永磁自悬浮式磁性液体动能采集器制造技术

本发明专利技术公开了一种永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，包括内设密封腔的壳体和位于密封腔内的质量块，所述密封腔内设有磁性液体，通过磁性液体使质量块悬浮于密封腔内；所述密封腔沿第一方向为相对的两个内端壁，两个内端壁之间的内侧壁在第二方向上的截面积沿第一方向交替增大和减小变化；所述壳体沿第一方向为相对的两个外端壁，外端壁上设置有扁平线圈，两个外端壁之间的外侧壁套接有空心线圈。本发明专利技术采用磁性液体悬浮质量块实现润滑减阻，利用内侧壁和内端壁配合磁性液体形成刚度系数可变的磁性液体弹簧提供质量块在振动方向上的回复力，采用空心线圈和扁平线圈共同采集质量块的动能，提高了单位体积动磁性液体动能采集器的输出功率。器的输出功率。器的输出功率。

【技术实现步骤摘要】
永磁自悬浮式磁性液体动能采集器


[0001]本专利技术涉及动能采集
，特别是一种永磁自悬浮式磁性液体动能采集器。

技术介绍

[0002]便携可穿戴电子器件的快速发展给电能供给带来了挑战，寻找可持续的清洁能源为便携可穿戴电子器件提供电能具有十分重要的意义。利用动能采集器将人体运动时产生的清洁动能转换成电能非常适用于便携可穿戴电子器件。
[0003]电磁式动能采集器通过电磁感应定律将运动物体的动能转换成电能，其具有低阻抗、高输出功率、可靠性高和使用寿命长等突出优点，具有广阔的应用前景。
[0004]对于常见的电磁式动能采集器，运动的永磁体和动能采集器壳体之间存在的摩擦磨损会降低动能采集器的输出功率和使用寿命，严重影响动能采集器在微振动工况下的动能采集效率。此外，电磁式动能采集器体积较大，导致单位体积动能采集器的输出功率较小。
[0005]公开号为CN111490703A的说明书公开了一种电磁复合振动能采集器，该采集器包括：基础层、永磁铁组件、压电层和放置于基底振动台上的支撑框架；所述基础层为圆弧形拱圈结构，其两端通过扭转弹簧可拆卸地安装在所述支撑框架的两个相对的内侧壁上。由于基础层是通过扭转弹簧可拆卸地安装在支撑框架上，通过替换不同刚度的扭转弹簧即可实现拱圈的不同约束状态，从而达到调整拱圈结构固有频率的目的，由于该专利技术中支撑框架的使用，其整体体积较大，无法满足便携可穿戴电子器件的供电需求。
[0006]公开号为CN104065180A的说明书公开了球状Halbach全方位动能采集器，包括内部带球形空腔的壳体、质心偏离球心的质量球、多块不同磁化方向的永磁体和多个线圈绕组。内部带球形空腔壳体的内部空腔球面上布置线圈绕组，质量球表面安装永磁体，球面上的永磁体之间按Halbach永磁阵列排布，壳体内腔线圈绕组的布置在正对球面Halbach永磁阵列磁力线垂直进出球表面处或者磁力线平行于球表面处。该专利技术中运动的质量球和壳体之间存在的摩擦会降低动能采集器的输出功率和使用寿命。

技术实现思路

[0007]本专利技术的专利技术目的在于提供一种永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，其单位体积输出功率大，适用于微振动工况下的动能采集。
[0008]一种永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，包括：内设密封腔的壳体和位于密封腔内的质量块，所述质量块包括永磁体，所述密封腔内设有磁性液体，通过磁性液体使质量块悬浮于密封腔内；
[0009]所述密封腔沿第一方向为相对的两个内端壁，两个内端壁之间的内侧壁在第二方向上的截面积沿第一方向交替增大和减小变化；
[0010]所述壳体沿第一方向为相对的两个外端壁，两个外端壁之间的外侧壁套接有空心线圈，所述外端壁设置有扁平线圈。
[0011]所述第二方向为与第一方向垂直且朝向内侧壁的方向。
[0012]当永磁自悬浮式磁性液体动能采集器处于振动状态时，质量块在密封腔中产生位移，即质量块和与壳体发生相对运动；在该过程中，质量块中的永磁体使空心线圈和扁平线圈通过的磁链产生变化，产生感应电动势，从而达到采集动能并转换成电能的效果。永磁自悬浮式磁性液体动能采集器通过密封腔中截面积沿第一方向交替增大和减小变化的内侧壁和两端密封的内端壁配合磁性液体形成刚度系数可变的磁性液体弹簧，密封腔的内侧壁和内端壁通过磁性液体向质量块提供在振动方向(即第一方向)上的回复力，空心线圈和扁平线圈共同采集质量块的动能，磁性液体悬浮质量块实现润滑减阻，显著提高动能采集器在微振动工况下单位体积的输出功率。
[0013]所述质量块包括沿第一方向间隔排列的永磁体和连接件，所述连接件固定于相邻的两个永磁体之间，所述连接件在第二方向的截面尺寸小于所述永磁体在第二方向的截面尺寸。通过改变连接件的尺寸和材料，可改变质量块的总质量，实现动能采集器输出功率的调控，连接件的截面尺寸小于永磁体的截面尺寸可以防止内侧壁和连接件直接接触，减少质量块往复运动时的摩擦阻力。
[0014]所述连接件的材料采用非导磁材料或导磁材料；所述连接件的材料为导磁材料时，设于连接件两侧的永磁体的磁化方向不同。当所述连接件的材料为非导磁材料时，所述连接件不影响所述质量块周围空间的磁场；当所述连接件的材料为导磁材料时，若所述连接件两端的永磁体磁化方向相同，则所述连接件将相邻的永磁体串联形成一个组合的大永磁体，所述质量块的往复运动使所述空心线圈的磁通量变化率下降，产生的电压降低，永磁自悬浮式磁性液体动能采集器的输出功率降低。因此，当所述连接件的材料为导磁材料时，连接件两侧的永磁体需保证磁化方向不同。
[0015]所述永磁体和连接件分别设有沿第一方向的永磁体通孔和连接件第一通孔，所述永磁体通孔和连接件第一通孔连通，所述连接件还设有与连接件第一通孔相连通的连接件第二通孔。当磁性液体和质量块处于密封腔内时，磁性液体会吸附在质量块的表面，将密封腔限定为多个相对独立的密封空间，采用通孔连接各独立的密封空间，防止因气压产生的质量块运动阻碍。
[0016]优选地，所述密封腔的内侧壁由若干个收缩锥面和扩散锥面沿第一方向交替组成，所述收缩锥面和扩散锥面的数量之和为偶数。当质量块振动时，根据振动强度的不同，质量块的偏移量不同，交替分布的收缩锥面和扩散锥面以及在第一方向上相对的两个内端壁可通过磁性液体为质量块提供不同大小的回复力。
[0017]所述壳体的外侧壁上开有线槽，所述线槽内套接有空心线圈和定位环，所述定位环贴近槽底，所述线槽的两侧壁分别与空心线圈或定位环相抵；扁平线圈固定于在第一方向上相对的两个外端壁上。将空心线圈和定位环置于线槽内，将扁平线圈固定于外端壁上，防止因振动而导致空心线圈和扁平线圈的滑移。
[0018]优选地，所述密封腔在第一方向上至少部分伸入空心线圈内，如此，当质量块在密封腔内作往复运动时，质量块沿第一方向穿过空心线圈，增大空心线圈的磁链变化，从而增大感应电压，提高永磁自悬浮式磁性液体动能采集器的输出功率。
[0019]所述定位环上设有定位块，所述定位块沿第一方向设有定位通孔，所述定位通孔用于动能采集器与外部工作环境固定，使永磁自悬浮式磁性液体动能采集器采集外部环境
的动能。
[0020]所述壳体、空心线圈、定位环和扁平线圈的材料均为非导磁材料。非导磁材料和质量块之间不存在磁力作用，故非导磁材料制造的壳体、空心线圈、定位环和扁平线圈不会阻碍质量块的往复运动，质量块的往复运动使空心线圈和扁平线圈的磁链发生变化，从而产生感应电压；因此壳体、空心线圈、定位环和扁平线圈采用非导磁材料有利于提高永磁自悬浮式磁性液体动能采集器的输出功率。
[0021]所述壳体包括中空筒，中空筒的至少有一端设有端盖，所述端盖开口，通过端盖塞形成密封。端盖塞和端盖采用活动连接有利于磁性液体的注入或抽出，通过改变磁性液体的质量，改变质量块受到的悬浮力，从而实现对永磁自悬浮式磁性液体动能采集器刚度和阻尼的有效调控。
[0022]本专利技术相比现有技术，其优点在于：
[0023]1、本专利技术利用磁性液体悬浮质量块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，其特征在于，包括：内设密封腔(1)的壳体(2)和位于密封腔(1)内的质量块(3)，所述质量块(3)包括永磁体，所述密封腔(1)内设有磁性液体(4)，通过磁性液体(4)使质量块(3)悬浮于密封腔(1)内；所述密封腔(1)沿第一方向为相对的两个内端壁(11)，两个内端壁(11)之间的内侧壁(12)在第二方向上的截面积沿第一方向交替增大和减小变化；所述壳体(2)沿第一方向为相对的两个外端壁(201)，两个外端壁(201)之间的外侧壁(202)套接有空心线圈(5)，外端壁(201)设置有扁平线圈(7)。2.如权利要求1所述的永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，其特征在于，所述质量块(3)包括沿第一方向间隔排列的永磁体(31)和连接件(32)，所述连接件(32)固定于相邻的两个永磁体(31)之间，所述连接件(32)在第二方向的截面尺寸小于所述永磁体(31)在第二方向的截面尺寸。3.如权利要求2所述的永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，其特征在于，所述连接件(32)的材料为导磁材料时，设于连接件(32)两侧的永磁体(31)的磁化方向不同。4.如权利要求2所述的永磁自悬浮式磁性液体动能采集器，其特征在于，所述永磁体(31)和连接件(32)分别设有沿第一方向的永磁体通孔(301)和连接件第一通孔(302)，所述永磁体通孔(301)和连接件第一通孔(302)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻峻，刘宜伟，李润伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：