一種永磁阻尼直線發電裝置的製作方法

2023-06-14 03:37:56

專利名稱：一種永磁阻尼直線發電裝置的製作方法
技術領域：
一種永磁阻尼直線發電裝置技術領域[0001 ] 本實用新型涉及小型發電設備技術領域，尤其涉及一種永磁阻尼直線發電裝置。
背景技術：
某些特定的工業場合，由於工作環境的要求，需要應用無線傳感器。然而現有的無 線傳感器主要使用電池供電，缺點是電池儲能有限，需要定期更換，增加維護的成本，降低 系統可靠性。能量收集器可以將設備工作環境周圍已有的能量轉換成為電能，代替電池。現在 已有的能量收集器主要是將熱能、光能、振動能量轉換成電能。將振動能量轉換成電能的 形式主要有電磁式、壓電式、靜電式。現有的電磁式多採用彈簧-質量塊系統，通過彈簧放 大振動，使得能量收集器中不同部分產生相對運動，將相應的振動能量轉換成電能。採用彈 簧-質量塊系統時，彈簧的彈性係數選擇容易受到實際彈簧的限制(實際彈簧的彈簧係數 有相應的國家標準)。由於彈性係數為離散的，而系統的固有頻率的設定與彈簧的彈性係數 和動子的質量有關，所以很難將系統的固有頻率調整至與振源頻率相等。另外，實際彈簧的 彈性係數一定時，對相應彈簧的有效圈數、簧絲直徑等有一定要求，進而彈簧的安裝尺寸和 空間大小限制比較大；目前在相似系統中大多採用壓簧，在振源加速度較大的情況下，可能 會損壞彈簧，同時限制動子的行程，同時也增加了能量收集器的製造成本。公開號為CN1877973的專利文獻公開了一種可攜式電子設備的振動發電裝置，該 裝置採用一個永磁體在運動腔體內往復運動，與繞組產生相對運動，通過切割磁力線在繞 組內產生感應電流，並整流成為直流電，為電池充電。這種振動發電裝置運動腔體只有一塊 永磁體，產生的感應電勢比較小，同時當需要一定的感應電壓時，單塊永磁體的長度一定， 這樣和端部永磁體相互作用等效彈簧的彈簧係數的可調範圍比較小。設計一種根據振動 源的特性和負載特性選擇相應的繞組和彈簧係數成為目前需要解決的問題。發明內容本實用新型提供了一種結構簡單、感應電動勢高、生產成本較低的永磁阻尼直線 發電裝置。一種永磁阻尼直線發電裝置，包括圓筒形的機殼、機殼兩端的端蓋以及設置在機 殼空腔內的動子、定子和固定永磁體；所述的定子包括與機殼同軸的圓筒形的繞組支架以 及纏繞在繞組支架外側的繞組，繞組支架為非導磁材料，繞組支架與機殼之間留有導線引 出槽，機殼上設有導線引出口，導線引出口與導線引出槽連通；所述的動子為與機殼同軸的 圓柱體，位於繞組支架內，所述的動子包括若干軸向充磁的動子永磁體、位於相鄰兩個動子 永磁體之間的鐵芯以及將動子永磁體和鐵芯包裹的護套，護套為非導磁材料，相鄰兩塊動 子永磁體充磁方向相反，動子永磁體與鐵芯直徑相等；所述的端蓋內側固定有固定永磁體， 固定永磁體與靠近固定永磁體的動子端部的動子永磁體充磁方向相反。機殼和機殼兩端的端蓋均可選擇導磁材料，根據實際應用場合不同機殼主體可以3為圓筒形、長方體形或者其他形狀，機殼與端蓋上均布連接孔，用於將繞組支架與機殼固定 以及機殼與振源的連接。機殼的直徑和長度一般可根據實際需要確定。機殼主體靠近端蓋 的一端留有導線引出孔，用於將繞組的導線引出，方便與外設部件連接。繞組支架為具有一定厚度的圓筒體，一般可選用高分子聚合物非導磁材料，繞組 支架外壁設有環形凹槽，環形凹槽一般設置在繞組支架外壁的中部；環形槽的寬度、深度以 及設置個數可根據實際需要調整；繞組支架外壁設有導線引出槽，導線引出槽與環形凹槽 相連通，導線引出槽與機殼主體的導線引出孔連通，便於繞組的纏繞與連接；另一方面導線 引出槽的設置可以使得繞組支架與機殼之間更加緊湊，有利於減小發電裝置的整體體積。 繞組支架內側經過拋光處理，或者同時噴塗潤滑劑，這樣可以減少動子往復運動的摩擦力， 並減低噪音。動子由動子永磁體、鐵芯以及包裹動子永磁體和鐵芯的護套組成，在相互磁力的 吸引下，動子永磁體與鐵芯組成完整的圓柱體。護套外表面經過拋光處理，以進一步減小 動子往復運動的摩擦力；動子永磁體可選用市場常見的鐵氧體、釹鐵硼或釤鈷。鐵芯可由實 心鐵組成或由矽鋼片疊制組成。動子的形狀也可根據實際需要調整。動子永磁體採用軸向 充磁，加工比較方便，生產成本較低。相鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，鐵芯中磁力線沿 徑向擴散，與定子的繞組線圈垂直，氣隙中的磁密增加，定子的繞組垂直切割磁力線，產生 的感應電動勢增大；實際應用中一般可以通過調整動子永磁體和鐵芯的相對厚度，調整氣 隙磁場，通過調整一對動子永磁體和相鄰的鐵芯的厚度可以調整動子的極距，配合定子繞 組線圈，調整感應電勢的波形。動子採用多塊永磁體，極對數較多，使得動子整個行程中，定 子繞組線圈的利用率提高。動子永磁體和鐵芯外包有護套，以保證整個動子為一個整體，方 便對整個動子外側進行拋光處理，減小動子與定子繞組支架的摩擦。機殼兩端的端蓋內側可選擇安裝固定永磁體，固定永磁體同樣可以選擇鐵氧體、 釹鐵硼或釤鈷，固定永磁體的個數可以是一個或兩個；由於端蓋為磁性材料，可以將固定永 磁體直接通過磁力吸引力固定在端蓋內側，安裝方便。當本實用新型的充電裝置水平放置 使用時，需要在兩個端蓋的內側分別設置一個固定永磁體。固定永磁體與動子兩端的動子 永磁體的斥力作用使動子在繞組支架內往復運動，避免產生機械拉伸碰撞。當上述發電裝 置豎直放置使用時，一般只需在機殼底端端蓋內側設置一個固定永磁體即可，動子在斥力 和自身重力的相互作用下，在繞組支架內做上下往復運動。端部的固定永磁體和動子永磁 體之間的相互作用等效於彈簧結構，採用端部固定永磁體和動子永磁體的磁力等效彈簧， 調整端部固定永磁體和動子永磁體的厚度、面積、相對距離可以在一定範圍內連續的調整 等效彈簧的彈性係數，從而可以實現根據不同場合對發電裝置設置不同的固有頻率。使用 過程中動子的振動頻率最終會和振源的振動頻率相等，當發電裝置自身的固有頻率和振源 的振動頻率一致時，就可以將振源的振動放大到最大，即這時動子的振幅最大，動子與定子 的相對運動最大，從而可以收集更多的電能，提高最終的發電效率。定子繞組由漆包線繞成，根據實際需要繞組可以是單相繞組或三相繞組。單相繞 組，在動子一對極距即一個周期內，前半個周期和後半個周期內動子建立的磁場方向相反， 為保證串聯後反電勢疊加不抵消，兩個半個周期內的繞組的繞向相反。三相繞組，動子一 個周期內，三相繞組之間相差120度電角度，不同周期範圍內同相繞組纏繞、連接方向保證 繞組反電勢正向疊加，以獲得更多的反電勢。相鄰兩組繞組之間的繞向相反。[0012]本實用新型帶來的有益效果體現在(1)本實用新型的發電裝置可通過調節動子的端部動子永磁體和固定永磁體的厚 度、面積等永磁體之間的斥力，即調節阻尼運動時等效彈簧係數，結合動子的質量可以調節 系統的固有頻率，從而適用於一定範圍內的不用頻率的振源，實現發電裝置的發電效率最 大；(2)通過調節動子中動子永磁體的厚度、數量，結合鐵芯厚度數量，以及繞組的分 布，可以產生單相、三相感應電動勢，並可以控制感應電動勢的大小，以滿足不同場合的需 要；(3)本實用新型的發電裝置的機械阻尼振動轉換對固有頻率的控制和電磁作用產 生電能的控制相對獨立，可以分開控制，實用性較強。
圖1為本實用新型的發電裝置水平放置使用時的結構示意圖；圖2為圖1中發電裝置沿A-A面的剖面圖；圖3為圖2中發電裝置B部分的局部放大圖；圖4為本實用新型的發電裝置豎直放置使用時的結構示意圖；圖5為本實用新型的發電裝置用於產生單相感應電動勢的電路示意圖；圖6為本實用新型的發電裝置用於產生三相感應電動勢的電路示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2和圖4所示，一種永磁阻尼直線發電裝置，包括機殼1、機殼1兩端的 端蓋、機殼1內的定子、動子和端蓋內側的固定永磁體9。如圖1 3所示，端蓋包括第一端蓋2和第二端蓋12，機殼1和端蓋均為導磁材 料，機殼1為圓筒形。根據實際應用場合不同機殼1也可以選擇長方體形或者其他形狀。機 殼1、第一端蓋2和第二端蓋12上均布連接孔，用於將繞組支架與機殼固定以及機殼與振 源的連接。機殼1的直徑和長度一般可根據實際需要確定。機殼1靠近第一端蓋2的一端 留有導線引出孔6。如圖1 4所示，定子包括繞組支架3和繞組支架外側的繞組4。繞組支架3為高 分子聚合物非導磁材料。繞組支架3為具有一定厚度的圓筒，繞組支架3外壁上設有環形 凹槽10，凹槽10的個數為6個，凹槽10的個數、寬度和深度均可根據實際需要確定。繞組 支架3外壁上設有導線引出槽5，導線引出槽5與凹槽10連通且與繞組支架3同軸設置， 導線引出槽5出口端與導線引出孔6連通，遠離導線引出孔6的另一端止於靠近第二端蓋 12的凹槽內，便於繞組4的布置。繞組支架3採用螺栓通過機殼1和端蓋上的連接孔將三 者固定連接。繞組4為漆包線繞成，為單相繞組，根據實際需要繞組4也可以布置為三相繞 組，以產生三相感應電動勢。繞組支架3的內腔為動子往復運動的軌道，為減少阻力和噪音 可將其內表面經拋光處理，然後噴塗潤滑劑。如圖1 4所示，動子由動子永磁體7、鐵芯8和包裹動子永磁體7和鐵芯8的護 套11組成，在相互磁力的吸引下，動子永磁體與鐵芯組成完整的圓柱體。動子永磁體7的 數量為7個，可選用市場常見的鐵氧體、釹鐵硼或釤鈷，動子永磁體的數量也可根據實際需要調整。鐵芯8數量為6個，可選用由實心鐵組成或由矽鋼片疊制組成。動子的形狀也可 根據實際需要調整。相鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，鐵芯中磁力線沿徑向擴散，與定 子的繞組線圈垂直，增加了氣隙中的磁密，定子的繞組垂直切割磁力線，產生的感應電勢增 大；實際應用中一般可以通過調整動子永磁體和動子鐵芯的相對厚度，調整氣隙磁場，調整 動子永磁體和相鄰的鐵芯的厚度可以調整動子的極距，配合定子繞組線圈，調整反電勢的 波形。動子永磁體7和鐵芯8外包有護套11，以保證整個動子為一個整體，方便對整個動子 外側進行拋光處理，減小動子與定子繞組支架3之間的摩擦。如圖1所示，本實用新型的發電裝置水平放置使用時，第一端蓋2和第二端蓋12 的內側分別設有一個固定永磁體9，固定永磁體9為軸向充磁，左側的固定永磁體9與動子 左端端部的動子永磁體7的充磁方向相反，右側固定永磁體9與動子右端端部的動子永磁 體7充磁方向相反，動子與固定永磁體9之間產生斥力，沒有外力時動子處於穩定平衡狀 態，動子與兩端的固定永磁體9保持相同的距離，當受到外界振動時，動子失去平衡，動子 向一端移動，動子永磁體7與這端的距離減小，斥力增大，阻礙動子進一步向這端移動，動 子靠慣性及兩端固定永磁體9的斥力作用不斷的做往復運動。如圖4所示，當本實用新型 的發電裝置豎直設置使用時，只需在第一端蓋2的內側設有一個固定永磁體9即可，在斥力 和動子自身重量的作用下實現動子的上下往復運動。如圖5所示，本實用新型需要產生單相感應電動勢時，繞組4設置為單相繞組，繞 組4組成了交流電源S，由電源S產生的交流電，經過單相二極體D1、D2、D3和D4進行單相 整流，整流後對儲能裝置電容C充電，電容C提供電能給負載電器L。如圖6所示，本實用新 型需要產生三相感應電流電動勢時，繞組4需要設置為三相繞組，三個繞組分別組成交流 電源SA、SB和SC, SA、SB和SC分別通過Dl、D2、D3、D4、D5和D6進行三相整流，後對儲能 裝置電容C充電，電容C提供電能給負載電器L。圖5和圖6中的電容C也可根據實際需要 用蓄電池代替。
權利要求1.一種永磁阻尼直線發電裝置，包括圓筒形的機殼(1)、機殼(1)兩端的端蓋以及設 置在機殼(1)空腔內的動子和定子；所述的定子包括與機殼(1)同軸的圓筒形的繞組支架 (3)以及纏繞在繞組支架⑶外側的繞組G)，繞組支架⑶為非導磁材料，繞組支架⑶ 與機殼(1)之間留有導線引出槽(5)，機殼(1)上設有導線引出口(6)，導線引出口(6)與 導線引出槽(5)連通；所述的動子為與機殼(1)同軸的圓柱體，位於繞組支架(3)內，其特 徵在於，所述的動子包括若干軸向充磁的動子永磁體(7)、位於相鄰兩個動子永磁體之間的 鐵芯⑶以及將動子永磁體(7)和鐵芯⑶包裹的護套(11)，護套(11)為非導磁材料，相 鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，動子永磁體(7)與鐵芯(8)直徑相等；所述的端蓋的內側 固定有固定永磁體(9)，固定永磁體(9)與靠近固定永磁體(9)的動子端部的動子永磁體充 磁方向相反。
2.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的繞組支架(3)外 壁上設有用於放置繞組的環形凹槽(10)。
3.根據權利要求2所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的繞組支架(3)外 壁上設有導線引出槽(5)，導線引出槽(5)與環形凹槽(10)相連通。
4.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的護套(11)和繞 組支架(3)為高分子聚合物非導磁材料。
5.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的動子永磁體(7) 和固定永磁體(9)為鐵氧體、釹鐵硼或釤鈷。
6.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的鐵芯(8)由實心 鐵組成或由矽鋼片疊制組成。
7.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的繞組(4)為單相 繞組或三相繞組。
8.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的機殼(1)和機殼 (1)兩端的端蓋由導磁材料組成。
9.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的機殼(1)豎直設 置，機殼(1)底端的端蓋內側設有固定永磁體(9)。
10.根據權利要求1所述的永磁阻尼直線發電裝置，其特徵在於，所述的機殼(1)水平 放置，機殼(1)兩端端蓋內側分別設有固定永磁體(9)。
專利摘要本實用新型公開了一種永磁阻尼直線發電裝置，包括機殼、機殼兩端的端蓋以及設置在機殼空腔內的動子和定子；定子包括與機殼同軸的圓筒形的繞組支架以及纏繞在繞組支架外側的繞組，繞組支架與機殼之間留有導線引出槽，機殼上設有導線引出口，導線引出口與導線引出槽連通；動子為與機殼同軸的圓柱體，包括若干軸向充磁的動子永磁體以及位於相鄰兩個動子永磁體之間的鐵芯，相鄰兩塊動子永磁體充磁方向相反，動子永磁體與鐵芯直徑相等；端蓋的內側設有固定永磁體，固定永磁體與靠近固定永磁體的端部的動子永磁體充磁方向相反。本實用新型的永磁阻尼直線發電裝置結構簡單、感應電動勢高、生產成本較低。
文檔編號H02K35/02GK201830126SQ20102054180
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者史丹, 沈建新, 王燦飛 申請人:浙江大學