[发明专利]一种梯形磁轭永磁振动发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及将环境中的振动能转换为电能的振动发电装置，特别涉及一种梯形磁轭永磁振动发电装置，核心部分为振动轴、梯形磁轭、空心圆柱型外壳。该永磁振动发电装置能够在梯形磁轭与永磁体之间形成闭合磁路，提高了磁场的利用率。

背景技术

永磁振动发电装置是利用法拉第电磁感应定律将环境振动能量转换为电能的发电装置，其具有发电功率大、易于维护等优点。

根据振动部件的不同，可以把永磁振动发电装置分为动铁(磁铁运动)、动圈(线圈运动)和铁圈同动(磁铁线圈共同运动)三种类型。动铁型即为线圈不动，磁铁相对线圈振动，线圈中磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。动圈型即为磁铁不动，线圈相对磁铁振动，线圈中磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势；为了进一步提高低频振动下的电能输出，出现了铁圈同振型的振动能量采集器。铁圈同振型即为在外界输入振动下，磁铁和线圈都产生振动，但是两者之间有相对运动，在线圈中产生感应电动势。

现有的永磁振动发电装置大多为小型能量采集器，大多数没有利用磁轭进行导磁，造成了磁场的大范围浪费；不能更好地依据法拉第电磁感应定律来提高通过线圈中的磁通量的变化率，从而提高输出感应电动势。本课题组之前申请的“一种低频永磁振动发电装置”适用于低频大位移条件下的能量采集，其主体结构为正四棱柱体，包括四个侧板、上端盖和下端盖，采用极靴型磁轭作为导磁路径，方便放置线圈并产生线性变化的磁场；不足之处为体积较大，不适于频率10Hz以上的振动。本发明为圆柱型振动发电装置，适用于车辆行驶条件下的振动能量采集，体积较小，直径为8.2cm，高为12cm，而且使用了梯型磁轭作为导磁通路，在相邻的两个梯型磁极中就能形成闭合回路，提高了磁场利用率，有效地减轻了动子重量，即使在外界输入力激励较小时，也能够产生振动，从而将振动能转换为电能，提高了机电转换效率。

发明内容

本发明针对车辆行驶下的振动，设计了一种梯形磁轭永磁振动发电装置。该振动发电装置核心部件为振动轴、梯形磁轭、空心圆柱型外壳，并通过振动发电装置的磁轭设计为带四个梯形磁极的磁轭结构，能够在保证高导磁的基础上，尽可能地减小磁轭的体积，而且四个磁极与极身垂直分布，使得在磁通经过极身时方向发生90°变化，从而使绕制在极身上的线圈内磁通量变化率较大，产生更大的感应电动势；此外，发电装置采用圆筒型的主体封闭结构，提高了振动发电装置工作时的稳定性，而且能够提高磁场和空间的利用效率；最后，由于发电装置的完全对称结构，使得振动轴受到的电磁合力为0，能够减小振动时作用于振动轴的作用力。本发明适用于车辆行驶条件下的振动，即频率1-20Hz，振动位移峰值1-20mm条件下的振动发电。理论与实验表明，本发明振动发电装置在频率为10Hz，振幅10mm时，每个磁轭中线圈输出电压峰值为6.8V。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案为：

一种梯形磁轭永磁振动发电装置，其特征在于该发电装置的主体结构为圆柱状结构，包括圆筒型外壳、顶盖、振动轴和底盖，外壳上下两端通过螺栓分别与顶盖、底盖固定连接，顶盖中心开有圆柱形通孔，顶盖的中心的一侧开有线圈出线通孔，底盖上部中心安装有空心圆柱型毂，毂内底部空心部分放置弹簧；振动轴的下部在毂内与弹簧接触；振动轴的上端垂直穿过直线轴承和与其固定在一起的顶盖，并高出顶盖；

所述振动轴的中部为正四棱柱体，振动轴上下两部分均为圆柱状结构，中部的正四棱柱体在四个侧面加工有四棱柱凹槽，每个四棱柱凹槽内均粘接放置有一个梯形磁轭，共四个形状结构完全相同的梯形磁轭，每个梯形磁轭包括四个梯形磁极、两个极身和一个极座，两个极身为结构完全相同的长方体，极座的底面为相邻两边夹角为45°的平行四边形，极座的底面固定在振动轴的四棱柱凹槽内，两个极身一端均分别与极座的两个相对的长边垂直固定，在每个极身的另一端分别向内垂直固定有两个梯形磁极，且梯形磁极的下底与对应的极身垂直固定连接，两个极身上的四个梯形磁极交错排列，且四个梯形磁极在同一平面上，相邻梯形磁极之间有间隙，四个梯形磁极的极性从上到下依次相异；在每个极身上沿竖直方向均绕制有一个线圈，同一个极座上的两个极身的线圈绕制方向均相同，且同一个极座上的两个线圈的两个末端相连接，留出两个首端作为线圈引出线，该两个线圈引出线为一组线圈引出线，四个梯形磁轭共八个线圈引出线，共分成四组线圈引出线，该四组线圈引出线均从顶盖的线圈出线通孔引出，八个线圈的绕制方向都相同；