[发明专利]永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及从机械振动回收能量得以能源利用的装置，具体地说是永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用。

背景技术

现今小功率的电源引被广泛地应用于桥梁状态检测、环境监控、医疗保健与汽车制造等领域。电池作为小功率的电源的致命缺点是成本高、寿命有限并且废弃电池处理不当会对环境造成严重污染；用于替代电池的太阳能发电和风能发电作为小功率的电源的缺点是其获取受到环境因素和地理条件的限制，不可能得以广泛应用；振动发电装置具有使用寿命长、实用性强、功率密度高以及易于集成的优势，为此采用振动发电装置来取代传统的电池作为小功率的电源越来越受到人们关注。

根据能量转换机理的不同，振动发电装置可以分成压电式、电磁式和静电式3类。压电式振动发电装置广泛应用于100Hz和1000Hz的频率下，其制造工艺比较复杂，和CMOS技术不兼容。静电式振动发电装置则需要外加电源进行初始充电，限制了其应用范围。相比较而言，当应用于低频振动中作为无线传感器的功率电源使用时，电磁振动发电装置具有低成本高性能的特点，目前已经提出了一些不同结构的电磁发电机。

C.R.Saha，T.O’Donnell，N.Wang，P.McCloskey在《Electromagnetic generator for harvesting energy from human motion》中提出了一种电磁发电装置，它使用一个固定环形永磁体组成的磁弹簧，从人体运动中能够产生的输出功率为134μW，输出电压为2.1mV，但是只能收集竖直方向的振动，由振动能量到电能的能量转化效率比较低。

CN1420269公开了振动发电装置，包括受力变形的弹性体，绕支点摆动的杠杆，位于磁场中垂直于地面并呈内、外圈布置的两组线圈，该两组线圈彼此相隔分别具有开口，开口处于垂线位置，其对应端与机座固定，线圈设有铰接活动点，杠杆的一端与弹性体固定，另一端水平装置有两个相互绝缘的导电片，导电片处于两组线圈之间的开口处，随杠杆摆动交替着与两组线圈的开口接触，对线圈施力并闭合线圈。该装置的缺点是：①装置中存在多个杆与杆的连接，对装置材料的机械性能要求较高。②该装置中“在弹性体受力振动时，随着杠杆上、下摆动，利用导电片交替地将两组线圈闭合，可源源不断获得电能。”在此运动过程中，线圈4和线圈5组成的平行四边形发生形变，当该振动发电装置用于高频振动时，线圈的使用寿命降低。

CN201323522披露了振动发电机，包括上支架和下支架、摆杆、连接上支架和下支架的摆杆支架、弹簧以及设置在两侧且与上支架和下支架连接的绕组骨架；所述的摆杆支架上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆，所述的摆杆套装在该导向杆上，弹簧为上下各一个，均套装在该导向杆上；所述的摆杆可以沿导向杆上下运动；所述的摆杆两端各设有2个磁铁；所述的绕组骨架为中空结构，外周缠绕有绕组，当摆杆上下运动时，摆杆两端的磁铁在绕组骨架中间的空腔中上下运动，使绕组切割磁力线。该振动发电机的缺点是：①比较而言，该振动发电装置体积较大，机构及其制造工艺比较复杂。②该振动发电装置使用金属或非磁性材料制造的机械弹簧，相比磁弹簧，机械弹簧存在摩擦系数大、容易生热、有噪音、性能稳定性较差、寿命较短的缺点。

机械振动是设备运行的基本特征，反映了设备的运行状态。通过采用振动检测系统对设备运行的变化进行实时监测可以准确地判断设备的运行状态，提前发现设备的故障隐患，对于工业设备的早期故障诊断具有重要意义。

现有的振动检测系统存在两大不足之处。一是振动传感器都是采用有源设备，即需要用电池或外部整流电源供电。采用电池则受到电池使用寿命的限制，不及时更换电池会影响振动检测系统的正常工作。采用外部整流电源则电源线受铺设的限制，电源线在工厂设备之间铺设会十分不便。二是数据传输不便，采用数据线传输由振动传感器采集的数据至数据中心，有线传输受环境限制；采用便携式传输数据装置则不能做到及时收集和处理振动信息数据。上述振动检测系统存在的两大不足之处使得振动检测技术至今不能普遍应用于生产和生活之中，设备的故障隐患不能及时的受到监控，给社会造成经济损失和资源浪费。

发明内容