CN201323522Y - 振动发电机 - Google Patents

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CN201323522Y CNU2008202110025U CN200820211002U CN201323522Y CN 201323522 Y CN201323522 Y CN 201323522Y CN U2008202110025 U CNU2008202110025 U CN U2008202110025U CN 200820211002 U CN200820211002 U CN 200820211002U CN 201323522 Y CN201323522 Y CN 201323522Y
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蒲玉兴
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Abstract

本实用新型公开了一种振动发电机，其特征在于，包括上支架和下支架、摆杆、连接上支架和下支架的摆杆支架、弹簧以及设置在两侧且与上支架和下支架连接的绕组骨架；所述的摆杆支架上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆，所述的摆杆套装在该导向杆上，弹簧为上下各一个，均套装在该导向杆上；所述的摆杆可以沿导向杆上下运动；所述的摆杆两端各设有2个磁铁；所述的绕组骨架为中空结构，外周缠绕有绕组，当摆杆上下运动时，摆杆两端的磁铁在绕组骨架中间的空腔中上下运动，使绕组切割磁力线。本振动发电机结构紧凑，将动能转化为电能的效率高。

Description

振动发电机
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，涉及一种发电设备，尤其涉及一种振动发电机。
背景技术
目前，在能源危机的社会大背景下，人们需要各种高效发电设备，但利用振动能的发电设备已经实用化的还不多见。根据机械能守恒和电磁感应原理，振动发电机均由绕组、磁铁和弹簧等基本部件构成，但往往存在发电功率小，效率不高，弹簧被磁化、弹簧的抗疲劳强度、动能与弹性势能及电能的转换效率低等技术问题，成为制约其发展的关键要素。
实用新型内容
本实用新型的所要解决的技术问题是提供一种振动发电机，具有更高的发电效率。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
一种振动发电机，其特征在于，包括上支架和下支架、摆杆、连接上支架和下支架的摆杆支架、弹簧以及设置在两侧且与上支架和下支架连接的绕组骨架；
所述的摆杆支架上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆，所述的摆杆套装在该导向杆上，弹簧为上下各一个，均套装在该导向杆上；所述的摆杆可以沿导向杆上下运动；所述的摆杆的每一个端部各设有2个磁铁；
所述的绕组骨架为中空结构，外周缠绕有绕组，当摆杆上下运动时，所述的磁铁在绕组骨架中间的空腔中上下运动，使绕组切割磁力线产生电能。
所述的弹簧采用金属或非磁性材料。
所述的弹簧为记忆合金弹簧或塑料弹簧。
所述的上支架、下支架、摆杆和摆杆支架采用铁磁性材料。
所述的摆杆具有2个端部，每一个所述端部具有2个磁铁，共有4个磁铁，共有2个所述的绕组骨架和4个所述的绕组与所述的2个端部分别对应。
所述的磁铁的磁极分布为：摆杆同侧的上下两个磁铁磁极极性方向顺序相同，摆杆异侧同部位的两个磁铁磁极极性方向相反。
所述的摆杆具有4个端部，每一个所述端部具有2个磁铁，共有8个磁铁，共有4个所述的绕组骨架和8个所述的绕组与所述的4个端部分别对应。
所述的摆杆上相对的两个端部的磁铁的磁极极性相同；相邻的两个端部的磁铁的磁极极性相反；每一个端部的上下2个磁铁的磁极极性相同。
该4个(或8个)绕组中位于摆杆同侧的2个(或4个)绕组顺向串联，另2个(或4个)同侧绕组也顺向串联，经整流桥之后再并联输出。
所述的弹簧两端不固定。
所述的绕组的输出电能经桥式整流电路接储能器。
本实用新型的有益效果：
(1)摆杆向上或向下振动时均可产生感应电势，提高了整体运行效率。
(2)采用摆杆同侧的2个或4个绕组顺向串联整流后再并联输出电能，可降低线路的铜耗、提高输出电压，并可提高电路效率。
(3)4个或8个磁极的相对分布安装方式，提高了磁通量的变化率，消弱了弹簧的磁化问题，提升了电路的整体效能。
(4)采用记忆合金或非磁性材料(包括塑料弹簧)制作弹性振子，提高了动能转换为弹性势能的效率，排除了采用铁磁性材料制作弹簧振子的磁化问题。
(5)采用超级电容器存储电能，能效比高，输出功率大。
(6)支架、摆杆及摆杆支架采用铁磁性材料，在运行过程中构成动态磁路，提升了磁路的磁通变化率，从而可提高电路的输出电压。
(7)弹簧在摆杆支架中由导向杆定位，两端不固定，摆杆向下运动时，上弹簧未受拉力；同理，摆杆向上运动时，下弹簧也未受拉力，将摆杆动能转换为弹簧弹性势能的效率最高。
该振动发电机的能效比是一般振动发电机的2～4倍，安装时无方向性，在上下振动过程中均可产生电能，
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图；(a为内部结构图，b为左侧视图，c为8绕组振动发电机剖视图，d为外型立体图，e为摆杆立体图)
图2为本实用新型原理框图；
图3为本实用新型的摆杆结构图；(a为主视图，b为俯视图，c为立体图)
图4为本实用新型的摆杆支架结构图；(a为剖面图，b为左视图，c为立体图)
图5为电路连接图；
图6为磁极布置图。(其中a图为2个端部摆杆的磁极布置示意图；b图为4个端部摆杆的磁极布置示意图)
标号说明：
标号说明：1.上支架，2.定位销钉，3.绕组，4.摆杆，5.绕组骨架，6.磁铁，7.下支架，8.摆杆支架，9.弹簧，10.导向杆(又名弹簧定位销杆)。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
如附图1和2所示，一种振动发电机，其特征在于，包括上支架1和下支架7、摆杆4、连接上支架1和下支架7的摆杆支架8、弹簧9以及设置在两侧且与上支架1和下支架7连接的绕组骨架5；所述的摆杆支架8上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆10，所述的摆杆4套装在该导向杆10上，弹簧9为上下各一个，均套装在该导向杆10上；所述的摆杆可以沿导向杆10上下运动；所述的摆杆4两端各设有2个磁铁6；所述的绕组骨架5为中空结构，外周缠绕有绕组3，当摆杆4上下运动时，摆杆两端的磁铁6在绕组骨架5中间的空腔中上下运动，使绕组3切割磁力线。所述的弹簧为记忆合金弹簧或塑料弹簧。所述的上支架1、下支架7、摆杆4和摆杆支架5采用磁性材料。所述的绕组3为4个或8个，每个绕组骨架上各2个，该4个或8个绕组中的上部2个或4个绕组串联，另2或4个绕组也串联，经联接整流桥(如附图5)之后再并联输出。所述的弹簧9两端不固定。所述的磁铁6为具有高磁场强度的稀土磁钢。所述的磁铁的磁极分布为：摆杆同侧的上下两个磁铁磁极极性方向顺序相同，摆杆异侧同部位的两个磁铁磁极极性方向与之相反，具体如图6所示(图6只指示出一种情况，还可以是另一种情况，即与图6的磁极分布恰好相反的情况，即：图6a的左侧磁极的方向从上之下为SNSN，右侧为NSNS；图6b的左右两侧为的磁极分布自上至下为NSNS，前后两侧的每个端部的磁极分布自上而下为SNSN。)
本振动发电机在受到振动时，摆杆从静态时的平衡位置向下运动，压缩本装置中的下部弹簧，将摆杆的动能转换为弹簧的弹性势能，摆杆运行至下端极限位置后，下部的弹簧在弹力作用下就会推动摆杆向上运行，将弹性势能恢复为摆杆反向运动的动能；当摆杆到达平衡位置后，因惯性会继续向上运动，这时将压缩本装置中的上部弹簧，又将摆杆的动能转换为上部弹簧的弹性势能，摆杆运行至上端极限位置后，上部的弹簧弹力又推动摆杆向下运行，将弹性势能恢复为摆杆向下运动的动能；循环往复，当本装置受到外部振动后，摆杆将在装置中几经上下运动。
摆杆两端安装有4个或8个具有高磁场强度的稀土磁钢，，在摆杆上下往复运动的过程中，绕组中的磁通量将发生变化，根据电磁感应定律，E＝N·dφ/dt(式中，E为感应电势的大小，N为绕组匝数，φ为磁通量，t为时间)，将同时在本装置中的上部两相(或4相)绕组或下部两相(或4相)绕组中产生交变感应电势，感应电势的大小与绕组的匝数及磁通量的变化率成正比；当摆杆运行到上(下)极限位置时，磁钢与上(下)支架的间隙很小，磁力线经支架、摆杆及摆杆支架构成磁通回路，此时回路中的磁阻最小，磁通量最大。当摆杆运行到绕组中的不同位置，磁钢与支架间的气隙不同，摆杆的运动速度不同，所引起的磁通量的变化率也不同，从而在绕组中产生周期性的交变感应电势。因磁极的分布方式，使得通过摆杆支架(包括导向杆和弹簧)的合成磁通量为零，可避免弹簧磁化。
4个(或8个)绕组的线径、匝数相同，采用绝缘漆包铜线紧密绕制，顺向串联的每组绕组输出的交变感应电势经桥式硅堆整流后，输出为脉动直流，存储在超级电容器或可充电电池中。4个(或8个)绕组的输出电势经整流后并联向充电器供电，从而增大了充电功率，提高了供电效率。

Claims (10)

1.一种振动发电机，其特征在于，包括上支架和下支架、摆杆、连接上支架和下支架的摆杆支架、弹簧以及设置在两侧且与上支架和下支架连接的绕组骨架；
所述的摆杆支架上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆，所述的摆杆套装在该导向杆上，弹簧为上下各一个，均套装在该导向杆上；所述的摆杆可以沿导向杆上下运动；所述的摆杆的每一个端部各设有2个磁铁；
所述的绕组骨架为中空结构，外周缠绕有绕组，当摆杆上下运动时，所述的磁铁在绕组骨架中间的空腔中上下运动，使绕组切割磁力线产生电能。
2.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于，所述的弹簧采用金属或非磁性材料。
3.根据权利要求2所述的振动发电机，其特征在于，所述的弹簧为记忆合金弹簧或塑料弹簧。
4.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于，所述的上支架、下支架、摆杆和摆杆支架采用铁磁性材料。
5.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于，所述的摆杆具有2个端部，共有4个磁铁，共有2个所述的绕组骨架和4个所述的绕组与所述的2个端部分别对应。
6.根据权利要求5所述的振动发电机，其特征在于，所述的磁铁的磁极分布为：摆杆同侧的上下两个磁铁磁极极性方向顺序相同，摆杆异侧同部位的两个磁铁磁极极性方向相反。
7.根据权利要求1所述的振动发电机，其特征在于，所述的摆杆具有4个端部，共有8个磁铁，共有4个所述的绕组骨架和8个所述的绕组与所述的4个端部分别对应。
8.根据权利要求7所述的振动发电机，其特征在于，所述的摆杆上相对的两个端部的磁铁的磁极极性相同；相邻的两个端部的磁铁的磁极极性相反；每一个端部的上下2个磁铁的磁极极性相同。
9.根据权利要求1～8任一项所述的振动发电机，其特征在于，所述的弹簧两端不固定。
10.根据权利要求9所述的振动发电机，其特征在于，所述的绕组的输出电能经桥式整流电路接储能器。
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