CN201018389Y - 一种振动发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种振动发电机，包含有位于壳体内的U形或H形磁体、T形铁心、线圈、直线导轨及弹簧。直线导轨由左导轨和右导轨构成，磁体两极分别位于左导轨与右导轨之中。磁体与弹簧连接构成动子；T形铁心的铁心横臂固定在壳体上，位于磁体上部，铁心柱位于磁体两极间，与磁体两极间留有工作气隙；线圈由有效边和端接线构成，有效边固定在铁心柱上，端接线绕铁心横臂将有效边连接起来。动子振动时，线圈有效边切割磁体两极间的磁场感应出电动势。由于采用了U形或H形磁体与T形铁心构成磁路，能有效减小气隙，降低磁通扩散，且动子沿直线导轨运动降低了损耗，所以本实用新型具有磁场及振动机械能利用率高的特点，可广泛应用于振动发电领域。

Description

一种振动发电机

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，特别是一种利用动子和定子的相对运动将振动机械能转化为电能的振动发电机。

背景技术

中国专利第200420107948.9公开了一种微型振动发电机，它包含有在壳体内的磁钢和位于磁钢左右两侧与磁钢配合的二组高强度线圈。磁钢的上下端面分别与二组弹簧相连接，弹簧的另一端与壳体内壁相连接。这种振动发电机具有结构简单、容易实现的优点。但磁钢与线圈的气隙较大，且没有铁磁体与磁钢构成磁路，磁钢的边缘效应及磁通的扩散比较大，因此磁场利用率不高；而且磁钢与滑槽的配合存在缺陷，即滑槽只能保证磁钢不做前后运动，但磁钢会左右晃动，并会与线圈发生碰撞，这样就会增加能量损耗，使振动机械能利用率下降。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种振动发电机，它具有磁场及振动机械能利用率高的特点。

为实现上述目的本实用新型设计出一种磁路，由磁体和铁心构成，以充分利用磁场，并设计出相应的直线导轨，使磁体沿直线导轨做直线运动，以充分利用振动机械能。

基于上述构思本实用新型采用这样的技术方案：它包含有位于壳体内的U形磁体、T形铁心、线圈、弹簧及直线导轨，U形磁体与弹簧一端连接构成动子，弹簧另一端固定在T形铁心或壳体下盖上；T形铁心包括铁心横臂和与铁心横臂垂直的铁心柱，铁心横臂固定在壳体上，位于U形磁体上部，起磁屏蔽作用，铁心柱位于U形磁体两极之间，与U形磁体两极间留有间隙，形成工作气隙；T形铁心、U形磁体和工作气隙构成磁路；线圈由两部分构成：有效边和端接线，有效边固定在铁心柱上，端接线绕铁心横臂将有效边连接起来，线圈与T形铁心构成定子；直线导轨由左导轨和右导轨构成，U形磁体左右两极分别位于左导轨与右导轨之中。外界振动时，促使动子振动，U形磁体两极间的磁场沿直线导轨上下振动，位于铁心柱上的线圈有效边切割U形磁体两极间的磁场感应出电动势。

在本实用新型的壳体下盖开孔，传动杆穿过该孔伸至壳体外，传动杆位于壳体内的一端与U形磁体下侧弹簧的另一端连接，位于壳体外的部分套有复位弹簧，则传动杆接受外界驱动时，可促使动子做受迫振动，进行常规发电。

本实用新型还可以采用另一种技术方案：它包含有位于壳体内的H形磁体、T形铁心、线圈、弹簧及直线导轨，H形磁体与弹簧一端连接构成动子，弹簧另一端固定在T形铁心上；T形铁心包括铁芯横臂和与铁芯横臂垂直的铁芯柱，两个T形铁心通过铁芯横臂对称地固定在壳体上下两端，铁心横臂分别位于H形磁体上部和下部，铁心柱分别位于H形磁体上下两对磁极的两极之间，铁心柱与H形磁体两极间留有间隙，形成工作气隙T形铁心、H形磁体和工作气隙构成两条磁路；上下两组线圈均由两部分构成：有效边和端接线，有效边固定在铁心柱上，端接线绕铁心横臂将有效边连接起来，线圈与T形铁心构成定子；直线导轨由左导轨和右导轨构成，H形磁体左右两极分别位于左导轨与右导轨之中。外界振动时，促使动子振动，H形磁体两极间的磁场沿直线导轨上下振动，位于铁心柱上的线圈有效边切割H形磁体两极间的磁场感应出电动势。

上述两种技术方案采用的T形铁心为软磁材料制成，壳体和直线导轨为非铁磁材料制成。

为了进一步减小磁路气隙并有利于固定线圈，上述两种方案所采用的T形铁心的铁心柱两侧开有铁心槽。

本实用新型由于了采用U形磁体或H形磁体与T形铁心构成磁路，能有效减小气隙，降低磁通扩散，充分利用磁场；磁体沿相应的直线导轨作直线运动，能更充分地利用振动机械能；本实用新型在采用U形磁体时还可以通过增加传动杆接受外界驱动，进行常规发电。所以本实用新型具有磁场及振动机械能利用率高的优点，既可用在汽车及其它行走机械或振动物体上，又可通过原动机或其它动力带动进行常规发电，应用范围很广。

附图说明

图1是本实用新型采用的定子的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的主视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是本实用新型实施例二的主视图；

图6是本实用新型实施例三的主视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细说明本实用新型提出的振动发电机的细节及工作情况。

为了更好的理解本实用新型，先结合附图1介绍本实用新型具体实施方式所采用的定子：定子由线圈2和T形铁心3构成。T形铁心3是以表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压紧固而成，包括铁心横臂3-1和与铁心横臂垂直的铁心柱3-2；线圈2为漆包铜线制成，由两部分构成：有效边2-2和端接线2-1，有效边2-2固定在铁心柱上，端接线2-1绕铁心横臂3-1将有效边2-2连接起来。为了将线圈2固定，可以用绝缘带或绝缘绳将线圈2绑扎在T形铁心3上，还可以在铁心柱3-2两侧开出铁心槽3-3，将有效边2-2嵌放在铁心槽3-3内固定。线圈2匝间及线圈2与T形铁心3之间都妥善地绝缘。该图只画出了一个线圈2的一部分，实际线圈不限于一个，线圈之间可以串联或并联，但串联时须保证线圈中的感应电动势是互相叠加的，并联时须保证线圈中的感应电动势相同以免产生环流。

实施例一：参照附图1～附图4，在壳体1内有左右对称的直线导轨7，U形永磁体5左右两极分别位于左导轨与右导轨之中。U形永磁体5底部固定有弹簧连接架8，弹簧6的一端固定在弹簧连接架8上。铁心横臂3-1固定在壳体1上，位于U形永磁体5上部，铁心柱3-2位于U形永磁体5两极之间，与U形永磁体5两极间留有间隙，形成工作气隙9，保证U形永磁体5与线圈有效边2-2及铁心柱3-2不致相擦，本实施例采用开有铁心槽3-3的T形铁心3，能进一步减小工作气隙9。铁心柱3-2端部固定有弹簧座10，弹簧6的另一端固定在弹簧座10上。U形永磁体5与弹簧6构成动子，线圈2与T形铁心3构成定子。铁心柱3-2、U形永磁体5和工作气隙9构成磁路。本实施例是这样工作的：在动子静止时，U形永磁体5磁极端面位于铁心柱3-2中部位置，弹簧连接架8和弹簧座10之间的距离为弹簧6静态时的长度。发生振动时，动子振动，U形永磁体5两极间的磁场沿直线导轨7上下振动，位于铁心柱3-2上的线圈有效边2-2切割两极间的磁场感应出电动势，由于铁心横臂3-1的磁屏蔽作用，位于铁心横臂3-1上的端接线2-1则不受磁场影响，只起连接有效边2-2的作用。设线圈2匝数为n，即线圈2有n条有效边2-2相串联，有效边2-2长度为L，U形永磁体5在某一时刻的运动速度为V由于磁场沿铁心柱3-2方向是非均匀分布的，且随着U形永磁体5的上下运动而变化，对于线圈2的任意一条有效边2-2，设该时刻其所在位置的磁通密度为B_i，则根据电磁感应定律可知线圈2两端的感应电动势瞬时值表达式为：

$e=\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i\mathrm{LV}$

由于U形永磁体5上下运动时，速度矢量V的方向发生180°变化，因此感应电动势方向也随之变化，为交流电动势，感应电动势频率与动子的振动频率相同。线圈2两端的感应电动势e可通过上盖1-1的孔1-3引出，供外界电器使用。

为了防止冲击振动使U形永磁体5振幅过大以致撞击铁心横臂3-1及下盖1-2造成损坏，在铁心横臂3-1内侧和下盖1-2上固定有橡胶垫4，也可以是其它弹性元件。

本实施例也可以采用只在U形永磁体5的弹簧连接架8下侧固定弹簧的结构，还可以采用在弹簧连接架8上侧及下侧均固定弹簧的结构，下侧弹簧的另一端可固定在下盖1-2上，或者固定在传动杆上，如此就构成了本实用新型的实施例二。

实施例二：参照附图1和附图5，为了使本实用新型在外界自然振动较弱，不足以发出足够的电能时，充分利用其发电能力，可在下盖1-2开孔1-4，孔1-4内固定有导向套13，传动杆14穿过导向套13伸至壳体1外。U形永磁体5的弹簧连接架8上侧固定有弹簧6，下侧固定有弹簧12。弹簧6的另一端固定在铁心柱3-2端部的弹簧座10上，弹簧12的另一端固定在传动杆14位于壳体1内的一端上。传动杆14位于壳体1外的部分套有复位弹簧15，传动杆14接受外界原动机驱动，驱使动子做受迫振动，进行常规发电。复位弹簧15使传动杆14及时复位，保证动子振动的稳定性。

在本实施例中，可以取消U形永磁体5的弹簧连接架8上侧的弹簧6，只保留弹簧连接架8下侧的弹簧12。若外界驱动机构能保证传动杆14及时复位，也可以不用复位弹簧15而采用外界机构复位。

实施例三：对于本实用新型提出的另一种技术方案，可参照附图1和附图6及本实施例进行理解。在壳体1内有左右对称的直线导轨7，H形永磁体5是由两块U形永磁体固定连接而成，左右两极分别位于左导轨与右导轨之中。H形永磁体5的中部5-1固定有弹簧连接架8，弹簧连接架8上侧固定有弹簧6，下侧固定有弹簧12。弹簧6的另一端固定在铁心柱3-2端部的弹簧座10上，弹簧12的另一端以相同方式固定在另一弹簧座上。定子为上下对称结构，即线圈2与铁心3构成上下定子，上下两个T形铁心3的铁心横臂3-1固定在壳体1上下两端，分别位于H形永磁体5上部和下部，铁心柱3-2分别位于H形永磁体5上下两对磁极的两极之间，与H形永磁体5两极间留有间隙，形成工作气隙9，保证H形永磁体5与线圈有效边2-2及铁心柱3-2不致相擦。H形永磁体5与弹簧6、弹簧12构成动子。T形铁心3、H形永磁体5和工作气隙9构成两条磁路。本实施例是这样工作的：在动子静止时，H形永磁体5磁极端面位于铁心柱3-2中部位置，弹簧连接架8和上下弹簧座之间的距离分别为弹簧6和弹簧12静态时的长度。发生振动时，动子振动，H形永磁体5两极间的磁场沿直线导轨7上下振动，位于铁心柱3-2上的线圈有效边2-2切割两极间的磁场感应出电动势，由于铁心横臂3-1的磁屏蔽作用，位于铁心横臂3-1上的端接线2-1则不受磁场影响，只起连接有效边2-2的作用。设上下两组线圈的匝数均为n，即上下两组线圈均有n条有效边相串联，有效边长度为L，H形永磁体5在某一时刻的的运动速度为V由于磁场沿铁心柱3-2方向是非均匀分布的，且随着H形永磁体5的上下运动而变化，对于线圈的任意一条有效边，设该时刻其所在位置的磁通密度为B_i，则根据电磁感应定律可知上下两组线圈两端的感应电动势瞬时值表达式均为：

$e=\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i\mathrm{LV}$

上下两组线圈两端的感应电动势e可通过壳体上盖1-1的孔1-3和下盖1-2的孔1-4分别引出，也可将两线圈串联后将总感应电动势2e输出，供外界电器便用。

为了防止冲击振动使H形永磁体5振幅过大以致撞击铁心横臂3-1造成损坏，在铁心横臂3-1内侧固定有橡胶垫4，也可以是其它弹性元件。

本实施例也可以采用只在H形永磁体5的弹簧连接架8上侧或只在弹簧连接架8下侧固定弹簧的结构。H形永磁体5可以采用一体成型的永磁体。

对于上述三个实施例，壳体1为铝合金制成，在壳体1内壁加工出直线导轨7，直线导轨7与壳体1是一体的。为了减小摩擦，避免磁体磨损，并利于保持磁性稳定，U形磁体和H形磁体左右两极与直线导轨接触部分均贴有磁体保护层11，上述三个实施例所采用的磁体保护层11均为薄铜片。

在具体应用时，壳体、直线导轨及磁体保护层可采用其它非铁磁材料；直线导轨可以单独加工制成然后固定在壳体内壁上；U形磁体或H形磁体和直线导轨之间可采取必要的润滑措施；在要求较强磁场和较高感应电动势的应用场合，U形磁体或H形磁体可采用电磁体。

Claims (10)

1.一种振动发电机，它包含有位于壳体内的定子及动子，其特征在于：U形磁体与弹簧一端连接构成动子，弹簧另一端固定在T形铁心或壳体下盖上；T形铁心包括铁心横臂和与铁心横臂垂直的铁心柱，铁心横臂固定在壳体上，位于U形磁体上部，铁心柱位于U形磁体两极之间，与U形磁体两极间留有工作气隙；T形铁心、U形磁体和工作气隙构成磁路；线圈由两部分构成：有效边和端接线，有效边固定在铁心柱上，端接线绕铁心横臂将有效边连接起来，线圈与T形铁心构成定子；直线导轨由左导轨和右导轨构成，U形磁体两极分别位于左导轨与右导轨之中。

2.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于：在壳体下盖开孔，传动杆穿过该孔伸至壳体外，传动杆位于壳体内的一端与U形磁体下侧弹簧的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的振动发电机，其特征在于：传动杆位于壳体外的部分套有复位弹簧。

4.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于：T形铁心的铁心柱两侧开有铁心槽。

5.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于：U形磁体左右两极与直线导轨接触部分贴有磁体保护层。

6.根据权利要求1或5所述的振动发电机，其特征在于：T形铁心为软磁材料制成，壳体、直线导轨及磁体保护层均为非铁磁材料制成。

7.一种振动发电机，它包含有位于壳体内的定子及动子，其特征在于：H形磁体与弹簧一端连接构成动子，弹簧另一端固定在T形铁心上；T形铁心包括铁心横臂和与铁心横臂垂直的铁心柱，两个T形铁心通过铁心横臂对称地固定在壳体上下两端，铁心横臂分别位于H形磁体上部和下部，铁心柱分别位于H形磁体上下两对磁极的两极之间，铁心柱与H形磁体两极间留有工作气隙；T形铁心、H形磁体和工作气隙构成两条磁路；上下两组线圈均由两部分构成：有效边和端接线，有效边固定在铁心柱上，端接线绕铁心横臂将有效边连接起来，线圈与T形铁心构成定子；直线导轨由左导轨和右导轨构成，H形磁体左右两极分别位于左导轨与右导轨之中。

8.根据权利要求7所述的振动发电机，其特征在于：T形铁心的铁心柱两侧开有铁心槽。

9.根据权利要求7所述的振动发电机，其特征在于：H形磁体左右两极与直线导轨接触部分贴有磁体保护层。

10.根据权利要求7或9所述的振动发电机，其特征在于：T形铁心为软磁材料制成，壳体、直线导轨及磁体保护层均为非铁磁材料制成。

Images