CN107327379A - 一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种体积小、结构紧凑的发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置。振动发电装置包括基板电池，基板电池分别与无线充电座、振动发电装置连接；振动发电装置包括振动层，振动层包括多个蜂窝单元，蜂窝单元的六条边由两条振动发电体以及四条弹性变形体构成，振动发电体包括两条螺旋状的发电线圈相互盘旋形成的DNA式双螺旋结构；沿发电线圈的轴向、两条发电线圈之间设置多组发电单元；发电单元中的两个永磁体之间的初始间隙可以设置的很小，当间隙变化时，产生的感应电流很大，有效提高了发电效率。

Description

一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置

技术领域

本发明涉及车载无线充电技术领域，特别涉及一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置。

背景技术

为了方便手机充电，已经有新型的无线充电座，其原理是利用振动耦合原理将无线充电座上的电能传递给手机的蓄电池，但是无线充电座本身也需要连接电源，这也使得无线充电座的应用受到了限制。现有汽车上，大多数的手机充电设备是利用点烟器当做电源，或直接从发动机舱的蓄电池出引出电源线，将点烟器或电源线与无线充电座连接，对手机进行充电。但车内布线繁琐，且无线充电座布置位置会由于布线而受限，使用不方便；在现有技术中，已经有利用振动产生发电的装置，因此可以考虑利用汽车在行驶时其在垂向产生的振动当做能量来源，为无线手机充电座提供电能，这样可以减少车内部线，且无线充电座的位置不受限制，可随意布置，提高实用性。目前对手机进行充电的无线充电座的结构为平板式结构，为了减小占用车内空间，应该让振动发电装置尽量与无线充电座的结构相适应，也制作成平板式结构。

且目前的振动发电装置其发电效率也较低，主要是因为目前振动发电装置的原理是通过导体切割磁感线产生电流，而受到空间限制，导体的移动范围一般很小，因此发电效率很低。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种体积小、结构紧凑的发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，所述的振动发电装置包括基板电池，基板电池的上表面上设置无线充电座，基板电池的下表面与平板状的振动发电装置的上表面连接，振动发电装置的下表面与汽车车身构成可拆卸式连接；所述的基板电池通过导线分别与无线充电座、振动发电装置连接；

所述的振动发电装置包括水平设置的矩形上吸声板，上吸声板的下方设置与其平行且尺寸相适应的矩形下吸声板；上吸声板与下吸声板之间的区域中、沿上吸声板的长边等间隔设置多个相互平行的振动层，振动层与上吸声板所在的平面垂直，且与上吸声板的长边垂直；

所述的振动层包括多个六边形蜂窝单元相互连接形成的平面蜂窝状网格结构，蜂窝单元中六边形的六条边由两条沿竖直方向设置的振动发电体以及四条与竖直平面呈一定角度设置的弹性变形体构成，所述的平面蜂窝状网格结构中最上方一层蜂窝单元的上角点与上吸声板的下表面连接，最下方的一层蜂窝单元的下角点与下吸声板的上表面连接；所述蜂窝单元中与上吸声板、下吸声板连接的角点由沿上吸声板的长边方向设置的减振丝构成，所述蜂窝单元中其余角点由沿上吸声板的长边方向设置的导线构成；所述导线包括至少两个截面为扇形的导芯，相邻导芯之间设置绝缘衬垫；

所述振动发电体的端头与导线的外侧面连接，所述弹性变形体的端头与导线的外侧面或减振丝的外侧面连接；所述导线的两端分别与基板电池的正、负极连接；所述上吸声板的上表面与基板电池的下表面连接，所述下吸声板的下表面与汽车车身构成可拆卸式连接；

所述的振动发电体包括两条螺旋状的发电线圈相互盘旋形成的DNA式双螺旋结构；沿发电线圈的轴向、两条发电线圈之间设置多组发电单元，每组发电单元包括两个同轴设置的永磁体，永磁体的轴向与发电线圈的轴向垂直，两个永磁体的外端分别与一个发电线圈绝缘连接，两个永磁体的内端相互靠近并留有一定的间隙，两个永磁体内端的极性相互反向设置；两个永磁体的内端套在导向套内，使永磁体的内端可沿导向套的轴向方向滑动；一个发电单元中的两条发电线圈各自的端头分别与导线中不同的导芯的外侧面连接。

优选的，所述的蜂窝状网格结构中，位于最上方的一层蜂窝单元的上方设置一层上菱形单元，上菱形单元中上、下顶点之间的连线与水平面垂直，左、右顶点之间的连线与水平面平行；上菱形单元中靠下方的两条边由最靠近上菱形单元的一层蜂窝单元中、靠上方的两条斜边构成，上菱形单元中的下顶点由最靠近上菱形单元的一层蜂窝单元中、最上方的一个角点构成；所述上菱形单元中的四条边均为弹性变形体，上菱形单元的下顶点处设置导线，剩余3个顶点处设置减振丝；

所述的蜂窝状网格结构中，最下方的一层蜂窝单元的下方设置下菱形单元，下菱形单元与上菱形单元相对于上吸声板、下吸声板之间的中间水平面呈对称式分布结构，所述下菱形单元的下顶点与下吸声板的上表面连接。

优选的，所述的蜂窝单元中，相邻振动发电体与弹性变形体之间夹角为125.5°，相邻弹性变形体之间夹角为109°；所述上菱形单元、下菱形单元中的钝角为109°，锐角为71°。

优选的，所述的弹性变形体、减振丝由橡胶材料或带有弹性的复合材料制作而成。

优选的，所述蜂窝单元的六条边均由振动发电体构成；所述的上菱形单元中靠下方的两条边由振动发电体构成，靠上方的两条边由弹性变形体构成，上菱形单元的上顶点由减振丝构成，其余3个顶点由导线构成；上菱形单元中左、右顶点处的导线是由两个等截面的导芯以及一个截面为扇形的绝缘芯构成；所述的蜂窝单元与上菱形单元共用的导线以及蜂窝单元中其余角点处设置的导线是由6个等截面的导芯构成，相邻导芯之间设置绝缘衬垫。

优选的，所述无线充电座的上表面设置凹槽，凹槽的侧面及底面分别铺设吸声防滑垫。

本发明的有益效果在于：振动发电体实现了振动发电功能，弹性变形体实现了缓冲振动功能，弹性变形体与竖直平面呈一定角度倾斜设置，多个蜂窝单元形成的平面蜂窝状网格结构代替传统的螺旋弹簧，有效减小了振动发电装置的轴向尺寸；振动发电体、弹性变形体相互连接，相互之间不需要设置多余间隙，进一步减小了振动发电装置的径向尺寸；振动发电体由两条螺旋状的发电线圈，以及两条发电线圈之间设置的多个发电单元构成，发电单元位于发电线圈之间，结构紧凑，进一步减小振动发电体3的体积，振动时发电线圈切割两个永磁体之间形成的磁感线，同时两个永磁体之间的强度也发生变化，发电单元的发电效率较高；发电单元中的永磁体与振动方向垂直设置，有效减小振动发电装置厚度；发电单元中的两个永磁体之间的初始间隙可以设置的很小，当间隙变化时，产生的感应电流很大，有效提高了发电效率。

附图说明

图1为振动发电装置结构正视图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为图2中放大视图I；

图4为一种优选方案的振动层结构示意图；

图5为图4中放大视图II；

图6为另一种优选方案的振动层结构示意图；

图7为图6中放大视图III；

图8为图6中放大视图IV；

图9为蜂窝单元结构轴侧示意图；

图10为振动发电体结构示意图；

图11为振动时两条永磁体相互远离示意图；

图12为振动时两条永磁体相互靠近示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示的一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，包括基板电池001，基板电池001可以是一个整块的锂电池板，也可以是多个矩形锂电池单元拼接成的平板式结构，也可以是多个胶囊形充电电池相互外侧面接触、平行排列形成的平板式结构，基板电池001的上表面设置无线充电座002，基板电池001与无线充电座002可以是卡扣连接或粘接连接，也可以是螺栓连接，无线充电座002的上表面设置凹槽，凹槽内放置手机，为了减少手机在凹槽内振动受损或发出噪声，所述凹槽的侧面及底面分别铺设吸声防滑垫，吸声防滑垫可以是橡胶材料或塑料材料制作而成。

所述基板电池001的下表面与平板状的振动发电装置003的上表面连接，可以是粘接，也可以是卡扣连接或其他方式连接，振动发电装置003的下表面与汽车车身构成可拆卸式连接；可以是卡扣连接，也可以是螺栓连接，也可以是其他方式的可拆卸式连接；基板电池001的正极、负极各自通过导线分别与无线充电座002、振动发电装置003连接。

所述的振动发电装置003包括水平设置的矩形上吸声板8，上吸声板8的下方设置与其平行且尺寸相适应的矩形下吸声板9；上吸声板8与下吸声板9之间的区域中、沿上吸声板8的长边等间隔设置多个相互平行的振动层1，所述的振动层1与上吸声板8所在的平面垂直，且与上吸声板8的长边垂直；所述的上吸声板8、下吸声板9可以是具有蜂窝状吸声结构的夹层板，也可以是复合塑料材料制作而成的具有吸声效果的塑料板。

所述的振动层1包括多个六边形蜂窝单元2相互连接形成的平面蜂窝状网格结构，蜂窝单元2中六边形的六条边由两条沿竖直方向设置的振动发电体3以及四条与竖直平面呈一定角度设置的弹性变形体4构成，即振动发电体3构成蜂窝单元2中的两条竖边，弹性变形体4构成蜂窝单元2中的四条斜边；所述的弹性变形体4是由橡胶材料或带有弹性的复合材料制作而成的棒状结构。所述的平面蜂窝状网格结构中最上方一层蜂窝单元2的上角点与上吸声板8的下表面连接，最下方的一层蜂窝单元2的下角点与下吸声板9的上表面连接；如图9所示的，所述蜂窝单元2中与上吸声板8、下吸声板9连接的角点由沿上吸声板8的长边方向设置的减振丝61构成，所述蜂窝单元2中其余角点由沿上吸声板8的长边方向设置的导线5构成；所述导线5包括至少两个截面为扇形的导芯51，相邻导芯51之间设置绝缘衬垫53；

所述振动发电体3的端头与导线5的外侧面连接，所述弹性变形体4的端头与导线5的外侧面或减振丝61的外侧面连接；如图3所示的，所述的导线5是由1个截面为扇形的导芯51以及1个截面为扇形的绝缘芯52组合而成，导芯51与绝缘芯52的横截面积之比为1∶2；由于振动发电体3负责发电，弹性变形体4负责缓冲振动，因此对导线5的截面进行合理划分并使用不同材料，可以有效提高材料利用率，绝缘芯52采用橡胶或其他具有弹性的复合材料可以进一步增加振动层1的缓冲效果，同时减小导线5的重量。

所述导线5的两端分别与基板电池001的正、负极连接；所述上吸声板8的上表面与基板电池001的下表面连接，所述下吸声板9的下表面与汽车车身构成可拆卸式连接。

为了使蜂窝单元2、上菱形单元6、下菱形单元7形成的平面网格状结构具有更好的抗压性，更好的实施方式是：所述的蜂窝单元2中，相邻振动发电体3与弹性变形体4之间夹角为125.5°，相邻弹性变形体4之间夹角为109°；所述上菱形单元6、下菱形单元7中的钝角为109°，锐角为71°。

如图10-图11所示的，所述的振动发电体3包括两条螺旋状的发电线圈31相互盘旋形成的DNA式双螺旋结构；沿发电线圈31的轴向、两条发电线圈31之间设置多组发电单元，每组发电单元包括两个同轴设置的永磁体32，永磁体32的轴向与发电线圈31的轴向垂直，两个永磁体32的外端分别与一个发电线圈31绝缘连接，永磁体32与发电线圈31之间可以使用绝缘胶水粘接，也可以是在发电线圈31的侧面设置橡胶卡槽，将永磁体32的一端***卡槽内；两个永磁体32的内端相互靠近并留有一定的间隙，两个永磁体32内端的极性相互反向设置；两个永磁体32的内端套在导向套33内，使永磁体32的内端可沿导向套33的轴向方向滑动；

发电时，两条发电线圈31的旋向相反，使两条发电线圈31产生的电流流向相反，因此一个发电单元中的两条发电线圈31各自的端头分别与导线5中不同的导芯51的外侧面连接。

由于振动发电装置的体积较传统的振动发电结构体积更小，尤其是发电单元结构较为复杂，因此可以采用多喷头式3D分层打印技术生成振动发电装置，将振动发电装置模型建立好后在软件中分层，然后使用不同喷头分别在每层模型中喷出不同材料，最后将多层层叠并粘接在一起，既可以制作出上述振动发电装置的结构。

振动发电装置的工作原理为：汽车行驶时产生的垂向振动通过车身传递给下吸声板9使下吸声板9振动，此时振动层1受到垂向方向的往复力的作用，使蜂窝单元2变形，即振动发电体3沿竖直方向伸缩，同时弹性变形体4绕导体5或减振丝61旋转一定角度，即多个蜂窝单元2组成的蜂窝状网格沿竖直方向其整体形状被拉伸或压缩。

如图11-图12所示的，当振动发电体3因受力而使其沿竖直方向的长度发生变化时，振动发电体3中的发电线圈31的长度也发生变化，由于发电线圈31在空间中是螺旋状，因此其螺旋弧线形状也发生了变化，即发电线圈的轴向长度变短，而径向尺寸变大，则两个永磁体32之间的间隙由小变大，即发电线圈31内存在的磁场的磁隙发生了变化，根据电磁感应原理可知发电线圈31上会产生感应电流，实现了振动发电；同理当振动发电体3回复原状时，两个永磁体32之间的间隙由大变小，同样会在发电线圈31上产生感应电流；两个永磁体32之间的初始间隙可以设置的很小，这样当间隙变化时，产生的感应电流很大，有效提高了发电效率。

发电单元发电的同时，弹性变形体4绕导体5或减振丝61旋转，由于弹性变形体4是由橡胶或其他具有弹性的复合材料制作而成，其在旋转过程中发生了变形，因此吸收了能量，实现了弹簧的功能。

蜂窝单元2中的振动发电体3实现了振动发电功能，弹性变形体4实现了缓冲振动功能，弹性变形体4与竖直平面呈一定角度倾斜设置，代替传统的螺旋弹簧，有效减小了振动发电装置的轴向尺寸，振动发电体3、弹性变形体4相互连接，不需要设置多余间隙，进一步减小了振动发电装置的径向尺寸；发电单元中的永磁体32相对于发电单元的振动方向垂直设置，可以有效减小振动发电装置厚度。振动发电体3中的永磁体32与发电线圈31连接结构紧凑，使振动发电体3的体积较小，多个蜂窝单元构成的平面蜂窝状网格结构在竖直方向的伸缩性良好，且具有较强的结构稳定性，使振动层1保持一定的刚度从而有效缓冲振动；振动层1中可以仅铺设1层蜂窝单元2，也可以根据需要铺设多层蜂窝单元2形成蜂窝网格状结构。

当汽车经过碎石路面或沟坎时，其垂向振幅较大，为了更好的保护振动发电装置，如图4-图5所示的，更好的实施方式是：所述的蜂窝状网格结构中，位于最上方的一层蜂窝单元2的上方设置一层上菱形单元6，上菱形单元6中上、下顶点之间的连线与水平面垂直，左、右顶点之间的连线与水平面平行；上菱形单元6中靠下方的两条边由最靠近上菱形单元6的一层蜂窝单元2中、靠上方的两条斜边构成，上菱形单元6中的下顶点由最靠近上菱形单元6的一层蜂窝单元2中、最上方的一个角点构成；所述上菱形单元6中的四条边均为弹性变形体4，上菱形单元6的下顶点处设置导线5，剩余3个顶点处设置减振丝61，减振丝61与上吸声板8的长边平行设置；减振丝61由橡胶材料或具有弹性的复合材料制作而成；所述的蜂窝状网格结构中，最下方的一层蜂窝单元2的下方设置下菱形单元7，下菱形单元7与上菱形单元6相对于上吸声板8、下吸声板9之间的中间水平面呈对称式分布结构，所述下菱形单元7的下顶点与下吸声板9的上表面连接。

上菱形单元6、下菱形单元7的菱形结构使两者沿竖直方向变形时的变形幅度较大，且上菱形单元6、下菱形单元7各自的四条边均为弹性变形体4，大大增强了振动层1变形时的缓冲能力，即增大了振动层1的垂向刚度。

如果汽车经常行驶在良好路面上，或者其悬架具有很好的缓冲减振性能，则振动发电装置可以减少弹性变形体4的数量，同时增加振动发电体3以提高发电效率，如图6-图8所示的，更好的实施方式是：所述蜂窝单元2的六条边均由振动发电体3构成；所述的上菱形单元6中靠下方的两条边由振动发电体3构成，靠上方的两条边由弹性变形体4构成，上菱形单元6的上顶点由减振丝61构成，其余3个顶点由导线5构成；上菱形单元6中左、右顶点处的导线5是由两个等截面的导芯51以及一个截面为扇形的绝缘芯52构成；所述的蜂窝单元2与上菱形单元6共用的导线5以及蜂窝单元2中其余角点处设置的导线5是由6个等截面的导芯51构成，相邻导芯51之间设置绝缘衬垫53。蜂窝单元2中的每条边均具有发电功能，可以极大提高发电效率。

Claims (6)

1.一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，所述的振动发电装置包括基板电池(001)，基板电池(001)的上表面上设置无线充电座(002)，基板电池(001)的下表面与平板状的振动发电装置(003)的上表面连接，振动发电装置(003)的下表面与汽车车身构成可拆卸式连接；所述的基板电池(001)通过导线分别与无线充电座(002)、振动发电装置(003)连接；

其特征在于：所述的振动发电装置(003)包括水平设置的矩形上吸声板(8)，上吸声板(8)的下方设置与其平行且尺寸相适应的矩形下吸声板(9)；上吸声板(8)与下吸声板(9)之间的区域中、沿上吸声板(8)的长边等间隔设置多个相互平行的振动层(1)，振动层(1)与上吸声板(8)所在的平面垂直，且与上吸声板(8)的长边垂直；

所述的振动层(1)包括多个六边形蜂窝单元(2)相互连接形成的平面蜂窝状网格结构，蜂窝单元(2)中六边形的六条边由两条沿竖直方向设置的振动发电体(3)以及四条与竖直平面呈一定角度设置的弹性变形体(4)构成，所述的平面蜂窝状网格结构中最上方一层蜂窝单元(2)的上角点与上吸声板(8)的下表面连接，最下方的一层蜂窝单元(2)的下角点与下吸声板(9)的上表面连接；所述蜂窝单元(2)中与上吸声板(8)、下吸声板(9)连接的角点由沿上吸声板(8)的长边方向设置的减振丝(61)构成，所述蜂窝单元(2)中其余角点由沿上吸声板(8)的长边方向设置的导线(5)构成，所述导线(5)包括至少两个截面为扇形的导芯(51)，相邻导芯(51)之间设置绝缘衬垫(53)；

所述振动发电体(3)的端头与导线(5)的外侧面连接，所述弹性变形体(4)的端头与导线(5)的外侧面或减振丝(61)的外侧面连接；所述导线(5)的两端分别与基板电池(001)的正、负极连接；所述上吸声板(8)的上表面与基板电池(001)的下表面连接，所述下吸声板(9)的下表面与汽车车身构成可拆卸式连接；

所述的振动发电体(3)包括两条螺旋状的发电线圈(31)相互盘旋形成的DNA式双螺旋结构；沿发电线圈(31)的轴向、两条发电线圈(31)之间设置多组发电单元，每组发电单元包括两个同轴设置的永磁体(32)，永磁体(32)的轴向与发电线圈(31)的轴向垂直，两个永磁体(32)的外端分别与一个发电线圈(31)绝缘连接，两个永磁体(32)的内端相互靠近并留有一定的间隙，两个永磁体(32)内端的极性相互反向设置；两个永磁体(32)的内端套在导向套(33)内，使永磁体(32)的内端可沿导向套(33)的轴向方向滑动；一个发电单元中的两条发电线圈(31)各自的端头分别与导线(5)中不同的导芯(51)的外侧面连接。

2.根据权利要求1所述的一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，其特征在于：所述的蜂窝状网格结构中，位于最上方的一层蜂窝单元(2)的上方设置一层上菱形单元(6)，上菱形单元(6)中上、下顶点之间的连线与水平面垂直，左、右顶点之间的连线与水平面平行；上菱形单元(6)中靠下方的两条边由最靠近上菱形单元(6)的一层蜂窝单元(2)中、靠上方的两条斜边构成，上菱形单元(6)中的下顶点由最靠近上菱形单元(6)的一层蜂窝单元(2)中、最上方的一个角点构成；所述上菱形单元(6)中的四条边均为弹性变形体(4)，上菱形单元(6)的下顶点处设置导线(5)，剩余3个顶点处设置减振丝(61)；

所述的蜂窝状网格结构中，最下方的一层蜂窝单元(2)的下方设置下菱形单元(7)，下菱形单元(7)与上菱形单元(6)相对于上吸声板(8)、下吸声板(9)之间的中间水平面呈对称式分布结构，所述下菱形单元(7)的下顶点与下吸声板(9)的上表面连接。

3.根据权利要求2所述的一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，其特征在于：所述的蜂窝单元(2)中，相邻振动发电体(3)与弹性变形体(4)之间夹角为125.5°，相邻弹性变形体(4)之间夹角为109°；所述上菱形单元(6)、下菱形单元(7)中的钝角为109°，锐角为71°。

4.根据权利要求2所述的一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，其特征在于：所述的弹性变形体(4)、减振丝(61)由橡胶材料或带有弹性的复合材料制作而成。

5.根据权利要求2所述的一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，其特征在于：所述蜂窝单元(2)的六条边均由振动发电体(3)构成；所述的上菱形单元(6)中靠下方的两条边由振动发电体(3)构成，靠上方的两条边由弹性变形体(4)构成，上菱形单元(6)的上顶点由减振丝(61)构成，其余3个顶点由导线(5)构成；上菱形单元(6)中左、右顶点处的导线(5)是由两个等截面的导芯(51)以及一个截面为扇形的绝缘芯(52)构成；所述的蜂窝单元(2)与上菱形单元(6)共用的导线(5)以及蜂窝单元(2)中其余角点处设置的导线(5)是由6个等截面的导芯(51)构成，相邻导芯(51)之间设置绝缘衬垫(53)。

6.根据权利要求1所述的一种发电效率高的用于电动汽车的振动发电装置，其特征在于：所述无线充电座(002)的上表面设置凹槽，凹槽的侧面及底面分别铺设吸声防滑垫。