CN201323522Y - 振动发电机 - Google Patents
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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
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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