CN1877973A - 便携式电子设备的振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一用于便携式电子设备的振动发电装置，该发电装置包括：永磁铁、绕线组、运动腔体、充电装置，其中绕线组缠绕在运动腔体外壁，其中在运动腔体两端各安装一块固定永磁铁，运动腔体中放入一块极性相反的活动永磁铁，活动永磁铁在外界振动及与固定永磁铁斥力作用下在运动腔体内往复运动，与绕线组产生相对运动，通过切割磁力线在绕线组内产生感应电流，感应电流经过二极管及整流电路后，提供稳定的直流电为充电电池充电。本发明提出的振动发电装置明显提高了在振动发电过程中能量的转化效率，同时大大减小了振动发电装置的体积，有利于将该振动发电装置内置到便携式电子设备中。

Description

便携式电子设备的振动发电装置

【技术领域】

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种可内置于便携式电子设备的振动发电充电装置，

【背景技术】

手机、PDA、MP3播放器、电动玩具等大量的便携式电子设备均使用充电电池，但在许多情况下，这些电子设备的充电电池电量耗尽时，无法及时找到可充电电源。一方面随着科技的发展，各类时尚型电子产品发展趋势是功能日益丰富，造成了对供电需求的不断增长，另一方面这类电子产品为了便于携带，厂商及消费都在追求更小的体积及更轻的重量，从而使供电电源的设计成了这类产品发展的一大瓶颈。因此为这些电子设备设计自充电装置成了一个研究方向，其中振动式发电充电装置成了研究的一个重点。已授权的中国实用新型专利“振动式发电充电器”(专利号为200420114116.X，公告日为2006年2月22日)公开了一种振动式发电充电器，它通过一个永磁铁受外力振动下绕线套内上下运行产生感应来发电。这种振动式充电器主要利用交通工具在行驶过程的振动机构能量来发电，其体积一般较大，无法直接内置到体积较小的便携式电子设备中，而且这种振动充电器中的永磁铁通过弹簧连接，外部的振动较强时永磁铁才能产生幅度较大的运动，产生电流，另外该实用新型装置仅通过一个有效的二极管来整流，只能利用永磁铁一个运行周期中的半个周期来发电，而且发电过程中间断的，发电的效率并不高，永磁铁运动的机械能只有一半参与发电。如何设计一种体积小巧，而发电效率较高的振动式发电充电装置是目前需要解决的一个问题。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种用于便携式电子设备的振动发电装置，使便携式电子设备在使用过程中依靠正常的幌动过程完成自我发电及充电。该发电装置包括：永磁铁、绕线组、运动腔体、充电装置，其中绕线组缠绕在运动腔体外壁，永磁铁在运动腔体内往复运动，与绕线组产生相对运动，通过切割磁力线在绕线组内产生感应电流，该电流通过充电装置可为充电电池进行充电，本发明的特征在于，

运动腔体两端各有一块固定永磁铁，其极性同方向排列，运动腔体内还有一块活动永磁铁，其极性与运动腔体两端的固定永磁铁极性相反，即上述三块磁铁沿一个共同的轴线排列，其中位于中间的活动永磁铁排列时的极性与其两边的固定永磁铁排列的极性相反，从而导致每两块相临的永磁铁靠近端的极性相同，这样，由于同极性产生的斥力作用，使活动永磁铁产生了一种物理上的稳定平衡状态，在没有外力影响时，活动永磁铁会居于活动腔中间，并与两端的固定永磁铁保持相同的距离，当受到外界振动时，活动永磁铁就会失去平衡，在运动腔体内运动，当其靠近运行腔一端的固定永磁铁时，所受斥力越来越大，活动永磁铁的动能向势能转化，运动到极限后在斥力作用下会改变运动方向，向运动腔体另一端运动，活动永磁铁的势能向动能转化，以后固定永磁铁就会靠惯性及两端固定永磁铁斥力作用不断在运动腔体内做往复运动，试图恢复上述的稳定平衡状态，如果外界振动持续存在，活动永磁铁就会一直处于非平衡状态，因而进行持续往复运动。固定永磁铁在运行腔内的往复运动，造成其周围的磁场也随其做同步运动，从而使运动腔体外壁的绕线组的线圈垂直于磁场磁力线做相对运动，绕线组内就会产生感应电势，如绕线组的线圈是一个闭合回路时，就会产生电流，该电流流经充电电池时，就可以对充电电池进行充电。上述过程使固定永磁铁受到振动运行的机构能转化为电能。

在上述的设计中，由于活动永磁铁两端通过两块固定永磁铁的斥力作用，使活动永磁铁在往复运动中免于产生机械拉伸及碰撞，与弹簧结构相比，消除了机械能量损耗，同时斥力作用使活动永磁铁的磁场向其中部偏移，增加了通过线组线圈的磁强度，有利于增强线组线圈内的感应电势，从而提高了发电效率。

上述的运动腔体可以是一狭长的条状立方体空间，即运动腔体在活动永磁铁运动轴线方向的横截面及纵截面均是一个细长的长方形，相应地，活动永磁铁及运动腔体两端的固定永磁铁也为相应的条状立方体形状。

上述的活动永磁铁可紧贴于运动腔体腔壁运动，其接触处有润滑物质，这样可减少活动永磁铁运动的摩擦力，并降低了噪音，这里的润滑物质除了使用润滑剂，还可以是其它有助于降低摩擦的填充物或滚珠。

上述的运动腔体内也可以安装一滑轨，使活动永磁铁沿滑轨运动，以增加永磁铁运行的稳定性，滑轨可以穿过活动永磁铁，也可以夹住活动永磁铁使之平行运动。

上述的活动永磁铁内部可以是空心结构，可摆放其他物件，这样当本发明的充电装置内置于电子设备时，可以将电子设备的部分元件(如电池)安装到活动永磁铁内部，一方面有效地利用了电子设备空间资源，另一方面也增加了活动永磁铁的重量，有利于提高其惯性增加发电效率。

对上述技术方案的进一步优化在于：绕线组为两绕组线圈，以相反的方向缠绕在运动腔体外壁，其两线圈在运动腔体一端的引出线头各通过一个同极性方向二极管后连接，两线圈在运动腔体另一端的引出线头直接连接。这两个绕线组线圈通过相反的方向缠绕，则活动永磁铁在运行时各个线圈内产生的感应电势方向是相反的，再加上二极管的单向导电作用，从线圈引出的电流始终是同一方向的，即两个线圈中的感应电势方向不断变化时，只有与二极管同方向的感应电势产生的电流被引出来。

对上述技术方案的进一步优化在于：绕线组两端引出的线头经过一个桥式整流装置后再通向充电装置，这样绕线组线圈内产生的不同方向的电流被处理成同一方向的电流输向充电装置。

对上述技术方案的进一步优化在于：从绕线组引出的电流经过一个电容式稳压装置后输向充电装置。由于活动永磁铁的运动是非匀速运动，而且其产生的磁场分布也是不均匀的，从而导致了从绕线组线圈引出的电流是变化的，而且这种变化起伏很大，这种电流不利于充电过程，电容式稳压装置可以稳定电流的输出，选择合适的稳压装置，在电流过高时蓄电，在电流过低是放电，从而保证输出的电流保持在一个稳定的范围。

对上述技术方案的进一步优化在于：活动永磁铁可以是一个片状长方体，这样有利于将其内置到便携式电子设备中，因为采用较薄的片状活动永磁铁，可以不改变现成的电子设备内部结构，可以将活动永磁铁的尺寸设计得与电子设备的主截面相当，这样只要在原有的电子设备上增长一些厚度，就可以将本发明的振动发电充电动装置内置到电子设备中。

本发明可带来的有益效果是：

与现有的各类振动式发电充电装置相比，本发明提出的活动永磁铁结构的振动发电充电装置通过三块磁铁的斥力平衡及对感应电流的整流处理，明显时提高了在振动发电中能力的转化效率，同时大大减小了振动充电装置的体积，有利将该振动充电装置内置到便携式电子设备中。

【附图说明】

图1是本发明的振动发电装置结构示意图；

图2是本发明的振动发电装置双绕线组电路原理图；

图3是本发明的振动发电装置桥式整流电路原理图。

图中各部分标记：1、运动腔体；2、固定永磁铁；3、活动永磁铁；4、绕线组(其中4A为双绕线组的第二组线圈)；5、绕线组线圈引出线(接充电装置)；6、充电装置；7、二极管；8、限流电阻；9、稳压电容；10、11、端口；12、桥式整流组件。

【具体实施方式】

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

用一个可导磁的非磁化材料做运行腔体(1)，如高分子聚合物材料，磁场可以穿透该材料，但该材料不能被磁化(如不能为铁质材料)，否则活动永磁铁(3)就会被吸附到运动腔体内壁上无法活动。在运动腔体两端各安装一块永磁铁(2)，使之固定在运动腔体两端，而且极性方向相同排列。在运动腔体(1)中放入另一块活动永磁铁(3)，其极性与两端的固定永磁铁(2)极性相反排列，其在运动方向上的横截面稍小于运动腔体(1)横截面，但比例相同，这样活动永磁铁(3)就可以紧贴运动腔体(1)运动，将永磁铁四周表面(3)及运动腔体(1)内壁进行抛光处理，并喷涂一定量润滑剂，使活动永磁铁(3)在运动时的摩擦力很小。在运动腔体(1)外壁上套上一个绕线组线圈(4)，从其引出的导线(5)接入充电装置(6)。当运动腔体(1)受外界作用力振动时，活动永磁铁(3)就会在运动腔体内作往复运行，其产生的磁场随之与绕线组绕圈(4)作垂直相对运动，绕线组绕圈(4)内就会产生感应电势，当引出的导线(5)经过一个闭合的充电回路时，就产生了感应电流，该电流可用于为充电电池充电。

下面通过两个实施例对本发明进行具体描述。

实施例1：双绕线组振动发电充电装置

在手机中设计一个本发明的振动发电充电装置，在手机上增加一个非金属材料制成的运动腔体，其内部厚度为2毫米，长宽与手机电池相当，运动腔体置于电池下面，在运动腔体内装入一块恰好能在运动腔体内运动的片状活动永磁铁，该装置的其它参数参照本实施方式的前述描述。

见图2，在运动腔体外壁套上缠绕方向不同的两个绕线组绕圈(4，4A)，从运动腔一端的两个绕线组绕圈引出的两个导线上各串联一个极性方向相同的二极管(7)，因为当活动永磁铁运动时，在双绕线组绕圈内产生的电流方向总是相反的，而双绕线组绕圈双是通过相反的方向缠绕的，因此两个导线上引出的电流就变成相同方向，这里二极管(7)的作用是保护电流的单向性，因为单个绕线组绕圈产生的电流方向是变化的，二极管(7)仅允许使一个方向的电流通过，这样经过双绕线组，保证了从双绕线组线圈引出的电流始终产单方向的而且是连续的。限流电阻(8)设计为可调电阻，可以调节充电电流值，以达到最佳的充电效果。其中稳压电容(9)用于调节平衡感应电势，保证输出的电流值稳定在一个范围。因为本振动发电装置产生的原始电流为交流电，电流的方向及强度都是变化的，上述的二极管(7)只是调节了电流的方向，但对电流的强度的调节是稳压电容(9)完成的，其主要作用是蓄电及放电，通过设定一个充电电压，就可选择合适参数的稳压电容(9)，当绕线组线圈引出的电流超过设定值时，稳压电容(9)临时充电，起到蓄电作用，降低电流强度，使输向充电电池的电流保持在一定范围，当绕线组线圈引出的电流低于设定值时，稳压电容(9)临时放电，补充绕圈中的电流强度，使输向充电电池的电流保持在一定范围。这样就保证了充电电流是稳定的直流电。

实施例2：桥式整流振动发电充电装置

见图3，在单绕线组线圈的引出导线上加上一个桥式整流组件，这样绕线组线圈内产生的不同方向的电流被处理成同一方向的电流输向充电装置，再加上稳压电容(9)的稳压作用，就保证了充电电流是稳定的直流电。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1、一种便携式电子设备的振动发电装置，包括永磁铁、绕线组、运动腔体、充电装置，其中绕线组缠绕在运动腔体外壁，永磁铁在运动腔体内往复运动，与绕线组产生相对运动，通过切割磁力线在绕线组内产生感应电流，该电流通过充电装置可为充电电池进行充电，其特征在于，

运动腔体两端各有一块固定永磁铁，其极性同方向排列；

运动腔体内还有一块活动永磁铁，其极性与运动腔体两端的固定永磁铁极性相反；

受外界振动时，固定永磁铁就会在运动腔体内运动，并受运动腔体两端固定永磁铁斥力作用及固定永磁铁自身的惯性在运动腔体内作往复运动。

2、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于所述的运动腔体内部为一狭长的条状立方体空间，相应地，活动永磁铁也为条状立方体形状。

3、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于所述的活动永磁铁可紧贴于运动腔体内壁运动，其接触处有润滑物质。

4、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于所述的运动腔体内有一滑轨，活动永磁铁沿滑轨运动。

5、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于所述的活动永磁铁内部为空心结构，可摆放其他物件。

6、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于所述的绕线组为双绕组线圈，以相反的方向缠绕在运动腔体外壁，其双线圈在运动腔体一端的引出线头各通过一个同极性方向二极管后交汇连接，双线圈在运动腔体另一端的引出线头直接交汇连接。

7、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于所述的绕线组两端引出的线头经过一个桥式整流装置后再通向充电装置。

8、根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，从绕线组引出的电流经过一个电容式稳压装置后输向充电装置。

9、根据权利要求1或3所述的振动发电装置，其特征在于所述的活动永磁铁可能一个片状长方体。

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