[实用新型]一种电磁式振动发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及将振动的机械能转换为电能的装置，特别涉及永磁振动发电装置，核心部分为永磁振动轴、轭铁、和轴毂。该振动发电机能形成闭合磁路，使漏磁通显著减少，在低频下具有较高的输出功率。

技术背景

电磁式振动发电机是利用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，可以把电磁式振动发电机分为动铁（磁铁振动）、动圈（线圈振动）和铁圈同振（磁铁线圈共同振动）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。

尽管已经研制成功多种电磁式振动能量采集器样机，但样机的输出电压多数偏小，如英国南安普顿大学报道的样机输出电压有效值为0.5V(Sensors and Actuators A110(2004)171)，特别是在低频大位移振动条件下的研究较少，限制了电磁式振动发电机的发展与应用。

实用新型内容

针对现有振动发电机存在的问题，考虑在低频大位移条件下的振动，设计了一种新型振电磁式动发电机。该振动发电机核心部件为磁轭、振动轴、轴毂。它可以用于低频大位移条件下的振动发电。磁轭部分采用DW465-50型硅钢片叠压而成形成闭合磁路，使漏磁显著减少。振动轴结构永磁部分的材料是钕铁硼（Nd2Fe14B），型号为N45。轴毂结构的作用是防止振动发电机在振动的过程中轴承发生转动、引起磁路不对称。振动发电机运用直线轴承对永磁体与磁轭进行限位，降低了磁力作用对发电机振动所产生的影响。发电机磁轭部分缠有线圈，为提高输出功率，线圈的联接方式采用串联联接。理论与实验表明振动发电机在频率为10Hz，振幅为10mm时，输出电压峰值为6V。

本实用新型的技术方案为：

一种电磁式振动发电机，其结构包括：主体结构为轴对称式立方体结构，发电机底盘上部安装空心圆柱型毂，毂内底部空心部分放置弹簧；毂顶部安装相同内径的下法兰轴承，下法兰轴承通过支撑螺栓与底盘连接固定，振动轴的下部穿过下法兰轴承在毂内与弹簧接触。

振动轴为中部凹陷的对称柱状结构，中部凹陷的部分自上而下均匀设置有三个通孔，每个通孔内嵌有一块圆柱形永磁体，三块圆柱形永磁体依次异相排列；振动轴下端穿过下部夹具与下法兰轴承，振动轴上端穿过上部夹具与上法兰轴承，并高出上法兰轴承。

下法兰轴承上端安装有下部夹具，夹具前后端面分别开有通孔，磁轭螺钉穿过通孔将夹具与两个E型磁轭固定；两个E型磁轭分别安装在振动轴中部凹陷部分的左右侧，E型磁轭的三个长方形端面中心，分别与振动轴中三块永磁体圆面中心对齐，且每个E型磁轭的长方形端面部分与振动轴中三块永磁体圆面之间分别留有等距气隙；每个磁轭端面与端面之间部分缠有线圈，四个线圈部分首尾串联联接；每个E型磁轭上部同样通过磁轭螺钉被上部夹具夹紧固定，上部夹具的顶端通过固定螺钉与上法兰轴承相连；上法兰轴承与下法兰轴承的结构相同，位置相对于E型磁轭对称；上、下夹具结构相同，位置相对于E型磁轭对称。

所述的毂内壁开有方槽，振动轴下部开有方形键槽，将平键固定于方形键槽中，另将平键突出振动轴部分置于毂内壁的方槽中。

本实用新型的有益效果为：在频率5-10Hz、位移10-20mm条件下的振动激励下，振动发电机可输出较大的电压，实际应用中可根据施加振动应力的方向确定发电机的摆放位置。发电机注重磁路结构，永磁振动轴1为核心部件，由振动轴1与E型左右磁轭4、5形成闭合磁路，运用低噪声A1324型霍尔传感器测出永磁体表面的磁感应强度为1.47T，E型左右磁轭中磁感应强度为1.33T，磁场利用率为90.48％，可见磁路中漏磁通显著减少，提高了磁场的利用率，装配简单，牢固可靠。

附图说明

图1为电磁式振动发电机结构图。

图2为发电机振动轴的结构图。

图3为发电机毂结构图。

图4为电磁式振动发电机实物照片。

图5为振动频率为10Hz，振幅为10mm时振动发电机的输出电动势波形图。