本发明涉及发电装置，尤其是一种电磁式振动发电装置。
背景技术：
自然环境中低频振动无处不在，如人和动物走动时产生上下振动、汽车颠簸、树枝随风摇摆、海浪波动等，如果把上述振动产生的能量收集起来，替代电池为一些低功耗设备如微型传感器网络节点或物联网节点供电，既减少电池造成的环境污染又突破了电池寿命对上述节点造成的使用寿命限制。
一般认为，对低频振动进行能量收集时，电磁式振动能量收集技术较压电式及静电式更为适合。然而，目前电磁式振动能量收集技术仍有以下问题待改进：
1.现有大量文献讨论的电磁式振动发电装置中，未实现闭合磁路(早期研究可见“beebysp,torahrn,tudormj,etal.amicroelectromagneticgeneratorforvibrationenergyharvesting[j].journalofmicromechanicsandmicroengineering,2007,17(7):1257.即：beebysp,torahrn,tudormj等.一种用于振动能量收集的微电磁式发电装置.微机械与微工程期刊,2007,17(7):1257.”，近期研究可见“aldawoodg,nguyenht,bardaweelh.highpowerdensityspring-assistednonlinearelectromagneticvibrationenergyharvesterforlowbase-accelerations[j].appliedenergy,2019,253:113546.即：aldawoodg,nguyenht,bardaweelh.用于低基础加速度的高功率密度弹簧辅助非线性电磁振动能量收集装置.应用能源,2019,253:113546.”，综述性文章可见“carneirop,dossantosmps,rodriguesa,etal.electromagneticenergyharvestingusingmagneticlevitationarchitectures:areview[j].appliedenergy,2020,260:114191.即：carneirop,dossantosmps,rodriguesa等.综述：具有磁悬浮结构的电磁能量收集.应用能源,2020,260:114191.”)，即磁力线在空气等磁阻很大的介质穿越较长距离，必然降低磁感应强度，对提高发电功率极为不利，反之，如果实现闭合磁路则将大幅提高能量收集功率。
2.针对上述问题，有人研究了具有闭合磁路的电磁式振动发电装置。例如申请号为201510247482.5的发明专利“一种振动能量收集装置”，以及申请号为201510246013.1的发明专利“滚动振子直线振动能量收集装置”。这些设计的问题在于：闭合磁路会产生很大定位力，于是采用对称磁轭结构以平衡振子的定位力，结构过于复杂，特别是对磁轭上齿的加工精度要求很高，闭合磁路中振子与磁轭间的磁力很大，齿尺寸误差的结果是定位力无法完全平衡，造成低质量的振子运动不灵活甚至无法运动，严重影响能量收集效率。
针对以上存在的问题，研究一种结构简单，对加工精度要求很低，无定位力干扰，同时具备闭合磁路的磁振动发电装置，能为rfid标签等物联网节点、传感器节点、以及其他低功耗信息设备提供可靠环保的能源。
技术实现要素：
为了克服已有电磁式振动能量收集方式或者无闭合磁路，或者定位力难以平衡的问题，本发明提供一种既具备闭合磁路又无需顾虑定位力，同时结构简单易于加工的电磁式直线振动发电装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种截断式电磁振动发电装置，包括永磁体、磁轭、感应线圈、磁流管、磁流体和振动粒，所述永磁体为硬磁材料制成，设左边为n极，右边为s极，所述永磁体两极处各连接一个完全相同的磁轭，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭均为良好导磁的软磁材料制成，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体缠绕感应线圈，以及设有缠绕感应线圈的轴，并各设有个安装磁流管的安装短轴；所述磁流管为非磁材料制成，所述磁流管两端各有安装孔，安装于两磁轭的安装轴上，所述磁流管中部为空腔，磁流管空腔内有可导磁的磁流体，磁流管空腔内还有若干振动粒，振动粒均为非磁材料。
进一步，所述振动粒为铝或非磁不锈钢等材质的滚珠。
本发明的技术构思为：在振动作用下，永磁体、磁轭和磁流体形成的闭合磁路，被振动粒打断干扰，而磁流体又可自修复闭合磁路，于是闭合磁路及线圈磁通不断变化，线圈就能产生感应电压。振动过程中线圈内磁通发生急剧变化，将产生感应电动势，实现能量收集。另一方面，振动过程中线圈内磁通同步变化，因此将两个线圈的异名端串接可使各线圈的感应电动势叠加。装置中两磁轭对磁流体是有定位力的，但该定位力只要在磁流管轴向，完全无法阻止振动粒在周向上打断磁流体液注，故从原理上消除了定位磁力的不利影响，反而利用定位磁力吸引磁流体，自动修复闭合磁路。
装置中磁流管空腔大小是重要的控制参数，偏大影响闭合磁路自修复，偏小将抑制振动。除了该空腔本身尺寸，振动粒装填量也可以调整空腔的大小和效能。此外，磁流体本身的粘度系数也将影响闭合磁路切断和自修复的速度。
本发明的有益效果为：通过对无气隙闭合磁路的通断工作，因此能量收集效率高；利用磁流体消除了定位力的不利影响并使其成为闭合磁路的修复力；结构简单，对加工精度要求极低。
附图说明
图1是截断式电磁振动发电装置内部结构图，其中，1永磁体，2磁轭，3感应线圈，4磁流管，5磁流体，6振动粒。
图2是磁轭示意图。
图3是感应线圈示意图。
图4是磁流管示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种截断式电磁振动发电装置，包括永磁体1、磁轭2、感应线圈3、磁流管4、磁流体5和振动粒6，所述永磁体1为硬磁材料制成，设左边为n极，右边为s极，永磁,1两极处各连接一个完全相同的磁轭2，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭均为良好导磁的软磁材料制成，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体缠绕感应线圈3，设有缠绕感应线圈的轴，并各设有个安装磁流管的安装短轴；磁流管4为非磁材料制成，比如亚克力材质，两端各有安装孔，安装与两磁轭的安装轴上，磁流管4中部为空腔，磁流管空腔内有可导磁的磁流体5，磁流管空腔内还有若干振动粒6，振动粒6均为非磁材料，宜选择铝、非磁不锈钢等材质的滚珠。
本实施例在振动作用下，永磁体1、磁轭2和磁流体5形成的闭合磁路，被振动粒打断干扰，而磁流体又可自修复闭合磁路，于是闭合磁路及线圈磁通不断变化，线圈就能产生感应电压。为说明其变化，考虑下面两种情形：
1)在低频振动下，当振动粒均处于磁流管空腔底部，在永磁体磁场作用下，受两磁轭吸引，磁流体自动流向磁流管两侧，并且由于磁流管空腔内部空间较小，使得无外界干扰下磁流体无法分为两股。于是，磁力线由永磁体n极发出，先后经过左磁轭、磁流体、右磁轭、回到永磁体s极，形成闭合磁路，并且该磁路中无气隙，永磁体的效能利用充分。该情形下，左、右磁轭上的线圈内磁通达到最大。实现上述磁流体自动接通闭合磁路要求，
2)在低频振动下，当振动粒于振动过程运动于磁流管空腔中部，无论其向上还是向下，将打断或者至少冲击磁流体。于是，上述闭合磁路也收到冲击，其磁阻将远较第1种情况高，因此左、右磁轭上的线圈内磁通急剧下降。
上述分析表明，振动过程中线圈内磁通发生急剧变化，将产生感应电动势，实现能量收集。另一方面，振动过程中线圈内磁通同步变化，因此将两个线圈的异名端串接可使各线圈的感应电动势叠加。
本实施例中，两磁轭对磁流体是有定位力的，但该定位力只要在磁流管轴向，完全无法阻止振动粒在周向上打断磁流体液注，故从原理上消除了定位磁力的不利影响，反而利用定位磁力吸引磁流体，自动修复闭合磁路。
磁流管空腔大小是重要的控制参数，偏大影响闭合磁路自修复，偏小将抑制振动。除了该空腔本身尺寸，振动粒装填量也可以调整空腔的大小和效能。此外，磁流体本身的粘度系数也将影响闭合磁路切断和自修复的速度。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
1.一种截断式电磁振动发电装置，其特征在于，所述装置包括永磁体、磁轭、感应线圈、磁流管、磁流体和振动粒，所述永磁体为硬磁材料制成，设左边为n极，右边为s极，所述永磁体两极处各连接一个完全相同的磁轭，分别成为左磁轭和右磁轭，各磁轭均为良好导磁的软磁材料制成，各磁轭上有浅盲孔用于安放永磁体缠绕感应线圈，以及设有缠绕感应线圈的轴，并各设有个安装磁流管的安装短轴；所述磁流管为非磁材料制成，所述磁流管两端各有安装孔，安装于两磁轭的安装轴上，所述磁流管中部为空腔，磁流管空腔内有可导磁的磁流体，磁流管空腔内还有若干振动粒，振动粒均为非磁材料。
2.如权利要求1所述的截断式电磁振动发电装置，其特征在于，所述振动粒为铝或非磁不锈钢材质的滚珠。
技术总结