CN102223049A - 永磁直线发电机、磁流变阻尼器及其磁流变减振系统 - Google Patents
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Abstract
一种永磁直线发电机、电磁流变阻尼器及磁流变减振系统，其中，永磁直线发电机包括定子、连接杆和若干永磁体，定子包括具有伸缩口的容纳腔，容纳腔内壁上间隔设置有若干凸齿，每一凸齿的顶端相对两侧分别沿容纳腔的轴线方向延伸形成侧齿，所述凸齿和侧齿由导磁率材料构成且相邻的凸齿和侧齿形成容纳电磁线圈的凹槽；连接杆位于所述定子的容纳腔内，具有从所述伸缩口伸出的第一连接端；若干永磁体与所述连接杆连接，相邻的永磁体之间设置有磁极。本发明侧齿和凸齿设计使得更多的磁力线穿过空气气隙形成闭环回路，提高永磁体磁场利用率，增大感应电动势的值，发电率高。
Description
技术领域
本发明涉及永磁发电机领域，尤其涉及永磁直线发电机，还涉及磁流变阻尼器以及具有磁流变阻尼器的磁流变减振系统。
背景技术
能源是人类社会生存和发展的必需品，高速发展的经济使得能源危机和环境污染已经成为21世纪国际关键词。如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，新能源给我们提供了一种新的选择。随着人们对新能源和环境的关注，可直接利用物体的机械振动发电的永磁直线发电机成为研究的热点。振动无处不在，如活塞的运动、车辆的抖动、人行走时产生的振动，甚至健身娱乐器械中产生的上下运动等，这些都可以作为永磁直线发电机的动力来源。永磁直线发电机可以代替电池等其他需要低能量供给的工业系统，同时也可以直接给大型设备供电，如车辆、压缩机等。相比于其他的振动发电机，永磁直线发电机具有结构简单、制造容易、无污染、体积多变和可以持续提供高效电能等优点，应用前景十分广阔。现有技术的永磁直线发电机是由缠绕电磁线的定子和一个可以在定子内腔中做直线往复运动的永磁体组成，其定子大多是无槽式或者矩形槽结构。这种永磁直线发电机中永磁体的磁力线只有一部分能够穿透电磁线圈参与发电，永磁体的磁场利用率比较低，这就会大大地影响永磁直线发电机的发电效率，使得发电机结构复杂，机体笨重。因此，现有技术下的永磁直线发电机存在发电效率低下，永磁体磁场利用率不高的不足。
发明内容
本发明解决的问题是现有的永磁直线发电机发电效率低下，永磁体磁场利用率不高的问题。
为解决上述问题，本发明永磁直线发电机包括定子、连接杆和若干永磁体，定子包括具有伸缩口的容纳腔，容纳腔内壁上间隔设置有若干凸齿，每一凸齿的顶端相对两侧分别沿容纳腔的轴线方向延伸形成侧齿，所述凸齿和侧齿由导磁率材料构成且相邻的凸齿和侧齿形成容纳电磁线圈的凹槽；连接杆位于所述定子的容纳腔内，具有从所述伸缩口伸出的第一连接端；若干永磁体与所述连接杆连接，相邻的永磁体之间设置有磁极。
可选地，所述凸齿和凸齿的导磁材料是高导磁材料。
可选地，凸齿具有相对的凸齿面，侧齿具有相对的二延伸面、与延伸面连接且平行于凸齿面的第一连接面以及垂直于凸齿面且与所述第一连接面连接的第二连接面，所述二延伸面分别与相应的凸齿面连接且与凸齿面形成呈角的度数在90度-160度之间。
可选地，相邻两永磁体的磁极化方向相反。
可选地，所述连接杆由不导磁材料制成。
可选地，所述不导磁材料是铝合金。
可选地，所述定子和磁极由高导磁率材料构成。
本发明还提供一种磁流变阻尼器，该阻尼器包括具有活塞杆的缸体，该缸体的空腔内充满磁流变液，所述活塞杆连接有位于空腔内的饶有线圈的活塞还包括永磁直线发电机包括定子、连接杆和若干永磁体，定子包括具有伸缩口的容纳腔，容纳腔内壁上间隔设置有若干凸齿，每一凸齿的顶端相对两侧分别沿容纳腔的轴线方向延伸形成侧齿，所述凸齿和侧齿由导磁率材料构成且相邻的凸齿和侧齿形成容纳电磁线圈的凹槽；连接杆位于所述定子的容纳腔内，具有从所述伸缩口伸出的第一连接端；若干永磁体与所述连接杆连接，相邻的永磁体之间设置有磁极，该永磁直线发电机的连接杆与所述活塞杆连接。
可选地，所述凸齿和凸齿的导磁材料是高导磁材料。
可选地，凸齿具有相对的凸齿面，侧齿具有相对的二延伸面、与延伸面连接且平行于凸齿面的第一连接面以及垂直于凸齿面且与所述第一连接面连接的第二连接面，所述二延伸面分别与相应的凸齿面连接且与凸齿面形成呈角的度数在90度-160度之间。
可选地，相邻两永磁体的磁极化方向相反。
可选地，所述连接杆由不导磁材料制成。
可选地，所述不导磁材料是铝合金。
可选地，所述定子和磁极由高导磁率材料构成。
本发明还提供一种磁流变减振系统，该磁流变减振系统包括所述的磁流变阻尼器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、由于本发明永磁直线发电机的定子空腔内壁上间隔设置有若干凸齿，每一凸齿的顶端相对两侧分别沿容纳腔轴线方向延伸形成侧齿，这样，侧齿和凸齿组成T形结构，这种结构使得更多的磁力线穿过空气气隙形成闭环回路，提高永磁体磁场利用率，增大感应电动势的值，发电率高。
2、所述凸齿面和延伸面呈90度-160度角设置，这样，1)减小凸齿面和延伸面之间的应力集中，提高结构强度；2)实际加工比较容易实现；3)可以最大化地穿过永磁体磁力线，提高发电率。
3、由于相邻永磁体的磁极化方向相反且相邻永磁体之间设置有磁极，所以，磁力线因同极相斥，而被密集压缩并正交垂直地穿过空气气隙，这就可以减小磁力线实际穿过的空气隙厚度，从而可以增强发电磁场强度，提高感应电动势的值。
4、所述连接杆由不导磁材料制成，所以，可以杜绝磁力线通过连接杆形成闭合回路，减小了磁力线的泄漏，也可以增加感应电动势的值。
5、所述定子和磁极由导磁率构成，特别是高导磁材料构成，可以使得更多的磁力线通过定子形成回路，从而，增加感应电动势。
6、所述密封装置由不导磁材料构成，这样，进行了隔磁化处理，减小了电磁兼容性(EMI)永磁体对磁流变阻尼器的影响。
7、由于本发明的磁流变阻尼器包括本发明的永磁直线发电机，所以，不需要额外配置电源输入设备，将变得更加简洁，因此特别适用于空间有限和供电不便的应用场所。同时由于省去了额外的电源输入设备，将大大地降低磁流变振动控制技术的应用成本。
附图说明
图1是本发明永磁直线发电机的结构示意图；
图2是图1中A部分的局部放大图；
图3是本发明磁场仿真的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、功效及技术方案浅显易懂，下面特例举实施例并配合附图说明。
请参阅图1，本发明的永磁直线发电机包括定子3、连接杆4、若干永磁体5和若干磁极6。
请继续参阅图1，定子3在本实施例中是由高导磁率材料构成的圆柱形结构，比如，电磁纯铁DT4E。具有相对的第一表面和第二表面，容纳腔31从第一表面贯穿第二表面，所述伸缩口32为所述容纳腔31贯穿第二表面形成，具体的是所述容纳腔31具有第一端口311，该第一端口311塞有导向塞2，所述伸缩口32是导向塞2的穿孔。容纳腔31呈圆柱形，其内壁上间隔设置有若干高导磁率材料的凸齿33，具体的，每一凸齿33以容纳腔31的轴线B为轴线而绕容纳腔31的内壁一周。凸齿33的顶端分别沿轴线方向延伸形成侧齿34，这样，凸齿33和侧齿34形成T形结构。
请参阅图2并结合图1，凸齿33具有相对的凸齿面331，侧齿34具有相对的二延伸面341、与延伸面341连接且平行于凸齿面331的第一连接面342以及垂直于凸齿面331且与所述第一连接面342连接的第二连接面343。所述延伸面341与凸齿33的凸齿面331呈90度-160度角设置，比如，135度角，这样，1)减小凸齿面和延伸面之间的应力集中，提高结构强度；2)实际加工比较容易实现；3)可以最大化地穿过永磁体磁力线，提高发电率。相邻的凸齿33和侧齿34形成容纳电磁线圈的凹槽35，比如，图2中右侧第一个凸齿33，凸齿33左侧的侧齿34，第二个凸齿33，第二个凸齿33右侧的侧齿34形成容纳电磁线圈的凹槽35，所述左右是以图2的图示方向为基准。
请继续参阅图1，连接杆4由不导磁材料制成，比如，铝合金。该连接杆4具有从所述伸缩口32伸出的第一连接端41。
请继续参阅图1，若干永磁体5与连接杆4连接，相邻永磁体5之间设置有磁极6，这样，磁极6的相对两表面分别与相邻的永磁体5的表面接触。相邻两永磁体5的极化方向相反，比如，图1中，从左往右的第一个永磁体5的极化方向和第二个永磁体5的极化方向相反，第二个永磁体5和第三个永磁体5的极化方向相反。
请继续参阅图1，所述定子3具有相对于伸缩口32的端口35，所述磁流变阻尼器还包括定子连接环36，该定子连接环36固定于所述端口35。
请继续参阅图1和图3，直线发电机在发电时，外界的振动使得连接杆4来回运动，连接杆4上的永磁体5始终位于容纳腔31内并使得永磁体5也就在容纳腔31内往复运动，从而，位于凸齿33和侧齿34构成的凹槽内的电磁线圈切割永磁体5产生的磁力线而产生电能。
请继续参阅图1和图3，图3是采用凸齿33和侧齿34构成的T形齿的实际磁力线回路仿真图，永磁体5产生的磁力线要穿过空气隙、定子3和电磁线圈形成磁力线回路，而电磁线圈的磁导率和空气一样低，属于不导磁材料，因此大部分磁力线无法穿过电磁线圈，采用凸齿33和侧齿34构成的T形结构后，由于其由高磁导率材料制成，因此可以“引导”绝大部分的磁力线穿过定子3形成磁力线回路，增大了磁力线与定子3的接触面积而可以使永磁体5产生的磁力线大部分通过侧齿34和凸齿33，只有少部分通过电磁线圈，从而，很好的利用了永磁体5磁场，杜绝了磁漏，可以有效地提高永磁体5磁场的利用率，增加了感应电动势，提高发电量。同时由于连接永磁体5的连接杆4采用不导磁的铝杆，从而“逼迫”永磁体5产生的磁力线穿过空气隙和电磁线圈形成回路，最大化地利用永磁体5磁场，提高发电量和发电效率，进一步提高了永磁体5的磁场利用率，增加了感应电动势，提高了发电量。
当然，从上述过程可以知道，当本发明用于磁流变阻尼器时，只要能够使得连接杆4往复运动，就可以使得磁流变阻尼器自动供电，不需要额外配置电源输入设备，将变得更加简洁，因此特别适用于空间有限和供电不便的应用场所。同时由于省去了额外的电源输入设备，将大大地降低磁流变振动控制技术的应用成本。
当然，本发明还提供一种磁流变减振系统，该减振系统由所述的永磁直线发电机供电。
Claims (9)
1.一种永磁直线发电机，其特征在于，包括定子、连接杆和若干永磁体，定子包括具有伸缩口的容纳腔，容纳腔内壁上间隔设置有若干凸齿，每一凸齿的顶端相对两侧分别沿容纳腔的轴线方向延伸形成侧齿，所述凸齿和侧齿由导磁率材料构成且相邻的凸齿和侧齿形成容纳电磁线圈的凹槽；
连接杆位于所述定子的容纳腔内，具有从所述伸缩口伸出的第一连接端；
若干永磁体与所述连接杆连接，相邻的永磁体之间设置有磁极。
2.如权利要求1所述的永磁直线发电机，其特征在于，所述凸齿和凸齿的导磁材料是高导磁材料。
3.如权利要求1或2所述的永磁直线发电机，其特征在于，凸齿具有相对的凸齿面，侧齿具有相对的二延伸面、与延伸面连接且平行于凸齿面的第一连接面以及垂直于凸齿面且与所述第一连接面连接的第二连接面，所述二延伸面分别与相应的凸齿面连接且与凸齿面形成呈角的度数在90度-160度之间。
4.如权利要求1所述的永磁直线发电机，其特征在于，相邻两永磁体的磁极化方向相反。
5.如权利要求1所述的永磁直线发电机，其特征在于，所述连接杆由不导磁材料制成。
6.如权利要求5所述的永磁直线发电机，其特征在于，所述不导磁材料是铝合金。
7.如权利要求1所述的永磁直线发电机，其特征在于，所述定子和磁极由高导磁率材料构成。
8.一种磁流变阻尼器，包括具有活塞杆的缸体，该缸体的空腔内充满磁流变液，所述活塞杆连接有位于空腔内的饶有线圈的活塞，特征在于，还包括权利要求1至7中任何一项所述的永磁直线发电机，该永磁直线发电机的连接杆与所述活塞杆连接。
9.一种磁流变减振系统，其特征在于，包括权利要求8所述的磁流变阻尼器。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111019 |