[发明专利]滚动振子直线振动能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及能量收集装置，尤其是一种电磁式振动能量收集装置。

背景技术

对无线传感器网络或分布式小系统供电问题是一个难点。而振动是自然界的一种能量存在形式。例如海面的波浪，树枝在风吹动下的摆动，颠簸的车辆等。振动发电是将各种振动产生的能量转化为电能，是一种有潜力的无污染、不消耗自然资源的新型发电装置，适合于无线传感器网络或分布式小系统节点采用。

实现振动发电的一种方式是电磁感应现象发电。以往的电磁感应振动发电装置，内部构造各不相同。申请号为200410067821.3的振动发电机，申请号为200810230833.1的三维振动发电机，申请号为200710126703.9的便携式振动发电机，申请号为200610051677.3的磁场挤压增强型振动发电机。论文“新型永磁体外置式直线振动发电机性能研究”(浙江大学学报工学版，第41卷第9期，pp.1604-1608)和论文“A micro electromagnetic generator for vibration energy harvesting”(JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING，17(2007)，pp.1257-1265)，在其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，由电机有关理论可知其磁感应强度低，磁路利用率不高，振动能量利用率不高。同时上述有些资料中线圈利用率也是一个可以改善之处，其线圈中有较多部分不能有效切割磁力线，产生电动势，影响发电效率。申请号为201020125287.8的环绕式振动发电机，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，那磁路中的气隙还是比较大，可能会导致磁路不能闭合或者感应的磁通较弱，产生的电能较少，这对于高制造成本的它是得不偿失的。申请号为2012104994623的电磁式振动发电装置，虽然力图通过平衡磁力的方法消除定位力，但由于第一装置中磁力远大于重力，并且由于误差和不对称性的存在，定位力不可避免在一定程度上仍然存在，阻碍了振子灵活运动；另一方面，其永磁体属于振子，易于在振动中遭到碎坏。

发明内容

为了克服已有振动能量收集方式的漏磁高、能量转换率低和装置使用不稳定的不足，本发明提供一种漏磁较少、能量转换率较高、永磁体固定、振子运动中为滚动摩擦、稳定性良好的滚动振子直线振动能量收集装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种滚动振子直线振动能量收集装置，包括外壳，所述能量收集装置还包括位于外壳内的永磁体、底磁轭、线圈支架、前后磁轭和左右磁轭

所述永磁体有N极和S极，所述永磁体上有两个底磁轭，每个底磁轭上有两个安放线圈支架的线圈底座，所述线圈底座上安放四个线圈支架，N极对应的底磁轭用于放置左线圈支架和后线圈支架，S极对应的底磁轭用于放置右线圈支架和前线圈支架，四个线圈支架完全相同；

所述线圈支架上缠绕感应线圈，各线圈支架上的感应线圈串接，四个线圈支架上设有安放四片磁轭的磁轭底座，安放于左线圈支架上的是左磁轭，安放于右线圈支架上的是右磁轭，安放于前线圈支架上的是前磁轭，安放于后线圈支架上的是后磁轭，左磁轭和右磁轭相对放置并且完全相同，前磁轭和后磁轭相对放置并且完全相同，每片磁轭上都有齿，齿底与齿顶的宽度相同，且左、右磁轭与前、后磁轭上的齿呈交错分布；前后磁轭和左右磁轭围成的空腔内布置球形振子，各个磁轭上方均与磁轭支架连接。

进一步，所述磁轭支架上方为弹性垫圈。

所述外壳内部有四条导轨，所述导轨用于固定磁轭、线圈支架和底磁轭的周向位置，也就是各磁轭位于导轨之间的空隙处，各线圈支架位于导轨之间的空隙处，两底磁轭的圆弧面上有槽正好用于嵌入两条正对的导轨；四条导轨之间放置球形振子，振子与导轨滚动接触。

所述外壳上方有顶盖，顶盖为非磁材料制成，外壳顶部外侧有外螺纹，顶盖内侧有外螺纹，通过螺纹配合顶盖固定于外壳，并压惊弹性垫圈。

本发明的技术构思为：本发明中在振动作用下，振子在外壳导轨上滚动，磁轭与振子发生相对运动，线圈磁通大小不断变化，线圈就能产生感应电压。为说明其变化，考虑下面两种情形：