[实用新型]一种振动能量收集装置

说明书

技术领域

本实用新型属于能量收集领域，尤其涉及一种实现无线传感器节点或者物联网节点自供电的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较高、能量转换率较低、运动灵活性较差的不足，本实用新型提供一种漏磁较低、能量转换率较高、永磁体固定、运动灵活性良好的振动能量收集装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种振动能量收集装置，包括外壳、位于外壳内的永磁体、左右磁轭、前后磁轭、线圈和铁磁体振子，永磁体包括N极和S极，所述永磁体上衬有橡胶垫，所述永磁体的N极和S极所在面分别安放左、右磁轭，左、右磁轭形状尺寸完全一致，永磁体的两个侧面的一部分贴附前、后磁轭，与右磁轭相连的磁轭为前磁轭，与左磁轭相连的磁轭为后磁轭，前、后磁轭形状尺寸完全一致，各磁轭包括下面部分、中间部分和下面部分，所述下面部分贴附于永磁体上，所述中间部分则绕有线圈，所述上面部分设有齿，所述齿的齿底与齿顶的宽度相同，所述左、右磁轭与前、后磁轭上的齿呈交错分布；

所述上面部分的上端安装在盖子上，所述上面部分的下端安装在支座上，所述盖子的中部连接方轴，所述方轴穿过所述左、右磁轭与前、后磁轭围成的空腔，所述方轴上可滑动地安装铁磁体振子，所述方轴上套装弹簧，所述弹簧的上端顶在所述盖子的底面，所述弹簧的下端顶在所述铁磁体振子上，所述方轴的下端安装在支座上。

进一步，所述永磁体呈正方形，左边为N极，右边为S极。

再进一步，所述下面部分包裹永磁体和橡胶圈。

本实用新型中在振动作用下，外壳及磁轭与振子发生相对运动，线圈磁通大小和方向不断变化，线圈就能产生感应电压。为说明其变化，考虑下面3种情形：

1)当振子齿顶与左、右磁轭的齿顶对齐时，振子齿顶与前、后磁轭的齿底相对。此时，磁力线由永磁体N极发出，先后经过左磁轭、气隙、振子、气隙、右磁轭回到永磁体S极，形成闭合磁路。该情形下，左、右磁轭上的线圈内磁通达到最大，前、后磁轭上的线圈内磁通为0。