CN205070746U - 一种基于震动机械能的自发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自发电技术领域，尤其涉及并公开了一种基于震动机械能的自发电装置，包括震动机械能源采集器、电子系统，震动机械能源采集器包括一个永磁体组，永磁体组由不少于两个永磁体叠加形成，相邻永磁体面极性相同、之间设置铁磁垫片，永磁体组置于非磁筒体内，非磁筒体外表面与铁磁垫片相对应的位置开有凹槽，每个凹槽内设置一组导电线圈，非磁筒体上下分别设置筒体上、下盖，筒体上盖与永磁体组之间，筒体下盖与永磁体组之间至少有一处设置了限位装置。本实用新型的基于震动机械能的自发电装置，把周围环境中取之不竭的振动能转化为电能，可以取代传统的蓄电池或电力线供电，具有无需连线，使用方便，节能环保，可永久供电，无需维护的优点。

Description

一种基于震动机械能的自发电装置

技术领域

本实用新型涉及自发电技术领域，尤其涉及一种基于震动机械能的自发电装置。

背景技术

在日益普及的无线传感网络技术中，为了达到无线连接和使用方便的效果，无线传感网络中的各个网络传感器节点都不跟电力线连接，所以传感器及电子器件和相关电路都需要蓄电池来提供电源。蓄电池使用寿命有限，使用种类受环境限制，同时还需要定期更换，因此大大增加了无线传感网络系统的维护成本，也同时大大降低了系统的使用寿命和可靠性。蓄电池的生产和使用容易对环境造成污染，应该尽量避免或减少使用。而对于一些应用于恶劣环境中的监测系统，蓄电池不能使用，或者使用后更换极其不方便，甚至不可能更换，限制了先进的无限传感网络技术的使用和推广。如采用能源采集的办法，通过把环境中的动能、光能、热能等能量有效转化为电能，从而取代传统的蓄电池，永久地为无线传感网络等应用中的传感器及电子器件和电路提供电力，可以极大地提升整个系统的寿命和可靠性，降低整个系统的维护成本，也达到环保和节能效果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种能将振动能转化为电能的简捷、环保、稳定可靠、无需维护的自发电装置。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于震动机械能的自发电装置，包括震动机械能源采集器、电子系统，所述震动机械能源采集器包括一个永磁体组，所述永磁体组由不少于两个永磁体叠加形成，相邻永磁体面极性相同、之间设置铁磁垫片，永磁体组置于非磁筒体内，非磁筒体外表面与铁磁垫片相对应的位置开有凹槽，每个凹槽内设置一组导电线圈，非磁筒体上下分别设置筒体上、下盖，筒体上盖与永磁体组之间，筒体下盖与永磁体组之间至少有一处设置了限位装置。

永磁体组采用强磁性永磁体，以产生较大的磁场强度。

铁磁垫片用以汇聚磁力线并大幅降低磁路磁阻，增强了导电线圈周围的磁场强度，从而增强了线圈切割磁力线时感应产生的电压。

非磁筒体采用摩擦阻力小的非磁材料，且不导电。

相邻两个永磁体相互排斥，永磁体组随震动在非磁筒体中沿腔体运动，在接近筒体上（下）盖时，由于限位装置的限位作用，永磁体组运动速度减缓，最后因为限位装置的限位作用及外部震动外力，永磁体组向腔体另一端运动，从而形成在腔体内的往复运动。夹在相邻两个永磁体间的铁磁垫片汇聚了磁力线并将其导向绕制在非磁筒体凹槽内的导电线圈，从而在导电线圈上产生感应电势。导电线圈之间可以并联，也可以串联，也可以采用部分串联和部分并联形式，并联时相应线圈极性相同的一端相连，串联时按照感应电势叠加形式连接线圈。串联可以升高感应电势，增加采集的电能，并联可提高输出电流。

作为优选，所述的限位装置为弹簧或限位永磁体，限位永磁体固定连接在筒体上盖或筒体下盖上，其极性与相对的永磁体面相同，弹簧则一端与筒体上盖或筒体下盖连接，另一端固定在相对的永磁体上。

当限位装置为限位永磁体时：由于相邻两个永磁体相互排斥，永磁体组随震动在非磁筒体中沿腔体运动，在接近筒体上（下）盖时，与腔体上端和/或下端的限位永磁体相互排斥，永磁体组运动速度减缓，最后因为磁铁间排斥力及外部震动外力，永磁体组向腔体另一端运动，从而形成在腔体内的往复运动。当限位装置为弹簧时：永磁体组由于外界力量向下运动时,上面的弹簧向上拉引和/或下面弹簧向上推,永磁体组由于外界力量向上运动时,上面的弹簧向下推和/或下面弹簧向下拉引,从而永磁体组在筒体腔体能来回运动。当限位装置选择限位永磁体和弹簧各一种时，其原理也相同。使用限位永磁体，与弹簧相比，可减少永磁体组在往复运动中的能量损耗，同时限位装置占用空间较小，空处可用于其它用途,比如装配辅助电路等。弹簧则具有更好的线性，简单易控制。

作为优选，所述非磁筒体外表面与永磁体组上、下端面相对应处还分别开有凹槽，每个凹槽内设置一组导电线圈。将这两个辅助线圈与原主线圈串联可升高感应电势，增加采集的电能。

作为优选，所述永磁体与铁磁垫片为中空圆柱形。采用中空圆柱形可使永磁体组在非磁筒体内运动时空气从中间孔流通，减少运动中空气阻力。

作为优选，所述导电线圈在非磁筒体轴向上宽度超过铁磁垫片厚度，以提高产生的电能。

作为优选，所述非磁筒体外套铁磁套筒。套筒采用铁磁材料，降低了磁力线回路的磁阻，进一步增强了线圈周围的磁场强度，从而进一步增强了线圈切割磁力线时感应产生的电压。

作为优选，所述电子系统依次包括整流电路、稳压电路、储能元件、充放电管理模块，充放电管理模块还与稳压电路相连接。在有外部震动的情况下，振动机械能源采集器可以在线圈两端产生感应电势。感应产生的电势为交流电，在给电子设备或储能设备供电时，产生的交流电需经整流变为直流，再经过稳压电路把电压调整到适当的幅值。整流、稳压电路、储能元件的充放电管理都由电子系统来实现。储能元件可以直接向外部电子设备供电，也可以通过稳压电路，把储能元件的输出电压调整稳压后再向外部电路供电。

作为优选，所述铁磁套筒将非磁筒体及筒体下盖包覆，电子系统的输出地线与铁磁套筒相连，电子系统板上放置外凸导体作为阳极，阳极与电子系统的输出阳极相连接。这样的设计可使自发电装置的形状和尺寸可以按照普通蓄电池尺寸标准来设计，从而适应现有供电方案中采用蓄电池而预留的接口。

作为优选，所述电子系统还包括传感器和射频电路，传感器和射频电路与稳压电路连接。将传感器和通信电路跟整流、稳压等电路设计在同一个电子系统部件上，都放置于非磁筒体内，可使系统集成度高，使用方便，同时非磁筒体及铁磁套筒可对内部电子设备起到保护作用，提高了系统的可靠性。此类具有传感器和通讯功能的自发电装置可广泛应用于日益推广的无线传感网络技术，其中典型应用包含（但不局限于）电机等机械设备运行状况的监控，交通工具的状态监控，桥梁等建筑物状态监控，动物定位及跟踪和为可穿戴设备供电等。

本实用新型基于震动机械能的自发电装置，把周围环境中取之不竭的振动能转化为电能，可以取代传统的蓄电池或电力线供电，不仅可为小型电子设备提供免费和永久的外部电力，也可在无线传感网络等应用中作为自身系统组成的一部分为传感器、控制电路和射频电路等永久地提供电力，具有无需连线，使用方便，节能环保，可永久供电，无需维护的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构总示意图。

图2为图1中振动机械能源采集器的装配结构示意图。

图3为图1中振动机械能源采集器的结构示意图。

图4为图3装配完成后的剖视示意图。

图5为本实用新型实施例1的电路结构示意图。

图6本实用新型实施例2的剖视结构示意图。

图7本实用新型实施例3的剖视结构示意图。

图8为本实用新型实施例4的剖视结构示意图。

图9为本实用新型实施例5的结构示意图。

图10为图9装配完成后的剖视示意图。

图11为本实用新型实施例6的剖视结构示意图。

图12为本实用新型实施例7的剖视结构示意图。

图13为本实用新型实施例7的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-13与具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

实施例1

一种基于震动机械能的自发电装置，如附图1所示，包括震动机械能源采集器1、电子系统2，如附图2、3、4所示，震动机械能源采集器1包括一个永磁体组3，永磁体组3由两个永磁体4叠加形成，两个永磁体4相邻面极性相同，两个永磁体4之间设置铁磁垫片5，永磁体组3置于非磁筒体6内，非磁筒体6外表面与铁磁垫片5相对应的位置开有凹槽20，每个凹槽20内设置一组导电线圈7，非磁筒体6上下分别设置筒体上盖8、筒体下盖9，筒体上盖8与永磁体组3之间、筒体下盖9与永磁体组3之间分别设置限位装置10，限位装置10为限位永磁体，限位永磁体分别固定连接在筒体上盖8、筒体下盖9上，其极性与相对的永磁体4面相同。

永磁体4与铁磁垫片5为中空圆柱形。导电线圈7在非磁筒体6轴向上宽度超过铁磁垫片5厚度。非磁筒体6外套铁磁套筒12。

如附图5所示，电子系统2包括依次连接的整流电路13、稳压电路14、储能元件15、充放电管理模块16，充放电管理模块16还与稳压电路14相连接。

实施例2

其他结构与实施例1相同，如附图6所示，不同之处在于：筒体上盖8与永磁体组3之间、筒体下盖9与永磁体组3之间分别设置限位装置10，限位装置10为弹簧，上弹簧一端与筒体上盖8连接，另一端固定在永磁体组3上端。下弹簧一端与筒体下盖9连接，另一端固定在永磁体组3下端。

实施例3

其他结构与实施例1相同，如附图7所示，不同之处在于：筒体上盖8与永磁体组3之间、筒体下盖9与永磁体组3之间分别设置限位装置10，筒体上盖8与永磁体组3之间的限位装置10为弹簧,筒体下盖9与永磁体组3之间为限位永磁体，限位永磁体固定连接在筒体下盖9上，其极性与相对的永磁体4面相同，弹簧则一端与筒体上盖8连接，另一端固定在相对的永磁体4上。

实施例4

其他结构与实施例1相同，如附图8所示，不同之处在于：所述非磁筒体6外表面与永磁体组3上、下端面相对应处还分别开有凹槽20，每个凹槽20内设置一组导电线圈7。

实施例5

其他结构与实施例1相同，如附图9、10所示，不同之处在于：电子系统2放置于筒体上盖8上方，非磁筒体6外面。

实施例6

其他结构与实施例5相同，如附图11所示，不同之处在于：所述铁磁套筒12将非磁筒体6及筒体下盖9包覆，电子系统2的输出地线与铁磁套筒12相连，电子系统2板上放置外凸导体作为阳极17，阳极17与电子系统2的输出阳极相连接。这样的设计可使自发电装置的形状和尺寸可以按照普通蓄电池尺寸标准来设计，从而适应现有供电方案中为蓄电池而预留的接口。

实施例7

其他结构与实施例5相同，如附图12、13所示，不同之处在于：电子系统2还包括传感器18和射频电路19，传感器18和射频电路19与稳压电路14连接。

将传感器18和射频电路19跟整流电路13、稳压电路14、储能元件15、充放电管理模块16设计在同一个电子系统部件上，都放置于非磁筒体6内，可使系统集成度高，使用方便，同时非磁筒体6及铁磁套筒12可对内部电子设备起到保护作用，提高了系统的可靠性。也使传感器18和射频电路19得到永久的电力供应。

综上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

Claims (9)

1.一种基于震动机械能的自发电装置，包括震动机械能源采集器（1）、电子系统（2），其特征在于：所述震动机械能源采集器（1）包括一个永磁体组（3），所述永磁体组（3）由不少于两个永磁体（4）叠加形成，相邻永磁体（4）面极性相同，每两个永磁体（4）之间设置铁磁垫片（5），永磁体组（3）置于非磁筒体（6）内，非磁筒体（6）外表面与铁磁垫片（5）相对应的位置开有凹槽(20)，每个凹槽(20)内设置一组导电线圈（7），非磁筒体（6）上下分别设置筒体上、下盖（8、9），筒体上盖（8）与永磁体组（3）之间，筒体下盖（9）与永磁体组（3）之间至少有一处设置了限位装置（10）。

2.根据权利要求1所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述的限位装置（10）为弹簧或限位永磁体，限位永磁体固定连接在筒体上盖（8）或筒体下盖（9）上，其极性与相对的永磁体（4）面相同，弹簧则一端与筒体上盖（8）或筒体下盖（9）连接，另一端固定在相对的永磁体（4）上。

3.根据权利要求1所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述非磁筒体（6）外表面与永磁体组（3）上、下端面相对应处还分别开有凹槽(20)，每个凹槽(20)内设置一组导电线圈（7）。

4.根据权利要求1所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述永磁体（4）与铁磁垫片（5）为中空圆柱形。

5.根据权利要求1所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述导电线圈（7）在非磁筒体（6）轴向上宽度超过铁磁垫片（5）厚度。

6.根据权利要求1所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述非磁筒体（6）外套铁磁套筒（12）。

7.根据权利要求6所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述电子系统（2）包括依次连接的整流电路（13）、稳压电路（14）、储能元件（15）、充放电管理模块（16），充放电管理模块（16）还与稳压电路（14）相连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述铁磁套筒（12）将非磁筒体（6）及筒体下盖（9）包覆，电子系统（2）的输出地线与铁磁套筒（12）相连，电子系统（2）板上放置外凸导体作为阳极（17），阳极（17）与电子系统（2）的输出阳极相连接。

9.根据权利要求7所述的一种基于震动机械能的自发电装置，其特征在于：所述电子系统（2）还包括传感器（18）和射频电路（19），传感器（18）和射频电路（19）与稳压电路（14）连接。