CN110504813A - 一种振动发电机 - Google Patents

Abstract

本发明的一种振动发电机，包括底座，环形磁铁圈，环形感应线圈，线圈架，导线，弹簧，电能收集装置等。环形磁场圈为具有凹槽的环形永磁体，在其凹槽内的磁感应线方向指向圆心(或相反)，该环形磁场圈固定于底座上。环形感应线圈由多匝导线组成，一圈圈缠绕在环形线圈架上，该环形线圈架置于环形磁场圈的凹槽中，线圈架底部通过弹簧与底座连接。将该振动发电机的底座安装于振动体上，振动体的振动通过底座传递到环形磁场圈上，而感应线圈通过弹簧与底座软连接，其振动频率变慢，因此感应线圈的振动和环形磁场圈的振动不同步，产生上下方向的相对运动，使得感应线圈切割磁感线产生感应电动势，通过导线形成闭合回路，产生电能。

Description

一种振动发电机

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体涉及一种利用振动或波动能进行发电的新方法。

背景技术

发电是一种通过发电装置将机械能或者化学能等能源转换为电能的方式，主要的发电形式是水力发电、火力发电和核能发电。随着人类对能源的需求与日剧增，据统计，每隔十年，对电能的消耗量成倍增加，而过度消耗化石能源，不仅使化石燃料面临短缺，而且对环境产生了极大的破坏，因此人们迫切需要寻找一种清洁的可持续发展的发电方式。

振动发电机是一种利用电磁感应原理，把振动机械能转变为电能的设备。振动是指一个状态改变的过程，即物体的往复运动，产生振动的方式多种多样，如行走的汽车会因路面不平而振动，转动的机械(如各种电动机或者内燃机在运动时产生振动)，人体的抖动，地震和水面波动等，如何有效的利用在振动的过程中产生的大量的能量并将其发电，提供一种绿色的清洁电能，世界各国人们充分发挥了他们的创造力，制造了各种利用振动进行发电的装置。

据报道，荷兰一家夜总会利用弹簧地板收集人们舞动时的能量并且将其转化为电能供应照明。专利公布号为CN 104600949 A的专利《振动发电机》，通过制造可以在任意方向上振动的磁振子，并通过振动源使磁振子振动，改变外部线圈的磁通量，通过磁生电原理将振动能转化为电能。专利公布号为CN 105587458 A的专利《振动型波浪发电机》，通过光滑磁球在麻花状闭合管内通过各方向的振动而自由移动，从而改变闭合管外线圈的磁通量，从而发电。一家来自西班牙的初创公司研发了一套全新的无叶片的风力涡轮发电机-Vortex Bladeless，它会依靠周围空气的运动形成旋涡，然后带动设备前后晃动起来，利用晃动产生的振动发电，成效显著。

以上列举了几种典型的利用振动进行发电的方法，而国内外关于振动发电的方法不胜枚举。然而当前并没有大规模的采用振动发电技术用来发电，其主要原因是发电量低，能源密度分散，发电装备较为复杂等。由于当前手机等中小型移动耗电设备的大量使用，使得小型移动式发电和充电装置具有广阔的应用前景，因此小型发电机的工业应用具有重要价值。中科院外籍院士王中林带领团队利用摩擦发电原理，研发摩擦纳米发电机，可以充分利用生活中微小的机械能进行发电，可产生非常可观的能源，开创了发电领域具有革命性的新篇章，可见小型振动发电机也将具有巨大的市场前景。

本发明提出的一种振动发电机，通过振动使环形磁铁和感应线圈产生相对运动，从而发电。该发电机构造简单，成本低廉，可方便安装于各种振动源上用于发电。还可随身携带，通过手摇产生振动用来发电，为出行的人给手机充电。此外，海面的波动可为该振动发电机提供巨大的动力来源，将发电机通过浮台投放于海面上，利用海面无休止的波动使该振动发电机发电，可产生大量的电能，具有巨大的应用价值。

发明内容

本发明的一种振动发电机，包括底座，环形磁铁圈，环形感应线圈，线圈架，导线，弹簧，电能收集装置等。环形磁场圈为具有凹槽的环形永磁体，在其凹槽内的磁感应线方向指向圆心(或相反)，该环形磁场圈固定于底座上。环形感应线圈由多匝导线组成，一圈圈缠绕在环形线圈架上，该环形线圈架置于环形磁场圈的凹槽中，线圈架底部通过弹簧与底座连接。感应线圈的进线端和出线端通过导线连接到用电设备或者电能收集装置上。将该振动发电机的底座安装于振动体上，振动体的振动通过底座传递到环形磁场圈上，而感应线圈通过弹簧与底座软连接，其振动频率变慢，因此感应线圈的振动和环形磁场圈的振动不同步，产生上下方向的相对运动，使得感应线圈切割磁感线产生感应电动势，通过导线形成闭合回路，产生电能。

进一步，所述环形磁场圈为具有凹槽的环形永磁体，该凹槽的两边为环形磁铁的两极，形成的磁感应方向指向圆心或相反，该环形永磁体可为一个整体，或由多块扇形磁铁共同组成。

进一步，所述感应线圈由多匝导线组成，缠绕在环形线圈架上，将线圈架置于环形磁铁圈的凹槽中，环形线圈架和环形磁铁圈同心。

进一步，所述线圈架底部通过多个弹簧与底座或者环形磁铁圈凹槽底部相连，将线圈架支撑于凹槽当中。

进一步，所述环形感应线圈的多匝导线含有进线端和出线端，通过导线将进线端和出线端连接用电设备或者电能收集装置，形成闭合回路。

进一步，所述线圈架可为多组，每组线圈架上均缠绕多匝线圈，且其底部均通过弹簧与底座或凹槽底部连接，这样可充分利用凹槽形成的磁场空间，增大振动产生的电能。

进一步，该振动发电机可安装于振动体上也可通过浮台放置于波动的水面(如海面)上。振动体将振动传递到环形磁铁上，而由于弹簧的减震作用，感应线圈的振动与环形磁铁的振动不同步，从而产生上下方向的相对运动，使感应线圈切割磁感线发电。将振动发电机安装于浮台上，将浮台浮在水面上，由于水面的上下波动使振动发电机的感应线圈与环形磁铁圈产生相对运动，从而切割磁感线产生电能。

进一步，将该振动发电机水平安装，可以使感应线圈与环形磁铁产生上下方向的相对运动，还可以将该振动发电机垂直安装，使感应线圈与环形磁铁产生左右/前后方向的相对运动，因此该振动发电机可以吸收任意方向振动的能量，产生电能。

进一步，所述振动发电机可由多组发电机串联而成，共同安装于振动体或波动水面上，从而提高振动发电机的发电能力。

本发明有如下几点创新之处：

1、构造新型环形凹槽磁铁，凹形磁铁的两边为磁铁的N极和S极，在该环形磁铁凹槽中形成匀强磁场；

2、环形感应线圈置于凹槽中，并通过弹簧与凹槽底部进行软连接，以减缓感应线圈的振动，当振动源作用于该发电机时，环形磁铁振动频率高于感应线圈，使两者发生相对运动，感应线圈切割磁感线以发电；

3、将该振动发电机水平安装，可以使感应线圈与环形磁铁产生上下方向的相对运动，还可以将该振动发电机垂直安装，使感应线圈与环形磁铁产生左右/前后方向的相对运动，因此该振动发电机可以吸收任意方向振动的能量；

4、为充分利用振动产生的能量，在环形磁铁凹槽中缠绕多层感应线圈，使感应线圈充分利用凹槽中形成的磁场空间来发电；此外，通过在同一振动源上装多台振动发电机，以提高对单一振动源能源的利用率。

附图说明

图1为实施例中的一种振动发电机示意图(所示环形磁铁由4块扇形磁铁构造而成)；

图2为实施例中的一种振动发电机的透视图；

图3为实施例中的一种振动发电机的发电部位截面图；(其中绿色箭头线表示磁感应线)

图4为实施例中的一种振动发电机多台串联示意图。

图中：1是环形磁铁；2是凹槽；3是线圈架；4是感应线圈；5是弹簧；6是导线；7是浮台；8是进线端；9是出线端；10是输入导线；11是输出导线。图中“N”指磁铁北极，“S”指磁铁南极。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所述的附图作简单地介绍。显而易见，下面的描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

具体实施方式

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

一种振动发电机的示意图如图1所示，该图所示振动发电机的环形磁铁1由4块扇形磁体围绕同一圆心排列而成，该环形磁铁的外壁为磁铁的N极，内壁为磁铁的S极，中间形成凹槽2，凹槽内产生的磁感线方向指向圆心(见图3)，环形磁铁固定于下部的底座上。在凹槽2中有环形线圈架3，与凹槽同心，感应线圈4以多匝缠绕在线圈架3上，线圈架底部通过弹簧与底座或者环形磁铁底部相连，使线圈架能在凹槽中上下移动，带动感应线圈切割磁感线产生电能。感应线圈的进线端和出线端通过导线6连接到用电设备或者电能收集装置。

将振动发电机底座水平固定于振动源上，设振动源的频率为f，由于环形磁铁与振动源固定，振动源的振动直接传递至环形磁铁上，因此环形磁铁振动的频率为f。由于感应线圈与振动源之间有弹簧减振，则感应线圈的振动频率会降低，设弹簧的固有频率为f₀，则弹簧的隔振率T为：

通过弹簧将感应线圈与振动源软连接，使感应线圈的振动频率f₁不同于振动源的频率f，使感应线圈与环形磁铁产生相对运动，感应线圈切割磁感线产生电能。

实施例2

实施例2为实施例1的变形，感应线圈与环形磁铁之间没有弹簧连接，该振动发电机的其他组成不变，将感应线圈通过线圈架与振动源固定连接，环形磁铁固定于另一非振动体上，通过振动源使感应线圈在环形磁铁中振动，从而切割磁感线产生电能。

实施例3

海面波动蕴藏巨大的能量，本实施例3利用实施例1中的一种振动发电机原理，将该发电机底座固定于浮台7上，使该发电机能漂浮于海面上，海面在上下波动的过程中将振动通过浮台传递到环形磁铁上，由于弹簧的减振作用，使感应线圈在环形磁铁凹槽中发生上下方向的相对运动，切割磁感线产生电能。由于海面广阔，可以搭建一个振动发电机组，由许多的振动发电机串联而成(见图4)，通过输入导线10和输出导线11连接感应线圈的进线端8和出线端9，将电能传输至用电设备或者电能收集装置中，以充分利用海面波动能，产生可观的电能。为了防止各个浮台7随海浪流动而分散，每个浮台用铰链连接，形成一个稳定的统一体，并将该铰链固定于岸上的地桩，防止浮台漂走。

通过上述实施案例，系统的分析了一种振动发电机的结构组成，发电原理和用途等，该发电机构造简单，能源利用率高，可充分将振动能转换为电能，具有较高的应用价值。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，所涉及的各类参数并不代表和限定实际值的大小，因此本发明并不局限于此示例。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.本发明的一种振动发电机，包括底座，环形磁铁圈，环形感应线圈，线圈架，导线，弹簧，电能收集装置等。环形磁场圈为具有凹槽的环形永磁体，在其凹槽内的磁感应线方向指向圆心(或相反)，该环形磁场圈固定于底座上。环形感应线圈由多匝导线组成，一圈圈缠绕在环形线圈架上，该环形线圈架置于环形磁场圈的凹槽中，线圈架底部通过弹簧与底座连接。感应线圈的进线端和出线端通过导线连接到用电设备或者电能收集装置上。将该振动发电机的底座安装于振动体上，振动体的振动通过底座传递到环形磁场圈上，而感应线圈通过弹簧与底座软连接，其振动频率变慢，因此感应线圈的振动和环形磁场圈的振动不同步，产生上下方向的相对运动，使得感应线圈切割磁感线产生感应电动势，通过导线形成闭合回路，产生电能。

2.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，所述环形磁场圈为具有凹槽的环形永磁体，该凹槽的两边为环形磁铁的两极，形成的磁感应方向指向圆心或相反，该环形永磁体可为一个整体，或由多块扇形磁铁共同组成。

3.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，所述感应线圈由多匝导线组成，缠绕在环形线圈架上，将线圈架置于环形磁铁圈的凹槽中，环形线圈架和环形磁铁圈同心。

4.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，所述线圈架底部通过多个弹簧与底座或者环形磁铁圈凹槽底部相连，将线圈架支撑于凹槽当中。

5.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，所述环形感应线圈的多匝导线含有进线端和出线端，通过导线将进线端和出线端连接用电设备或者电能收集装置，形成闭合回路。

6.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，所述线圈架可为多组，每组线圈架上均缠绕多匝线圈，且其底部均通过弹簧与底座或凹槽底部连接，这样可充分利用凹槽形成的磁场空间，增大振动产生的电能。

7.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，该振动发电机可安装于振动体上也可通过浮台放置于波动的水面(如海面)上。振动体将振动传递到环形磁铁上，而由于弹簧的减震作用，感应线圈的振动与环形磁铁的振动不同步，从而产生上下方向的相对运动，使感应线圈切割磁感线发电。将振动发电机安装于浮台上，将浮台浮在水面上，由于水面的上下波动使振动发电机的感应线圈与环形磁铁圈产生相对运动，从而切割磁感线产生电能。

8.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，将该振动发电机水平安装，可以使感应线圈与环形磁铁产生上下方向的相对运动，还可以将该振动发电机垂直安装，使感应线圈与环形磁铁产生左右/前后方向的相对运动，因此该振动发电机可以吸收任意方向振动的能量，产生电能。

9.如权利要求1所述的一种振动发电机，其特征在于，所述振动发电机可由多组发电机串联而成，共同安装于振动体或波动水面上，从而提高振动发电机的发电能力。