一种复合式直线发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种复合式直线发电机，属新能源技术领域。机架由架底、架壁和线框构成，架壁与架底构成架腔，线框沿圆周方向均布在架壁外侧并与架壁构成线框腔，线框腔的两个相对的侧壁上设有沉槽；线框的外侧装有线圈、内部装有磁极沿径向分布的磁滚，磁滚位于线框腔及线圈的内部；线圈轴线与磁滚轴线垂直；机盖装在机架上，滑块装在推杆上，滑块置于架腔内，推杆外伸端装有施力块；滑块上装有传感器，滑块与架底和机盖间分别设有支撑簧和缓冲簧，施力块与机盖间设有调节簧；滑块侧面上设有复合膜，磁滚压接在复合膜上；复合膜由指叉电极组和摩擦层粘接而成；滑块沿架腔运动时，复合膜通过摩擦力使磁滚往复滚动，经电磁及摩擦原理发电。经电磁及摩擦原理发电。经电磁及摩擦原理发电。

【技术实现步骤摘要】
一种复合式直线发电机


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种复合式直线发电机，属于多用途电磁
‑
摩擦复合发电机。

技术介绍

[0002]近年来，建筑物、载运工具及仪器设备等的实时健康传感监测技术已被广泛应用。此外，用于河流水质污染、防洪预警及大气污染等环境监测也已受到国家相关部门的高度重视，国内专家学者相继提出了相应的监测方法和手段。同时，为实现各类监测系统的自供电和免维护，人们已着手研制用于不同类型监测系统的微小型发电机，所采用的基本原理主要有压电、电磁和摩擦，每种微小型发电机都有其自身的特点和应用领域。从实际应用的角度，目前所提出的各类发电机依然面临较多的技术瓶颈，较普遍的共性问题归纳如下：发电能力及单位体积能量密度较低，环境适应性有限，即对流体流速、振动频率及旋转体转速的适应能力低，可靠性低，如压电陶瓷易因环境振动强度过大而损毁、滑动摩擦发电机易因摩擦副之间的摩擦磨损而失效，等等。当然，目前还难以在同一种发电机中将现存各种问题都加以解决。单一原理的电磁和摩擦发电机的发电能力及效率依然有限，尤其难以满足低频及脉冲激励环境下监测系统的自供电需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一种复合式直线发电机由机架、机盖、滑块、推杆、支撑簧、缓冲簧、调节簧、电路板、复合膜、线圈、磁滚、滚销及传感器构成，电路板上设有能量收集、能量管理、能量存储及信息发射单元。
[0004]机架由架底、架壁和线框构成，架壁的一端固定在架底上，架壁与架底垂直，架壁与架底构成架腔；线框沿圆周方向均布在架壁的外侧，架壁的横截面为正多边形，线框与架壁构成线框腔，线框腔的两个相对的侧壁上设有沉槽；线框腔的端口远离架壁的一侧、架壁为线框腔的底壁，各线框腔轴线所在平面与架腔轴线垂直。
[0005]线框的外侧通过粘接的方法安装有线圈、内部安装有磁滚，磁滚为永磁铁制成的滚筒，磁滚径向充磁、磁滚的磁极沿径向分布；磁滚位于线框腔及线圈的内部，线框将磁滚和线圈隔开；磁滚经滚销安装在线框腔中，磁滚套在滚销上并可自由转动，滚销的两端置于线框腔侧壁上的沉槽内；线圈轴线与磁滚轴线垂直，线圈与线框腔同轴、线圈轴线与线框腔轴线重叠；磁滚与线框腔垂直，即磁滚轴线与线框腔轴线垂直。
[0006]磁滚的外缘表面上设有附加层，附加层的材料为尼龙、有色金属、橡胶及人造纤维等。
[0007]机盖经螺钉安装在机架上，滑块与推杆经螺纹相连成一体，滑块置于架腔内，推杆经机盖从架腔伸出且其外伸端经螺纹或螺钉安装有施力块，施力块为用于手动发电的按钮或振动发电的质量块；滑块上安装有传感器，滑块与架底和机盖之间分别设有支撑簧和缓冲簧，施力块与机盖之间设有调节簧，调节簧刚度根据施力块质量的变化而改变，支撑簧、
缓冲簧及调节簧均为碟形簧；电路板经螺钉安装在机盖上，电路板位于架腔内。
[0008]滑块为正多棱柱，即滑块的横截面为正多边形，滑块侧面上设有复合膜，复合膜镶嵌在滑块上；磁滚压接在复合膜上，磁滚仅与复合膜滚动接触，磁滚、线圈及线框均不与滑块的侧面接触。
[0009]复合膜由指叉电极组和摩擦层粘接而成，指叉电极组粘接在滑块上，指叉电极组由粘接在摩擦层同侧的左电极和右电极构成，摩擦层的材料为聚氯乙烯、聚四氟乙烯等，指叉电极组的材料为金属；磁滚的长度不大于左电极及右电极的电极指的长度，磁滚在复合膜上的投影长度方向上不同时与左电极及右电极的相交。
[0010]磁滚与其外部的线圈构成电磁发电单元，磁滚与其相接触的复合膜构成摩擦发电单元，同一复合膜中的左电极和右电极构成摩擦发电单元的两个电极，各电磁发电单元和摩擦发电单元经独立的导线组及整流桥与电路板相连。
[0011]本专利技术中，机架、机盖及滑块均由非铁磁性材料制成，所述非铁磁性材料包括不锈钢、铝合金及铜等金属或高分子塑料。
[0012]非工作的自然状态下，滑块长度方向的中心点与磁滚的柱面接触，磁滚与复合膜上下两端的距离相等；滑块沿架腔移动并使支撑簧和缓冲簧压死时，磁滚依然与复合膜接触。
[0013]本专利技术的发电机可工作在两种不同的模式下：基于人力的单次手动按压或踩踏激励发电，用于构造自供电开关及报警器等；基于环境持续振动激励发电，利用施力块的惯性力变化驱动滑块往复振动，用于构造自供电的环境与结构健康监测系统、减振器等。发动机的具体工作过程如下：滑块受外力作用沿架腔往复运动时，复合膜通过摩擦力使磁滚往复滚动，磁滚的磁极及穿过其所在线圈的磁场强度交替地变化，线圈切割磁力线并将机械能转换成电能，电磁发电单元发电；同时，磁滚在与摩擦层表面滚动接触的过程中产生电荷，由于不同材料吸引电子的能力不同，磁滚与摩擦层间滚动接触所生成的感应电荷属性不同，即分别产生正电荷与负电荷；磁滚和复合膜的表面存在异种静电荷时，磁滚与左电极和右电极的电极指交替地靠近与分离会使左电极和右电极交变的电势差及电荷的定向流动，从而将磁滚与摩擦层间相对滚动的机械能转换成电能，摩擦发电单元发电；所生成的电能经导线输送到电路板，电能经转换处理后存储或输出，供给传感器及信息发射单元。
[0014]本专利技术中，为获得较佳的发供电能力，线圈与磁滚的参数关系为：λ=L/D=2
±
1，δ=T/D=0.6
±
0.4，η=V/D=2.25
±
0.75,β=U/D=1.3
±
0.7, 其中，D、L分别为磁滚的直径和长度，T、V和U分别为线圈的壁厚、径向宽度和高度，线圈的径向宽度是指线圈沿磁滚径向的宽度，δ、η和β分别称为线圈壁厚比、线圈宽度比和线圈高度比，δ、η和β统称为线圈参数比；本专利技术采用输出功率比评价发供电能力，输出功率比是指不同结构参数时所得功率与其最大值之比，所述输出功率为开路电压与短路电流的乘积。
[0015]本专利技术将两种不同原理发电单元有机结合，发供电能力强，且其电磁发电单元的结构及原理与现有电磁发电机完全不同：利用滑块迫使线圈内部的磁滚滚动，从而改变磁滚的磁极方向与磁场强度，线圈切割磁力线发电，磁滚在线圈内部滚动过程中，磁滚的磁极变化所引起的线圈内磁场变化梯度大，故发电能力强，输出电压高、电量大。
[0016]优势与特色：电磁与摩擦发电原理有机结合，发电能力强，单位能量体积密度大；电磁发电单元利用多个激励磁铁接续激励线圈内的发电磁铁并使其转动，通过发电磁铁磁
极方向变化提高磁场强度变化梯度，且一次激励可实现多次切割磁力线发电，发电量电量大、输出电压高。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一个较佳实施例中发电机的结构示意图；图2是图1的A
‑
A剖视图；图3是本专利技术一个较佳实施例中机架的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是本专利技术一个较佳实施例中复合膜的结构示意图；图6是图5的左视图;图7是本专利技术一个较佳实施例中输出功率比与线圈壁厚比及高度比的关系图。
具体实施方式
[0018]本专利技术的一种复合式直线发电机由机架a、机盖b、滑块c、推杆d、支撑簧k1、缓冲簧k2、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式直线发电机，机架、机盖、滑块、推杆、支撑簧、缓冲簧、调节簧、电路板、复合膜、线圈、磁滚、滚销及传感器构成；机架由架底、架壁和线框构成，架壁与架底构成架腔，线框沿圆周方向均布在架壁外侧并与架壁构成线框腔，线框腔的两个相对的侧壁上设有沉槽；机盖装在机架上，滑块装在推杆上，滑块置于架腔内，推杆的外伸端装有施力块；滑块上安装有传感器，滑块与架底和机盖之间分别设有支撑簧和缓冲簧，施力块与机盖之间设有调节簧；滑块为正多棱柱，滑块侧面上设有复合膜，磁滚压接在复合膜上；复合膜由指叉电极组和摩擦层粘接而成，指叉电极组粘接在滑块上；其特征在于：线框的外侧装有线圈、内部装有磁极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠华，匡真李，黄喆人，任雨昕，张家祺，程光明，曹红兵，吴鸣，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：