一種振動(dòng)能量收集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能量收集領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)或者物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)自供電的電磁式振動(dòng)能量收集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或分布式小系統(tǒng)供電問題是一個(gè)難點(diǎn)。而振動(dòng)是自然界的一種能量存在形式。例如海面的波浪，樹枝在風(fēng)吹動(dòng)下的擺動(dòng)，顛簸的車輛等。振動(dòng)發(fā)電是將各種振動(dòng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，是一種有潛力的無污染、不消耗自然資源的新型發(fā)電裝置，適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或分布式小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)采用。
[0003]實(shí)現(xiàn)振動(dòng)發(fā)電的一種方式是電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)電。以往的電磁感應(yīng)振動(dòng)發(fā)電裝置，內(nèi)部構(gòu)造各不相同。申請(qǐng)?zhí)枮?00410067821.3的振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00810230833.1的三維振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00710126703.9的便攜式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請(qǐng)?zhí)枮?00610051677.3的磁場(chǎng)擠壓增強(qiáng)型振動(dòng)發(fā)電機(jī)。論文“新型永磁體外置式直線振動(dòng)發(fā)電機(jī)性能研宄”(浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，第41卷第9期，pp.1604-1608)和論文“Amicro electromagnetic generator for vibrat1n energy harvesting，， (JOURNAL OFMICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, 17 (2007), pp.1257-1265)，在其結(jié)構(gòu)上均較難保證磁路中氣隙較小的要求，未能實(shí)現(xiàn)閉合磁路，由電機(jī)有關(guān)理論可知其磁感應(yīng)強(qiáng)度低，磁路利用率不高，振動(dòng)能量利用率不高。同時(shí)上述有些資料中線圈利用率也是一個(gè)可以改善之處，其線圈中有較多部分不能有效切割磁力線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，影響發(fā)電效率。申請(qǐng)?zhí)枮?01020125287.8的環(huán)繞式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，它的永磁體的四個(gè)S極呈十字對(duì)稱分布，其底部連接在一起并與N極連接，這對(duì)制造工藝有很高的要求，非常難制造。同時(shí)由于N極和S極之間安裝有線圈，整體及結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，即使能制造好永磁體，安裝也比較困難。并且，由于N極和S極之間隔著線圈，那磁路中的氣隙還是比較大，可能會(huì)導(dǎo)致磁路不能閉合或者感應(yīng)的磁通較弱，產(chǎn)生的電能較少，這對(duì)于高制造成本的它是得不償失的。申請(qǐng)?zhí)枮?012104994623的電磁式振動(dòng)發(fā)電裝置，雖然力圖通過平衡磁力的方法消除定位力，但由于第一裝置中磁力遠(yuǎn)大于重力，并且由于誤差和不對(duì)稱性的存在，定位力不可避免在一定程度上仍然存在，阻礙了振子靈活運(yùn)動(dòng)；另一方面，其永磁體屬于振子，易于在振動(dòng)中遭到碎壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有振動(dòng)能量收集方式的漏磁較高、能量轉(zhuǎn)換率較低、運(yùn)動(dòng)靈活性較差的不足，本發(fā)明提供一種漏磁較低、能量轉(zhuǎn)換率較高、永磁體固定、運(yùn)動(dòng)靈活性良好的振動(dòng)能量收集裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種振動(dòng)能量收集裝置，包括外殼、位于外殼內(nèi)的永磁體、左右磁軛、前后磁軛、線圈和鐵磁體振子，永磁體包括N極和S極，所述永磁體上襯有橡膠墊，所述永磁體的N極和S極所在面分別安放左、右磁軛，左、右磁軛形狀尺寸完全一致，永磁體的兩個(gè)側(cè)面的一部分貼附前、后磁軛，與右磁軛相連的磁軛為前磁軛，與左磁軛相連的磁軛為后磁軛，前、后磁軛形狀尺寸完全一致，各磁軛包括下面部分、中間部分和下面部分，所述下面部分貼附于永磁體上，所述中間部分則繞有線圈，所述上面部分設(shè)有齒，所述齒的齒底與齒頂?shù)膶挾认嗤?，所述左、右磁軛與前、后磁軛上的齒呈交錯(cuò)分布；
[0007]所述上面部分的上端安裝在蓋子上，所述上面部分的下端安裝在支座上，所述蓋子的中部連接方軸，所述方軸穿過所述左、右磁軛與前、后磁軛圍成的空腔，所述方軸上可滑動(dòng)地安裝鐵磁體振子，所述方軸上套裝彈簧，所述彈簧的上端頂在所述蓋子的底面，所述彈簧的下端頂在所述鐵磁體振子上，所述方軸的下端安裝在支座上。
[0008]進(jìn)一步，所述永磁體呈正方形，左邊為N極，右邊為S極。
[0009]再進(jìn)一步，所述下面部分包裹永磁體和橡膠圈。
[0010]本發(fā)明中在振動(dòng)作用下，外殼及磁軛與振子發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈磁通大小和方向不斷變化，線圈就能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。為說明其變化，考慮下面3種情形:
[0011]I)當(dāng)振子齒頂與左、右磁軛的齒頂對(duì)齊時(shí)，振子齒頂與前、后磁軛的齒底相對(duì)。此時(shí)，磁力線由永磁體N極發(fā)出，先后經(jīng)過左磁軛、氣隙、振子、氣隙、右磁軛回到永磁體S極，形成閉合磁路。該情形下，左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通達(dá)到最大，前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通為Oo
[0012]2)當(dāng)振子向上運(yùn)動(dòng)，其齒頂與前、后、左、右4片磁軛齒頂相對(duì)面積均等于其與各磁軛齒底相對(duì)面積時(shí)，磁力線從永磁體N極發(fā)出，分別經(jīng)左磁軛或者經(jīng)左磁軛到后磁軛、氣隙、振子、氣隙，又分別經(jīng)右磁軛或者經(jīng)前磁軛到右磁軛，回到永磁體S極。該情形下，也形成閉合磁路，但該磁路并不單一，而是有分岔的；理論上說，前、后、左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通均相同，為情形I)中左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通的一半。
[0013]3)當(dāng)振子繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，其齒頂與前、后磁軛的齒頂對(duì)齊時(shí)，振子齒頂與左、右磁軛的齒底相對(duì)。此時(shí)，磁力線由永磁體N極發(fā)出，先后經(jīng)過左磁軛、后磁軛、氣隙、振子、氣隙、前磁軛、右磁軛回到永磁體S極，形成閉合磁路。該情形下，前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通達(dá)到最大，左、右磁軛僅下部與永磁體接觸部分有磁力線，這些磁力線隨即轉(zhuǎn)至后、前磁軛，故左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通為O。
[0014]上述分析表明，振子振動(dòng)過程中各磁軛線圈內(nèi)磁通不斷發(fā)生變化，其規(guī)律為前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通大小相等方向相反；左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通大小相等方向相反；前、后磁軛上的線圈內(nèi)磁通量的絕對(duì)值與左、右磁軛上的線圈內(nèi)磁通量的絕對(duì)值之和為常量，呈現(xiàn)前、后長(zhǎng)則左、右消以及左、右長(zhǎng)則前、后消的關(guān)系。因此，合理的串聯(lián)4個(gè)線圈能使各線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)疊加。
[0015]本發(fā)明中通過前、后磁軛平衡磁力以及左、右磁軛平衡磁力的方法消除定位力，但由于加工生產(chǎn)中的誤差和不確定性無法徹底避免，引入了方軸和彈簧。方軸的作用在于提供振子一個(gè)比較光滑和穩(wěn)定的軌道，使其偏斜盡量減小，以進(jìn)一步降低誤差引起的定位力。彈簧的作用在于抵消可能存在的殘余定位力對(duì)振子自由運(yùn)動(dòng)的影響。
[0016]本發(fā)明的有益效果:提高了磁路的利用率，提高了線圈利用率，提高了能量收集效率；且其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上注重消除定位力，保證振子自由運(yùn)動(dòng)。
【附圖說明】
[0017]圖1是振動(dòng)能量收集裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是振動(dòng)能量收集裝置(無外