一种电磁式振动发电装置，包括外壳，外壳内安装可上下滑动的振子，振动发电装还包括四个感应线圈、前后左右四片磁轭、上磁轭支架和下磁轭支架；外壳为一有底的圆筒形，外壳为非磁性材料制成，圆筒形内侧壁上均匀分布着四条导轨，振子可滑动地安装在导轨上，导轨在径向上最小尺寸小于磁轭上凸起方齿的齿顶的半径，外壳内自下而上依次布置下磁轭支架、磁轭、振子、上磁轭支架、感应线圈和轭顶；磁轭为软磁材料制成，四个沿外壳空腔周向相邻对称分布，处于相对位置的两片磁轭完全相同，而处于相邻位置的磁轭其方齿的呈凹凸错位分布。本发明专利技术振动阻力小，磁路利用率较高、发电效率较高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种振动发电装置。
技术介绍
近年来，人们对新型环保供电方式的兴趣不断增加，能量采集技术是替代传统供 电方式的最有前途的方法之一，受到很多学者关注，例如，可以收集环境中的磁能供无线传 感网络节点使用。自然界中振动无处不在，如海浪波动，人行走时产生上下振动，汽车颠簸， 树枝随风摇摆等，其振动能量通常被忽略，或者被减震器等设备吸收。如果把振动产生的能 量收集起来，替代电池为一些低功耗设备如微型传感器网络节点或物联网节点供电，既减 少电池造成的环境污染又突破了电池寿命对上述节点造成的使用寿命限制，因此振动能量 收集成为国内外广泛关注的研究热点之一。根据能量收集原理的不同，现有装置可大致分为电磁式、压电式和静电式3种形 式。就振动发电而言，普遍认为，鉴于尺寸效应上的特点，利用静电振动发电的原理仅适合 在微尺寸下作振动发电装置；从发电功率来看，较其他两种方式也有较大差距。有人比较了 电磁式和压电式振动能量收集装置，结果显示当振动频率较高、加速度较大时压电式表现 较好；而振动频率较低、加速度较小时则是电磁式表现则较好。就本文所关心的波浪振动、 行走振动和树枝摇摆来说，其振动频率约为IHz到4Hz，比较适合采用电磁式振动能量收集 原理。传统的电磁式振动发电装置的内部构造各不相同，但是大多数振动发电装置未 注意到形成闭合磁路，振动利用率低，效率非常低。或者有些由于制造、安装困难等原因 不利于实现。例如专利申请号为200610051677. 3的中国专利技术专利，公开了一种磁场挤压 增强型振动发电机；以及，论文〃Electromagnetic generator for harvesting energy from human motion，，(Sensors and Actuators A: Physical, VOL. 147, pp. 248-253)和 论文“Analytical model of a vibrating electromagnetic harvester cons1- dering nonlinear effects” (IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELEC- TRONICS, VOL. 25，NO. 8， PP. 1989-1997)，公开了两种新型永磁体外置式直线振动发电机，该振动发电机在结构上均 较难保证磁路中气隙较小的要求，未能实现闭合磁路，依照电机原理的有关理论知识可知 其磁感应强度低，永磁体利用率不高，大大影响发电效率。再如专利号为201020125287.8 的中国技术专利，公开了一种环绕式振动发电机，它的永磁体的四个S极呈十字对称 分布，其底部连接在一起并与N极连接，这对制造工艺有很高的要求，非常难制造；同时由 于N极和S极之间安装有线圈，整体及结构比较复杂，即使能制造好永磁体，安装也比较困 难。并且，由于N极和S极之间隔着线圈，磁路中的气隙还是比较大，可能会导致磁路中的 磁通较弱，产生的电能较少，同样存在发电效率较低的技术问题。论文“低频振动能量收集 装置的设计和数值模拟”(传感器技术学报，2012，25(9): 1268-1273)公开了一种形成 闭合磁路、无弹簧并且效率较高的振动发电装置，该装置在振动过程中，其左右两磁轭对振 子的吸引力在周向上能平衡，但从轴向来说两吸引力将在振子上产生扭矩，如果振子与导轨间的润滑不良时该扭矩形成的摩擦将在一定程度上影响振子的自由振动。
技术实现思路
为了克服已有电磁式振动发电装置的磁路利用率较低、发电效率不高的不足，本 专利技术提供一种振动阻力小、磁路利用率较高、发电效率较高的电磁式振动发电装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是—种电磁式振动发电装置，包括外壳，所述外壳内安装可上下滑动的振子，所述振 动发电装还包括四个感应线圈、前后左右四片磁轭、上磁轭支架和下磁轭支架；所述外壳为 一有底的圆筒形，所述外壳为非磁性材料制成，所述圆筒形内侧壁上均匀分布着四条导轨， 所述振子可滑动地安装在导轨上，所述导轨在径向上最小尺寸小于磁轭上凸起方齿的齿顶 的半径，所述外壳内自下而上依次布置下磁轭支架、磁轭、振子、上磁轭支架、感应线圈和轭 顶；所述磁轭为软磁材料制成，四个沿外壳空腔周向相邻对称分布，所述磁轭包括上 面部分和下面部分，所述磁轭上面部分中由上至下包括圆柱形限位块、线圈轴和扇形限位 块，所述四个感应线圈套分别缠绕于所述四个线圈轴上，感应线圈在轴向上受到圆柱形限 位块和扇形限位块的限位，所述磁轭的下面部分有一段凹凸等宽的方齿，处于相对位置的 两片磁轭完全相同，而处于相邻位置的磁轭其方齿的呈凹凸错位分布。进一步，所述上磁轭支架用于四片磁轭的径向定位，为非磁性材料制成。所述上磁 轭支架包括中间圆柱体和四个凸起。四个凸起插于磁轭之间，而中间圆柱体的直径与磁轭 下部内径配合，故能起到与外壳一起对磁轭实现径向定位。从轴向来说，所述上磁轭支架的 中间圆柱体受到磁轭上的扇形块的限位，而四个凸起被导轨上端限位，而该零件的厚度正 好为上述两个限位面间的距离。再进一步，所述下磁轭支架为非磁性材料制成，包括上面部分和下面部分。所述 下磁轭支架的上面部分为中间圆柱体，而下面部分为四个对称的扇形块。所述中间圆柱体 的直径与磁轭内径配合，保证下磁轭支架与圆筒型外壳一起可对四片磁轭下端实现径向定 位。所述扇形块的外径与外壳内径配合，扇形块与外壳上导轨相互卡位，如此可为下磁轭支 架作周向定位，防止旋转。更进一步，所述轭顶为软磁材料制成，其上呈现一个通孔和均布的四个槽形。所述 通孔可用于引出线圈引线，四个槽形内分别插入四片磁轭上部的圆柱形限位块，以连接磁 路。优选的，所述振子包括软磁材料制成的圆柱形上下衔铁、圆柱形永磁体、上下缓冲 圈。所述永磁体的上部连接上衔铁，所述永磁体的下部连接下衔铁。所述上衔铁的上部连 接上缓冲圈，所述下衔铁下部连接下缓冲圈。所述上衔铁和下衔铁的厚度相同，并可小于或 等于磁轭齿宽。所述圆柱形永磁体的直径可略小于圆柱形上下衔铁的直径，使得与外壳上 导轨发生直接接触的只有上下衔铁；而导轨在径向上最小尺寸小于磁轭上凸起方齿的齿顶 的半径也保证了振子不会碰到磁轭上凸起的方齿同时在上下衔铁与磁轭方齿间能形成厚 度很小的气隙。在轴向上，上衔铁中间位置到下衔铁中间位置间的距离，其数值等于永磁体 厚度加上衔铁厚度，应为磁轭齿宽的奇数倍，本专利技术的磁轭齿宽是指齿顶的宽度，齿顶的宽 度与齿底的宽度相等。如此能保证当上衔铁正对某磁轭齿顶时，下衔铁必正对该磁轭齿底，同时，下衔铁必正对与该磁轭相邻磁轭的齿顶。所述顶盖为非磁性材料制成，与外壳通过螺纹进行连接，其上有电路孔可用于引 出导线至充电电路。所述顶盖与轭顶之间设有橡胶圈，所述橡胶圈使得顶盖与内部结构连接较少受轴 向尺寸误差的影响，也能防止顶盖与外壳间螺纹连接松动，使连接更加紧密。本专利技术的技术构思为当振子与外壳发生相对的上下振动，上、下衔铁和两片磁轭 的齿相对位置发生周期性变化，系统中磁路分布发生周期性变化，电磁线圈上的磁通发生 周期性变化，根据电磁感应原理，电磁线圈上能得到感应电压，通过合理的串接4个线圈， 所得的感应电压为单个线圈的4倍。对于在振动过程中线圈磁通如何发生变化，仅通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电磁式振动发电装置，包括外壳，所述外壳内安装可上下滑动的振子，其特征在于：所述振动发电装还包括四个感应线圈、前后左右四片磁轭、上磁轭支架和下磁轭支架；所述外壳为一有底的圆筒形，所述外壳为非磁性材料制成，所述圆筒形内侧壁上均匀分布着四条导轨，所述振子可滑动地安装在导轨上，所述导轨在径向上最小尺寸小于磁轭上凸起方齿的齿顶的半径，所述外壳内自下而上依次布置下磁轭支架、磁轭、振子、上磁轭支架、感应线圈和轭顶；所述磁轭为软磁材料制成，四个沿外壳空腔周向相邻对称分布，所述磁轭包括上面部分和下面部分，所述磁轭上面部分中由上至下包括圆柱形限位块、线圈轴和扇形限位块，所述四个感应线圈套分别缠绕于所述四个线圈轴上，感应线圈在轴向上受到圆柱形限位块和扇形限位块的限位，所述磁轭的下面部分有一段凹凸等宽的方齿，处于相对位置的两片磁轭完全相同，而处于相邻位置的磁轭其方齿的呈凹凸错位分布。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张端，林晨宽，何熊熊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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