一种永磁振动发电便携电源制造技术

本发明专利技术涉及一种永磁振动发电便携电源，包括振动发电装置和电力电子变换电路部分，振动发电装置与电力电子变换电路部分相连接，振动发电装置收集振动能量并将其转换为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分对负载供电；所述振动发电装置包括磁体部分、线圈部分和机械支撑部分，磁体部分由两个分别固定在机械支撑部分两端的固定永磁体和一个置于机械支撑部分内的运动磁体构成，运动磁体同两端的固定磁体都具有斥力；线圈部分缠绕在机械支撑部分外壁上，其特征在于所述运动磁体由三块永磁体和两块软磁体构成，所述三块永磁体和两块软磁体按照先永磁体后软磁体的顺序依次布置，相邻两块永磁体之间具有斥力作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及机械振动能量的回收并将其转换成电能的装置，具体涉及一种永磁振动发电便携电源。
技术介绍
随着微机电系统的发展，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的低成本、小功率电源引起了广泛的关注。由于电池寿命的限制并考虑废弃电池对环境的影响，研究人员一直致力于用其他电源代替电池的研究工作，如太阳能、风能、振动能量等。太阳能和风能仅可以在具有足够的光照和风力的地方获得，当光伏发电或风力发电系统嵌入到微机电系统或应用于太阳能或风能不足的场地时，该类电源无法有效工作；同时，这两类能源的获得受到时间限制。振动能量收集成为更有力的代替方案。环境中的气流的大小具有不确定性，而振动却是无处不在，如人运动时的上下振动、波浪振动、汽车颠簸带来的振动、树枝随风摇摆等。因此，振动能量收集装置更具有通用性。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，因此，采用振动发电装置来取代传统的电池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、电磁式和静电式三类。压电式广泛应用于100Hz和1000Hz的频率下，其制造工艺比较复杂，并和CMOS技术不兼容。而静电式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，当在低频振动环境中用于无线传感器的功率电源使用时，电磁式振动发电装置具有低成本、高性能的特点。目前已经出现了一些不同结构的电磁发电装置。专利CN1877973A公开了一种用于便携式电子设备的振动发电装置，该装置采用磁弹簧结构，运动腔体两端各安装一块固定永磁铁，运动腔体中放入一块极性相反的活动永磁铁,形成磁弹簧结构，绕线组绕在运动腔体外壁上，且绕线组为双绕组线圈，以相反的方向缠绕在运动腔体外壁，这种线圈结构的特点是：两个线圈相反方向缠绕，那么两个线圈中的电动势也反向，借助于二极管的单相导电性能够保证电流方向的单向连续性，但并不影响机械能到电能的转化效率。即，两个线圈的位置重叠，但对于每一个线圈来说，其电动势都存在相互抵消的问题；也就是说，这种电动势的相互抵消作用并不因为多了一组线圈而受到影响，无论两组线圈的缠绕方向相同或者相反，均不能提高机械能到电能的转化效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种永磁振动发电便携电源。该电源能够收集日常活动中的振动能量，并将转化为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分可用于小型设备的电能支撑，携带更加方便。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种永磁振动发电便携电源，包括振动发电装置和电力电子变换电路部分，振动发电装置与电力电子变换电路部分相连接，振动发电装置收集振动能量并将其转换为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分对负载供电；所述振动发电装置包括磁体部分、线圈部分和机械支撑部分，磁体部分由两个分别固定在机械支撑部分两端的固定永磁体和一个置于机械支撑部分内的运动磁体构成，运动磁体同两端的固定磁体都具有斥力；线圈部分缠绕在机械支撑部分外壁上，线圈部分引出振动发电装置的发电输出端，其特征在于所述运动磁体由三块永磁体和两块软磁体构成，三块永磁体为第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，两块软磁体为第一软磁体和第二软磁体，所述三块永磁体和两块软磁体按照先永磁体后软磁体的顺序依次布置，相邻两块永磁体之间具有斥力作用；上述三块永磁体和固定永磁体均是轴向充磁，磁体部分构成磁弹簧结构。一种永磁振动发电便携电源，包括振动发电装置和电力电子变换电路部分，振动发电装置与电力电子变换电路部分相连接，振动发电装置收集振动能量并将其转换为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分对负载供电；所述振动发电装置包括磁体部分、线圈部分和机械支撑部分，磁体部分由两个分别固定在机械支撑部分两端的固定永磁体和一个置于机械支撑部分内的运动磁体构成，运动磁体同两端的固定磁体都具有斥力；线圈部分缠绕在机械支撑部分外壁上，其特征在于所述线圈部分包括三个线圈，三个线圈均匀缠绕在机械支撑部分上，第一个线圈起始于“A+”端，终止于“A-”端；第二个线圈起始于“B+”端，终止于“B-”端，第三个线圈起始于“C+”端，终止于“C-”端，第一个线圈的缠绕方向与第二个线圈的缠绕方向相反，第二个线圈的缠绕方向与第三个线圈的缠绕方向相反；第一个线圈的“A-”端与第二个线圈的“B+”端线连接，第二个线圈的“B-”端与第三个线圈的“C+”端线连接；第一个线圈的“A+”端和第三个线圈的“C-”端作为振动发电装置的发电输出端的两极，该输出端与电力电子变换电路部分的输入端连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：不同于现有的振动发电装置的结构，本专利技术给出了一种特殊结构的磁体-线圈系统，具有显著的优势，具体体现在：1)机械支撑部分的外壁上三组线圈的缠绕方向采用两端绕向与中间绕向反向方式，减少同向线圈感应电动势之间的相互抵消，增大输出电动势的幅值，提高机械能转化为电能的转换率。2)运动磁体具有特殊结构，由三块永磁体和两块软磁体构成，与固定永磁体组成磁弹簧，相邻永磁体的极性相反，从而使得穿过线圈的径向磁场分量加大；由电磁感应定律可知：磁场径向分量的增大能提高机械能到电能的转化率；软磁体位于极性相反的两块永磁体之间，由于软磁体具有较高的磁导率，因而改变磁场的分布，使得径向磁场分量加大；进一步提高了机械能到电能的转化率。且由于软磁体的成本远远小于永磁体，因此本专利技术的运动磁体结构能够显著降低振动发电装置的成本。3)第一永磁体和第三永磁体的厚度较小，第一软磁体、第二永磁体、第二软磁体具有相同的直径，第一永磁体和第三永磁体具有相同的直径，且第一永磁体的直径要略大于第一软磁体的直径，如此设置可以有效减小运动磁体与机械支撑部分内壁之间的摩擦，提高效率。4)绕向相反的三个线圈与磁弹簧结构结合，两部分的电气参数相互耦合，能更大程度地提高机械能到电能的转换效率。5)电力电子变换电路部分设置瞬态电压抑制电路，防止后续电路电压过高而损坏后续电路元件；设置过压报警电路，如果持续对振动发电装置错误操作，LED将被导通而报警，起到对操作人员错误操作的警告作用。一种可能的情况是，振动发电装置可能在使用过程中出现跌落或剧烈震动等状况，从而造成发电峰值电压过高而损坏与之电气连接的元器件，尤其在夜晚，振动发电装置意外跌落时，本专利技术的保护电路对元器件起到保护作用，发光二极管不仅起到报警作用，而且能方便人们找到跌落的装置。电阻和稳压二极管组成的稳压电路可以稳定充电锂电池两端的充电电压，防止振动输出尖峰电压对充电锂电池的冲击，可延长充电锂电池的使用寿命。6)电力电子变换电路部分与振动发电装置电气连接，电力电子变换电路部分综合考虑振动发电装置的电气特性、负载的电气特性与实际的应用情况，能够满足人们的使用需求。附图说明图1为本专利技术永磁振动发电便携电源一种实施例的振动发电装置的纵向结构剖面图；图2为本专利技术永磁振动发电便携电源一种实施例的运动磁体3的结构示意图；图3为本专利技术永磁振动发电便携电源一种实施例的线圈部分5缠绕方式示意图；图4为本专利技术永磁振动发电便携电源一种实施例的电力电子变换电路部分的电路图；图5为本专利技术永磁振动发电便携电源中振动发电装置线圈的电动势示意图；图6为由单一永磁体作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁振动发电便携电源，包括振动发电装置和电力电子变换电路部分，振动发电装置与电力电子变换电路部分相连接，振动发电装置收集振动能量并将其转换为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分对负载供电；所述振动发电装置包括磁体部分、线圈部分和机械支撑部分，磁体部分由两个分别固定在机械支撑部分两端的固定永磁体和一个置于机械支撑部分内的运动磁体构成，运动磁体同两端的固定磁体都具有斥力；线圈部分缠绕在机械支撑部分外壁上，线圈部分引出振动发电装置的发电输出端，其特征在于所述运动磁体由三块永磁体和两块软磁体构成，三块永磁体为第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，两块软磁体为第一软磁体和第二软磁体，所述三块永磁体和两块软磁体按照先永磁体后软磁体的顺序依次布置，相邻两块永磁体之间具有斥力作用；上述三块永磁体和固定永磁体均是轴向充磁，磁体部分构成磁弹簧结构。

【技术特征摘要】
1.一种永磁振动发电便携电源，包括振动发电装置和电力电子变换电路部分，振动发电装置与电力电子变换电路部分相连接，振动发电装置收集振动能量并将其转换为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分对负载供电；所述振动发电装置包括磁体部分、线圈部分和机械支撑部分，磁体部分由两个分别固定在机械支撑部分两端的固定永磁体和一个置于机械支撑部分内的运动磁体构成，运动磁体同两端的固定磁体都具有斥力；线圈部分缠绕在机械支撑部分外壁上，线圈部分引出振动发电装置的发电输出端，其特征在于所述运动磁体由三块永磁体和两块软磁体构成，三块永磁体为第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，两块软磁体为第一软磁体和第二软磁体，所述三块永磁体和两块软磁体按照先永磁体后软磁体的顺序依次布置，相邻两块永磁体之间具有斥力作用；上述三块永磁体和固定永磁体均是轴向充磁，磁体部分构成磁弹簧结构。2.根据权利要求1所述的永磁振动发电便携电源，其特征在于所述运动磁体的三块永磁体和两块软磁体均为圆柱型，其中第一软磁体、第二永磁体和第二软磁体的直径相同，第一永磁体和第三永磁体的尺寸相同，第一永磁体的直径为第一软磁体的直径的1.1-1.3倍，第一永磁体的厚度是第二永磁体厚度的1/6-1/4。3.一种永磁振动发电便携电源，包括振动发电装置和电力电子变换电路部分，振动发电装置与电力电子变换电路部分相连接，振动发电装置收集振动能量并将其转换为电能，所产生的电能经过电力电子变换电路部分对负载供电；所述振动发电装置包括磁体部分、线圈部分和机械支撑部分，磁体部分由两个分别固定在机械支撑部分两端的固定永磁体和一个置于机械支撑部分内的运动磁体构成，运动磁体同两端的固定磁体都具有斥力；线圈部分缠绕在机械支撑部分外壁上，其特征在于所述线圈部分包括三个线圈，三个线圈均匀缠绕在机械支撑部分上，第一个线圈起始于“A+”端，终止于“A-”端；第二个线圈起始于“B+”端，终止于“B-”端，第三个线圈起始于“C+”端，终止于“C-”端，第一个线圈的缠绕方向与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明远，
申请(专利权)人：杨明远，
类型：发明
国别省市：天津;12