磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，包括上下平面螺旋線圈保護(hù)外殼、主磁鐵腔、磁柱放置環(huán)、圓形永磁鐵、圓柱形永磁鐵和上下平面螺旋線圈，所述圓形永磁鐵處于中心懸浮狀態(tài)，并具有自動(dòng)快速歸位功能，通過感應(yīng)外界振動(dòng)，自身起振，從而引起上下螺旋線圈的磁通量的改變，繼而可循環(huán)反復(fù)地將外界振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，這種設(shè)計(jì)具有對(duì)外界振動(dòng)的高敏感性，能量轉(zhuǎn)化過程中的低損耗性，既可采集微小振動(dòng)能量，也可采集劇烈振動(dòng)能量，動(dòng)態(tài)范圍大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，在實(shí)現(xiàn)便攜式電子產(chǎn)品的自供電工作模式上具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于能源材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)生產(chǎn)需求的快速增長(zhǎng)與傳感器與微系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的微納傳感器件與系統(tǒng)正在被廣泛應(yīng)用。特別是可穿戴式微納傳感系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)主要依靠電池供電，而電池的壽命是有限的，且壽命比較短，更換頻繁，即使是可充電電池，其壽命相對(duì)較長(zhǎng)，但頻繁的充電也會(huì)給使用者帶來不便。這樣的電池供電方式既會(huì)產(chǎn)生較多的使用成本，又會(huì)因大量廢舊電池的產(chǎn)生而造成環(huán)境污染?？纱┐餮b備都和使用者的運(yùn)動(dòng)緊密相關(guān)，如果能夠從使用者的運(yùn)動(dòng)中采集振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)化為電能，微納傳感器件與系統(tǒng)的供電問題就能夠解決了。
[0003]電磁感應(yīng)發(fā)電是一種經(jīng)典的發(fā)電方式，但傳統(tǒng)的電磁發(fā)電器件主要利用外界能量帶動(dòng)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)或平面移動(dòng)，使之切割磁感線來完成電磁感應(yīng)發(fā)電過程，這類方式要求器件具有特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以保證外界能量能夠轉(zhuǎn)化為特定的轉(zhuǎn)動(dòng)或平面移動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且體積較大。然而復(fù)雜的環(huán)境下，小體積、高效率、高可靠性才是該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展訴求。如何在小體積的系統(tǒng)中，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，并能夠做到對(duì)振動(dòng)能量的高效采集就成為問題的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新型的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。利用永磁鐵間的磁力作用，形成主磁體的懸浮，以在提高發(fā)電單元對(duì)外界振動(dòng)的響應(yīng)靈敏度的同時(shí)，減小摩擦損耗，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式。
[0005]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，包括位于中部的磁柱放置環(huán)，所述磁柱放置環(huán)內(nèi)壁軸向均布有若干個(gè)磁柱放置槽，所述磁柱放置環(huán)內(nèi)設(shè)置主磁鐵腔體，所述主磁鐵腔體內(nèi)放置圓形永磁鐵;通過在相應(yīng)的磁柱放置槽內(nèi)放置圓柱形永磁鐵、并將圓形永磁鐵置于圓柱形永磁鐵構(gòu)成的陣列中心后，使圓形永磁鐵處于懸浮狀態(tài);位于圓形永磁鐵的上方和下方對(duì)稱設(shè)置上平面螺旋線圈和下平面螺旋線圈，所述上平面螺旋線圈位于上腔體內(nèi)，所述下平面螺旋線圈位于下腔體內(nèi)。
[0006]工作原理，通過磁柱放置環(huán)中多個(gè)對(duì)稱角度方向上的平行磁柱，使中心圓形永磁鐵懸浮與磁柱構(gòu)成的陣列中心，并能處于同一平面，兩個(gè)平面螺旋線圈分別置于中心圓形永磁鐵的正上方和正下方，所在平面與中心圓形永磁鐵所在平面平行。當(dāng)中心懸浮永磁鐵的固有頻率接近或等于外界環(huán)境振動(dòng)的頻率時(shí)，中心永磁鐵發(fā)生振動(dòng)，引起通過上下平面螺旋線圈的磁通量改變，從而產(chǎn)生電能。
[0007]本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，該能量采集器具有對(duì)外界振動(dòng)的高敏感性，能量轉(zhuǎn)化過程中的低損耗性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，既可采集微小振動(dòng)能量，也可采集劇烈振動(dòng)能量，工作范圍大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，應(yīng)用前景廣闊，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0008]圖1表示本發(fā)明的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器的分解示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明提供的永磁鐵陣列布局示意圖。
[0010]圖中:1_上腔體，2-上平面螺旋線圈，3-下腔體，4-下平面螺旋線圈，5-圓形永磁鐵，6-圓柱形永磁鐵，7-主磁鐵腔體，8-磁柱放置環(huán)，9-磁柱放置槽。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0012]—種磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，如圖1所示，包括位于中部的磁柱放置環(huán)8，所述磁柱放置環(huán)8內(nèi)壁軸向均布有若干個(gè)磁柱放置槽9，所述磁柱放置環(huán)8內(nèi)設(shè)置主磁鐵腔體7，所述主磁鐵腔體7內(nèi)放置圓形永磁鐵5;通過在相應(yīng)的磁柱放置槽9內(nèi)放置圓柱形永磁鐵6、并將圓形永磁鐵5置于圓柱形永磁鐵6構(gòu)成的陣列中心后，使圓形永磁鐵5處于懸浮狀態(tài);位于圓形永磁鐵5的上方和下方對(duì)稱設(shè)置上平面螺旋線圈2和下平面螺旋線圈4，所述上平面螺旋線圈2位于上腔體I內(nèi)，所述下平面螺旋線圈4位于下腔體3內(nèi)。
[0013]如圖1所示，將圓形永磁鐵5置于圓柱形永磁鐵6構(gòu)成的陣列中心，通過兩者間的間距控制使圓形永磁鐵5始終處于懸浮狀態(tài)，通過中心圓形永磁鐵5對(duì)外界振動(dòng)的感應(yīng)，其自身產(chǎn)生軸向的上下振動(dòng)，并能夠自動(dòng)快速歸位。
[0014]具體實(shí)施時(shí)，所述磁柱放置環(huán)8安裝于上腔體I和下腔體3構(gòu)成的空間內(nèi)。
[0015]所述上平面螺旋線圈2和下平面螺旋線圈4串聯(lián)后引出。
[0016]所述上、下平面螺旋線圈2、4所在平面與圓形永磁鐵5所在平面平行。
[0017]所述上、下平面螺旋線圈2、4之間的軸向間距小于等于圓形磁鐵5與圓柱形永磁鐵6的高度之和。
[0018]所述圓形永磁鐵5與圓柱形永磁鐵6的間距正好與主磁體腔體7的壁厚相等。
[0019]所述圓柱形永磁鐵6的高度大于圓形永磁鐵5的厚度。
[0020]如圖2所示，所述磁柱放置環(huán)8內(nèi)壁以30°間距均勻分布有12個(gè)磁柱放置槽9;所述圓柱形永磁鐵6的放置方式必須保持相同角度間距，且屬于同一平面，放置位置可不固定。本實(shí)施例中，三個(gè)圓柱形永磁鐵6以120°的角度間距放置于相應(yīng)的磁柱放置槽9內(nèi)。如需采集劇烈振動(dòng)環(huán)境下的能量，可增加圓柱形永磁鐵6的數(shù)量，但放置方式仍須保持相同角度間距。
[0021]所述上、下腔體1、3、主磁鐵腔體7及磁柱放置環(huán)8均采用不被永磁鐵吸引的金屬或塑料制作。
[0022]上述能量采集裝置中采用圓形永磁鐵處于中心懸浮狀態(tài)，并具有自動(dòng)快速歸位功能，通過感應(yīng)外界振動(dòng)，自身起振，從而引起上下螺旋線圈的磁通量的改變，繼而可循環(huán)反復(fù)地將外界振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，這種設(shè)計(jì)具有對(duì)外界振動(dòng)的高敏感性，能量轉(zhuǎn)化過程中的低損耗性，既可采集微小振動(dòng)能量，也可采集劇烈振動(dòng)能量，動(dòng)態(tài)范圍大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，在實(shí)現(xiàn)便攜式電子產(chǎn)品的自供電工作模式上具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0023]整個(gè)器件的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
步驟1:采用CNC數(shù)控加工或3D打印技術(shù)制作上腔體1、下腔體3、主磁體腔體7、磁柱放置環(huán)8。
[0024]步驟2:采用漆包銅線繞出上平面螺旋線圈2及下平面螺旋線圈4。
[0025]步驟3:訂購(gòu)圓形永磁鐵5和圓柱形永磁鐵6。
[0026]步驟4:系統(tǒng)組裝。
[0027]以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范圍中的代表性實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，器件結(jié)構(gòu)平面螺旋線圈大小、圓形永磁鐵大小、圓柱形磁柱大小、、平面螺旋線圈纏繞圈數(shù)、平面螺旋線圈放置方式、保護(hù)外殼外觀等限制，凡采用變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均在權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:包括位于中部的磁柱放置環(huán)(8)，所述磁柱放置環(huán)(8)內(nèi)壁軸向均布有若干個(gè)磁柱放置槽(9)，所述磁柱放置環(huán)(8)內(nèi)設(shè)置主磁鐵腔體(7)，所述主磁鐵腔體(7)內(nèi)放置圓形永磁鐵(5);通過在相應(yīng)的磁柱放置槽(9 )內(nèi)放置圓柱形永磁鐵(6 )、并將圓形永磁鐵(5 )置于圓柱形永磁鐵(6 )構(gòu)成的陣列中心后，使圓形永磁鐵(5)處于懸浮狀態(tài);位于圓形永磁鐵(5)的上方和下方對(duì)稱設(shè)置上平面螺旋線圈(2)和下平面螺旋線圈(4)，所述上平面螺旋線圈(2)位于上腔體(I)內(nèi)，所述下平面螺旋線圈(4)位于下腔體(3)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述磁柱放置環(huán)(8)安裝于上腔體(I)和下腔體(3)構(gòu)成的空間內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述上、下平面螺旋線圈(2、4)所在平面與圓形永磁鐵(5)所在平面平行。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述上、下平面螺旋線圈(2、4)之間的軸向間距小于等于圓形磁鐵(5)與圓柱形永磁鐵(6)的高度之和。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述圓形永磁鐵(5 )與圓柱形永磁鐵(6 )的間距與主磁體腔體體(7 )的壁厚相等。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述圓柱形永磁鐵(6 )的高度大于圓形永磁鐵(5 )的厚度。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述上、下腔體(1、3)、主磁鐵腔體(7)及磁柱放置環(huán)(8)均采用不被永磁鐵吸引的金屬或塑料制作。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述磁柱放置環(huán)(8 )內(nèi)壁以30°間距均勻分布有12個(gè)磁柱放置槽(9);所述圓柱形永磁鐵(6)的放置方式必須保持相同角度間距，且屬于同一平面。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:所述上平面螺旋線圈(2)和下平面螺旋線圈(4)串聯(lián)后引出。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁鐵懸浮型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁式能量采集器，其特征在于:三個(gè)圓柱形永磁鐵(6)以120°的角度間距放置于相應(yīng)的磁柱放置槽(9)內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H02K35/02GK105846641SQ201610243462
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】閆樹斌, 韓建強(qiáng), 何劍, 侯曉娟, 穆繼亮, 薛晨陽(yáng), 丑修建, 張文棟
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)