，申 請?zhí)枮?00610051677. 3的磁場擠壓增強型振動發(fā)電機，論文"新型永磁體外置式直線振 動發(fā)電機性能研究"(浙江大學學報工學版，第41巻第9期，pp. 1604-1608)和論文"A micro electromagnetic generator forvibration energy harvesting" (JOURNAL OF MICROMECHANICS ANDMICROENGINEERING, 17 (2007) ， pp. 1257-1265)，在其結構上均較難保 證磁路中氣隙較小的要求，未能實現(xiàn)閉合磁路，由電機有關理論可知其磁感應強度低，磁路 利用率不高，振動能量利用率不高。同時上述有些資料中線圈利用率也是一個可以改善之 處，其線圈中有較多部分不能有效切割磁力線，產生電動勢，影響發(fā)電效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的振動發(fā)電裝置磁路利用率低和提高線圈利用率的問題，提供
了一種磁路利用率高的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置。 本發(fā)明的技術方案 環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼上設有蓋子，其特征在于所述外殼內 設有花朵狀粘結永磁體，所述粘結永磁體的中間是一方形N極，所述N極四周圍繞有四個S 極，所述S極呈十字對稱分布，其底部連接在一起并與N極連接；在所述N極和S極之間安 裝有線圈，所述線圈上、下兩端設有方形卡座框架，所述上、下卡座框架的另一端連接了彈 簧，所述下卡座框架套在N極上，所述下彈簧下端連接于S極的底部，所述上彈簧上端固定 于蓋子上。 進一步，所述外殼是圓柱體結構。 進一步，所述粘結永磁體是鐵氧體永磁材料或稀土永磁材料粉末與塑料或橡膠混 合塑形而成的。 進一步，所述彈簧是塑料材質。 進一步，所述S極的底部設有階梯狀凹槽，所述凹槽上固定連接有豎直的下彈簧。
進一步，所述S極上覆蓋有第一鐵磁材料墊層，所述第一鐵磁材料墊層與蓋子之 間設有固定用的橡膠墊圈，第一鐵磁材料墊層被蓋子通過橡膠墊圈固定在S極上。
進一步，所述N極覆蓋有第二鐵磁材料墊層，第二鐵磁材料墊層的四個側面上設
有第一凹槽，所述第一凹槽內設有滾珠，所述滾珠的直徑大于第一凹槽的深度，其半徑小于
第一凹槽的深度，所述滾珠的外側面與線圈接觸。 進一步，所述滾珠是鐵磁材料。 或者，所述滾珠是硬鋁質材料。 本發(fā)明中磁力線由軸線上N極向四周均勻發(fā)散，穿過N極上的第二鐵磁材料墊層， 經氣隙，經S極上的第一鐵磁材料墊層，經S極返回到N極，形成閉合主磁路。N極、S極表面 均覆蓋適當厚度的鐵磁材料墊層，一方面，減小了氣隙從而減小了磁阻，可獲得較大的磁感 應強度；另一方面便于底部彈簧的安裝。閉合主磁路中僅經過一個氣隙，氣隙中僅含有一層 線圈壁。該線圈壁的厚度為確定氣隙寬度的關鍵因素。標準漆包線的最小直徑為0.015mm， 假設氣隙寬度為0. 5mm，而線圈壁的厚度為0. 35mm，并假設鐵磁材料墊層在線圈上下振動 的方向上尺寸為10mm，線圈中可切割主磁路磁力線的部分可達14000圈以上。這樣即可以 保證主磁路中氣隙寬度很小，提高磁路利用率；而線圈匝數(shù)又較高，以獲得較高電動勢。
在振動過程中，彈簧上下拉伸或壓縮使線圈向上向下切割磁力線。當線圈向上切 割磁力線時，線圈的四邊均產生逆時針的電動勢，同向可以疊加，提高了總的電動勢；當線 圈向下切割磁力線時，線圈的四邊均產生順時針的電動勢。這樣就產生了交變電流，從而進 行發(fā)電。所以線圈的4面均可切割磁力線，并且4面產生的電動勢不抵消而是疊加的，線圈 利用率高。 本發(fā)明中的滾珠可保證線圈與第二鐵磁材料墊層保持一定的距離，使其上下運動 更加平滑，提高了振動發(fā)電的效率。滾珠可由鐵磁材料或硬鋁質材料制成。鐵磁材料優(yōu)點 一是可以被更好地吸合在凹槽中，便于安裝；二是可以在局部減小氣隙，提高效率。而其缺 點是由于鐵磁材料和滾珠間的磁力會增大滾動時的摩擦力，這就需要通過拋光打磨等處理 提高表面光滑度，以求降低摩擦作用。硬鋁質材料不會有吸合作用，滾動時摩擦力小，但也 不會有減小氣隙的好處。 本發(fā)明的有益效果提高了磁路的利用率，提高了線圈利用率，提高了發(fā)電效率； 且其結構緊湊，適用范圍廣。
圖1為本發(fā)明的縱向剖視圖。 圖2為本發(fā)明沿圖1中A-A線剖面的俯視圖。
具體實施方式
實施例一 參照圖1、圖2，環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，包括外殼l，所述外殼1上設有蓋子2，所述 外殼1內設有花朵狀粘結永磁體，所述粘結永磁體的中間是一方形N極3，所述N極3四周 圍繞有四個S極4，所述S極4呈十字對稱分布，其底部連接在一起并與N極3連接；在所 述N極3和S極4之間安裝有線圈5，所述線圈5上、下兩端設有方形卡座框架6、7，所述上 卡座框架6、下卡座框架7上分別連接彈簧8、9，所述下卡座框架7套在N極3上，所述下彈 簧9下端連接于S極4的底部，所述上彈簧8上端固定于蓋子2上。
所述外殼l是圓柱體結構。 所述粘結永磁體是鐵氧體永磁材料或稀土永磁材料粉末與塑料或橡膠混合塑形 而成的。 所述彈簧8 、 9是塑料材質。 所述S極4的底部設有階梯狀凹槽，所述凹槽上固定連接有下彈簧9。
所述S極4上覆蓋有第一鐵磁材料墊層11 ，所述第一鐵磁材料墊層11與蓋子2之 間設有固定用的橡膠墊圈12。第一鐵磁材料墊層11 一方面通過粘接的方式固定在S極4 上，另一方面被蓋子2通過橡膠墊圈12固定在S極4上。 所述N極3覆蓋有第二鐵磁材料墊層10，固定方式為粘接。第二鐵磁材料墊層10 的四個側面上設有第一凹槽，所述第一凹槽內設有滾珠13，所述滾珠13的直徑大于第一凹 槽的深度，其半徑小于第一凹槽的深度，所述滾珠13的外側面與線圈5接觸。
所述滾珠13可以是鐵磁材料。 本發(fā)明中磁力線由軸線上N極3向四周均勻發(fā)散，經第二鐵磁材料墊層IO，穿過 氣隙后，經第一鐵磁材料墊層11，經S極4返回到N極3，形成閉合主磁路，其中氣隙厚度小 于0.5mm。 N極3、 S極4表面均覆蓋適當厚度的鐵磁材料墊層，一方面，減小了氣隙從而減 小了磁阻，可獲得較大的磁感應強度；另一方面便于底部彈簧的安裝。。在振動過程中，彈簧 上下拉伸或壓縮使線圈5向上向下切割磁力線。當線圈5向上切割磁力線時，線圈5的每 一匝四邊均產生逆時針的電動勢，由于電動勢同向，故可以疊加，再乘以匝數(shù)，可以得到較 高總的電動勢；當線圈5向下切割磁力線時，線圈的四邊均產生順時針的磁電動勢。這樣就 產生了交變電流，從而進行發(fā)電?？梢姳狙b置對磁路和線圈的利用率較高，振動能量轉換率 高。 本發(fā)明中的滾珠13可保證線圈5與第二鐵磁材料墊層10保持一定的距離，使其 上下運動更加平滑，提高了振動發(fā)電的效率。滾珠13采用鐵磁材料，其優(yōu)點一是可以被更 好地吸合在凹槽中，便于安裝；二是可以在局部減小氣隙，提高效率。而其缺點是由于鐵磁 材料和滾珠間的磁力會增大滾動時的摩擦力，這就需要通過拋光打磨等處理提高表面光滑 度，以求降低摩擦作用。
實施例二 本實施例與實施例一的不同之處在于所述滾珠13是硬鋁質材料。硬鋁質材料不 會有吸合作用，滾動時摩擦力小，但也不會有減小局部氣隙的好處。其余結構和功能與實施 例一相同。 本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護 范圍的不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技 術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼上設有蓋子，其特征在于所述外殼內設有花朵狀粘結永磁體，所述粘結永磁體的中間是一方形N極，所述N極四周圍繞有四個S極，所述S極呈十字對稱分布，其底部連接在一起并與N極連接；在所述N極和S極之間安裝有線圈，所述線圈上、下兩端設有方形卡座框架，所述上、下卡座框架的另一端連接了彈簧，所述下卡座框架套在N極上，所述下彈簧下端連接于S極的底部，所述上彈簧上端固定于蓋子上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述外殼是圓柱體結構。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述粘結永磁體是鐵氧體永磁材料或稀土永磁材料粉末與塑料或橡膠混合塑形而成的。
4. 根據(jù)權利要求3所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述彈簧是塑料材質。
5. 根據(jù)權利要求4所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述S極的底部設有階梯狀凹槽，所述凹槽上固定連接有豎直的下彈簧。
6. 根據(jù)權利要求5所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述S極上覆蓋有第一鐵磁材料墊層，所述第一鐵磁材料墊層與蓋子之間設有固定用的橡膠墊圈，第一鐵磁材料墊層被蓋子通過橡膠墊圈固定在s極上。
7. 根據(jù)權利要求6所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述N極覆蓋有第二鐵磁材料墊層，第二鐵磁材料墊層的四個側面上設有第一凹槽，所述第一凹槽內設有滾珠，所 述滾珠的直徑大于第一凹槽的深度，其半徑小于第一凹槽的深度，所述滾珠的外側面與線 圈繞組接觸。
8. 根據(jù)權利要求7所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述滾珠是鐵磁材料。
9. 根據(jù)權利要求7所述的環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，其特征在于所述滾珠是硬鋁質材料。
全文摘要
環(huán)繞式振動發(fā)電裝置，包括外殼，所述外殼上設有蓋子，所述外殼內設有花朵狀粘結永磁體，其中間是方形的N極，四周圍繞有四個S極；S極和N極上覆蓋有第一和第二鐵磁材料墊層；所述蓋子的下端通過橡膠墊圈把第一鐵磁材料墊層壓在S極上；在所述N極和S極之間安裝有線圈，其上、下兩端設有方形卡座框架并連接彈簧，所述下彈簧下端連接于S極的底部，所述上彈簧上端固定于蓋子上；裝置中形成從N極，經第二鐵磁材料墊層、氣隙、第一鐵磁材料墊層、S極回到N極的閉合主磁路；線圈隨外界振動上下切割主磁路發(fā)電。本發(fā)明的有益效果提高了磁路和線圈利用率，提高了發(fā)電效率；且其結構緊湊，適用范圍廣。
文檔編號H02K35/04GK101764495SQ201010118588
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2010年1月21日
發(fā)明者何熊熊, 張松, 張端 申請人:浙江工業(yè)大學