線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，包括頂蓋、頂部彈簧、底部外殼、圓形永磁鐵、平面螺旋線圈保護蓋、平面螺旋線圈、線圈繞柱、斥力永磁鐵、斥力永磁鐵定位底盤、線圈懸浮腔。本發(fā)明依靠懸浮線圈中磁通量的改變完成振動能和電能的轉(zhuǎn)換，線圈主要依靠小型斥力永磁鐵與固定的圓形永磁鐵之間的斥力完成懸浮，小型斥力永磁鐵的磁場范圍較小，不超出整體外殼范圍，如此，小型斥力永磁體不與外界振動機器產(chǎn)生磁力作用。同時，線圈懸浮運動摩擦力小，在電磁阻尼與本身重力的相互作用下往復(fù)運動，迅速持久，從而可對機器振動能量做多次高效采集。
【專利說明】
線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于能源材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002]在我們的生活中，無論是跑步、開車，還是在工作中的機器上，振動能無處不在，也是最容易獲取的能量之一。機器的振動相對頻繁、分布廣泛，將振動能轉(zhuǎn)換為電能提供了良好的環(huán)境基礎(chǔ)。工作在惡劣環(huán)境下的機器，實時的工作環(huán)境、工作狀態(tài)監(jiān)測對于保證其安全工作、危險報警等顯得尤為重要。這就需要應(yīng)用諸多傳感器，有的需要安裝在機器內(nèi)部，有的需要安裝在機器外部，諸多的傳感器工作就需要解決供電問題。既要保證傳感器正常工作、供電線路設(shè)計相對簡單，又要保證供電安全。因此，自供電工作模式就具有重要意義和應(yīng)用價值。
[0003]將機械振動能轉(zhuǎn)換為電能有很多種方法，包括電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、壓電效應(yīng)等，復(fù)雜的環(huán)境下，小體積、高效率、高可靠性是該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。如何在小體積的系統(tǒng)中，將機械振動能轉(zhuǎn)換為電能，并能夠?qū)崿F(xiàn)高效采集成為自供電問題的技術(shù)難點。電磁感應(yīng)發(fā)電效率較高，其主要依靠螺旋線圈中磁通量的改變來完成電磁感應(yīng)的發(fā)電過程，這就需要使用永磁鐵，然而機器大都是全金屬打造的，使用含有永磁鐵的器件就需要解決磁場屏蔽的問題。因此，如何能夠保證在小體積的基礎(chǔ)上，做到發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部磁場不受機械環(huán)境干擾就成為問題的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，既能規(guī)避機器對系統(tǒng)內(nèi)部磁場干擾的問題，又能對機器振動能量進行高效采集。
[0005]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，包括底部外殼，所述底部外殼上安裝線圈懸浮腔，所述線圈懸浮腔上安裝頂蓋;所述底部外殼內(nèi)中心固定放置圓形永磁鐵，所述頂蓋內(nèi)安裝頂部彈簧;所述線圈懸浮腔內(nèi)設(shè)置線圈懸浮單元，所述線圈懸浮單元包括線圈繞柱，所述線圈繞柱底端固連斥力永磁鐵定位底盤、頂端固連平面螺旋線圈保護蓋、中部安裝平面螺旋線圈，所述斥力永磁鐵定位底盤邊緣圓周內(nèi)均布有若干磁鐵放置孔，所述磁鐵放置孔內(nèi)放置斥力永磁鐵，使線圈懸浮單元處于懸浮狀態(tài)。
[0006]使用時，平面螺旋線圈保護蓋、平面螺旋線圈、斥力永磁鐵定位底盤通過線圈繞柱固定成為一體，斥力永磁鐵等角度間距固定于斥力永磁鐵定位底盤的磁鐵放置孔內(nèi)，上述五個單元固定形成線圈懸浮單元。斥力永磁鐵之間的磁性極向相同，等角度間距，其底面與圓形永磁鐵同極相斥。在一定間距上，線圈懸浮單元自身重力與斥力永磁鐵和圓形永磁鐵之間產(chǎn)生的斥力相等，處于懸浮狀態(tài)。當線圈懸浮單元由于外界振動而產(chǎn)生響應(yīng)振動，貼近頂部彈簧時，彈簧壓縮受力，頂部彈簧將線圈懸浮單元彈回。線圈懸浮單元懸浮狀態(tài)破壞，貼近圓形永磁鐵的同時，斥力變大且大于線圈懸浮單元重力，線圈但懸浮單元被彈回，如此往復(fù)運動的同時，線圈中磁通量多次改變，隨之產(chǎn)生電力，完成將振動能量轉(zhuǎn)化為電能的過程。
[0007]本發(fā)明設(shè)計合理，依靠懸浮線圈中磁通量的改變完成振動能和電能的轉(zhuǎn)換，線圈主要依靠小型斥力永磁鐵與固定的圓形永磁鐵之間的斥力完成懸浮，小型斥力永磁鐵的磁場范圍較小，不超出整體外殼范圍，如此，小型斥力永磁體不與外界振動機器產(chǎn)生磁力作用。同時，線圈懸浮運動摩擦力小，在電磁阻尼與本身重力的相互作用下往復(fù)運動，迅速持久，從而可對機器振動能量做多次高效采集，具有很好的市場應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0008]圖1表示本發(fā)明的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器配件分解示意圖。
[0009]圖2表示本發(fā)明的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器系統(tǒng)剖面圖。
[0010]圖3表示本發(fā)明的線圈繞柱結(jié)構(gòu)圖。
[0011 ]圖4表示本發(fā)明提供的斥力永磁鐵陣列布局示意圖。
[0012]圖中:1_頂蓋，2-頂部彈簧，3-底部外殼，4-圓形永磁鐵，5-平面螺旋線圈保護蓋，6-平面螺旋線圈，7-線圈繞柱，8-斥力永磁鐵，9-斥力永磁鐵定位底盤，10-線圈懸浮腔，11-磁鐵放置孔。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。
[0014]一種線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，如圖1、2所示，包括底部外殼3，所述底部外殼3上安裝線圈懸浮腔10，所述線圈懸浮腔10上安裝頂蓋I;所述底部外殼3內(nèi)中心固定放置圓形永磁鐵4，所述頂蓋I內(nèi)安裝頂部彈簧2;所述線圈懸浮腔10內(nèi)設(shè)置線圈懸浮單元，所述線圈懸浮單元包括線圈繞柱7，所述線圈繞柱7底端固連斥力永磁鐵定位底盤9、頂端固連平面螺旋線圈保護蓋5、中部安裝平面螺旋線圈6，所述斥力永磁鐵定位底盤9邊緣圓周內(nèi)均布有若干磁鐵放置孔11，所述磁鐵放置孔11內(nèi)放置斥力永磁鐵8，使線圈懸浮單元處于懸浮狀態(tài)。
[0015]本實施例中，如圖4所示，所述斥力永磁鐵定位底盤9的邊緣圓周內(nèi)以30°間距均勻分布有12個孔徑均相等的磁鐵放置孔U。三個斥力永磁鐵8以120°的角度間距放置于相應(yīng)的磁鐵放置孔11內(nèi)。斥力永磁鐵8的數(shù)量可大于3，但須保證等角度間距放置。
[0016]三個斥力永磁鐵8的磁性極向相同，等角度間距，其底面與圓形永磁鐵4同極相斥。在一定間距上，線圈懸浮單元自身重力與斥力永磁鐵8和圓形永磁鐵4之間產(chǎn)生的斥力相等，處于懸浮狀態(tài)。當線圈懸浮單元由于外界振動而產(chǎn)生響應(yīng)振動，貼近頂部彈簧2時，彈簧壓縮受力，頂部彈簧2將線圈懸浮單元彈回。線圈懸浮單元懸浮狀態(tài)破壞，貼近圓形永磁鐵4的同時，斥力變大且大于線圈懸浮單元重力，線圈但懸浮單元被彈回，如此往復(fù)運動的同時，線圈中磁通量多次改變，隨之產(chǎn)生電力，完成將振動能量轉(zhuǎn)化為電能的過程。
[0017]具體實施時，平面螺旋線圈保護蓋5、平面螺旋線圈6、斥力永磁鐵定位底盤9通過線圈繞柱7固定成為一體，斥力永磁鐵8等角度間距的固定于斥力永磁鐵定位底盤9的通孔內(nèi)。
[0018]如圖3所示，所述線圈繞柱7上開設(shè)有用于平面螺旋線圈6兩端接線的通孔和矩形槽，避免引線在懸浮線圈運動時被拉斷。
[0019]所述頂部彈簧2固定于頂蓋I下方正中心位置。
[0020]所述平面螺旋線圈6的厚度小于線圈繞柱7的高度。
[0021]所述平面螺旋線圈6的直徑小于平面螺旋線圈保護蓋5和斥力永磁鐵定位底盤9的直徑;所述平面螺旋線圈保護蓋5的直徑與斥力永磁鐵定位底盤9的直徑相等。
[0022]所述斥力永磁鐵定位底盤9的直徑大于線圈懸浮腔10的內(nèi)徑的3/4，小于線圈懸浮腔10的內(nèi)徑。
[0023]所述圓形永磁鐵4固定于底部外殼3上的環(huán)形腔體內(nèi)，圓形永磁鐵4的厚度大于底部外殼3上環(huán)形腔體的腔高，圓形永磁鐵4的直徑等于底部外殼3上的環(huán)形腔體內(nèi)徑。
[0024]所述平面螺旋線圈保護蓋5與頂部彈簧2的間距小于斥力永磁鐵定位底盤9與圓形永磁鐵4的間距。
[0025]整個器件的具體實現(xiàn)步驟如下:
步驟1:采用CNC數(shù)控加工或3D打印技術(shù)制作頂蓋1、底部外殼3、平面螺旋線圈保護蓋5、線圈繞柱7、斥力永磁鐵定位底盤9、線圈懸浮腔10。
[0026]步驟2:采用漆包銅線繞出平面螺旋線圈6。
[0027]步驟3:采購永磁鐵圓形永磁鐵4、斥力永磁鐵8，采購頂部彈簧2。
[0028]步驟4:系統(tǒng)組裝。
[0029]以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范圍中的代表性實施例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制，器件結(jié)構(gòu)平面螺旋線圈大小、圓形永磁鐵大小、圓柱形磁柱大小、平面螺旋線圈纏繞圈數(shù)、平面螺旋線圈放置方式、保護外殼外觀等限制，凡采用變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均在權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:包括底部外殼(3)，所述底部外殼(3)上安裝線圈懸浮腔(10)，所述線圈懸浮腔(10)上安裝頂蓋(I);所述底部外殼(3)內(nèi)中心固定放置圓形永磁鐵(4)，所述頂蓋(I)內(nèi)安裝頂部彈簧(2);所述線圈懸浮腔(10)內(nèi)設(shè)置線圈懸浮單元，所述線圈懸浮單元包括線圈繞柱(7)，所述線圈繞柱(7)底端固連斥力永磁鐵定位底盤(9)、頂端固連平面螺旋線圈保護蓋(5)、中部安裝平面螺旋線圈(6)，所述斥力永磁鐵定位底盤(9)邊緣圓周內(nèi)均布有若干磁鐵放置孔(11)，所述磁鐵放置孔(11)內(nèi)放置斥力永磁鐵(8)，使線圈懸浮單元處于懸浮狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述斥力永磁鐵定位底盤(9)的邊緣圓周內(nèi)以30°間距均勻分布有12個磁鐵放置孔(11)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:三個斥力永磁鐵(8)以120°的角度間距放置于相應(yīng)的磁鐵放置孔(11)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述頂部彈簧(2 )固定于頂蓋(I)下方正中心位置。5.根據(jù)權(quán)利要求/4所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋線圈(6)的厚度小于線圈繞柱7的高度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋線圈6的直徑小于平面螺旋線圈保護蓋(5)和斥力永磁鐵定位底盤(9)的直徑;所述平面螺旋線圈保護蓋(5)的直徑與斥力永磁鐵定位底盤(9)的直徑相等。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述斥力永磁鐵定位底盤(9 )的直徑大于線圈懸浮腔(1 )的內(nèi)徑的3/4，小于線圈懸浮腔(1 )的內(nèi)徑。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述圓形永磁鐵(4)固定于底部外殼(3)上的環(huán)形腔體內(nèi)，圓形永磁鐵(4)的厚度大于底部外殼(3)上環(huán)形腔體的腔高，圓形永磁鐵(4)的直徑等于底部外殼(3)上的環(huán)形腔體內(nèi)徑。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述平面螺旋線圈保護蓋(5)與頂部彈簧(2)的間距小于斥力永磁鐵定位底盤(9)與圓形永磁鐵(4)的間距。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈懸浮型振動驅(qū)動電磁式能量采集器，其特征在于:所述線圈繞柱(7)上開設(shè)有用于平面螺旋線圈(6)兩端接線的通孔和矩形槽。
【文檔編號】H02K35/04GK105846647SQ201610243435
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】穆繼亮, 何劍, 張增星, 王大為, 韓建強, 丑修建, 薛晨陽, 張文棟
【申請人】中北大學(xué)