CN107492999B - 一种振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动发电装置，包括发电部和支撑部；发电部包括依次叠加固定的顶盖、上永磁体、缠绕有线圈的磁致伸缩体、下永磁体；支撑部包括弹性件和底座。使用时，向顶盖施加压力，使上永磁体、磁致伸缩体、线圈以及下永磁体一并向下运动，导致磁路长度发生改变，从而使线圈产生变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，在线圈内产生感应电动势，即电磁式发电；因按压顶盖时，下永磁体对底座挤压、并对底座产生敲击，使磁路闭合，同时产生的反作用力作用于磁致伸缩体，并根据逆磁致伸缩效应，在线圈内产生变化的磁场，进而产生感应电动势，即压磁式发电。该装置设计简单，且包括电磁式发电和压磁式发电两个产电过程，因此，提高了发电效率。

Description

一种振动发电装置

技术领域

本发明涉及发电领域，更具体地说，涉及一种振动发电装置。

背景技术

电能是一种常用动力源，尤其在夏季，随着各家用电设备的增多，电能的使用量不断飙升。电能的产生有多种，如依靠太阳能、风能、地热能等，但此类能源的利用均受到外界环境因素的影响，应用范围受限。因此，近些年，不受环境等因素影响的振动发电，逐渐成为研究的热点。

就现有技术而言，通过振动发电的装置主要有压电式、静电式、电磁式以及超磁致伸缩式四种。市面上振动发电装置的结构相对复杂，且体积较大，与现阶段装置微型化、无线化的设计理念相悖；且此类装置的工作频段较高，在振动较小的情况下不易识别，如踏步振动等，故应用范围受限，发电效率较低。

因此，如何简化振动发电装置，提高发电效率，是现阶段该领域亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种振动发电装置，该装置能够简化振动发电装置，提高发电效率，解决了现阶段该领域的难题。

一种振动发电装置，包括发电部和支撑部；

所述发电部包括依次叠加固定的顶盖、上永磁体、缠绕有线圈的磁致伸缩体、下永磁体，所述线圈用于收集电能；

所述支撑部包括弹性件和底座；所述弹性件套装在所述发电部外，且所述弹性件的一端与所述底座相固定，另一端与所述顶盖相连接、用于支撑所述发电部；当按压所述顶盖时，能够使所述下永磁体挤压并敲击所述底座。

优选的，所述的振动发电装置，还包括套筒和环座，所述套筒套装在所述弹性件外，且所述套筒的一端与所述底座相固定，另一端与所述环座相固定，且所述顶盖的顶部能够穿过所述环座。

优选的，所述的振动发电装置，所述套筒与所述底座为螺接。

优选的，所述的振动发电装置，所述套筒与所述环座为螺接。

优选的，所述的振动发电装置，当所述下永磁体挤压所述底座时，所述下永磁体能够与所述底座相贴合。

优选的，所述的振动发电装置，所述线圈与所述上永磁体之间设有绝缘层。

优选的，所述的振动发电装置，所述线圈与所述下永磁体之间设有绝缘层。

优选的，所述的振动发电装置，所述底座设有环槽，所述弹性件通过所述环槽与所述底座相固定。

优选的，所述的振动发电装置，所述线圈的材质为铜，或为铝，或为铜合金。

优选的，所述的振动发电装置，所述磁致伸缩体的材质为稀土超磁致伸缩材料。

本发明提出的振动发电装置，包括发电部和支撑部；所述发电部包括依次叠加固定的顶盖、上永磁体、缠绕有线圈的磁致伸缩体、下永磁体；所述支撑部包括弹性件和底座。使用时，向顶盖施加压力，使上永磁体、磁致伸缩体、线圈以及下永磁体一并向下运动，导致磁路长度发生改变，从而使线圈产生变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，在线圈内产生感应电动势，即电磁式发电；因按压顶盖时，下永磁体对底座挤压、并对底座产生敲击，使磁路闭合，同时产生的反作用力作用于磁致伸缩体，并根据逆磁致伸缩效应，在线圈内产生变化的磁场，进而产生感应电动势，即压磁式发电。该装置设计简单，在顶盖振动时即可发生上述过程；且振动时包括电磁式发电和压磁式发电两个产电过程，因此，大大提高了发电的效率，解决了现阶段该领域的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中振动发电装置的爆炸图。

图1中：

顶盖—1、上永磁体—2、线圈—3、磁致伸缩体—4、下永磁体—5、弹性件—6、底座—7、套筒—8、环座—9。

具体实施方式

本具体实施方式的核心在于提供一种振动发电装置，该装置能够简化振动发电装置，提高发电效率，解决了现阶段该领域的难题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

本具体实施方式提供的振动发电装置，主要包括发电部和支撑部。其中，发电部包括：顶盖1、上永磁体2、磁致伸缩体4、下永磁体5；且顶盖1、上永磁体2、磁致伸缩体4、下永磁体5为从上到下依次叠加固定的结构，且磁致伸缩体4上缠绕有用于收集电能的线圈3；实际设计时，顶盖1、底座7、套筒8、环座9可以选择磁导率较高的材料，如低碳钢等。支撑部可以包括弹性件6和底座7；其中，弹性件6套装在发电部外，如图1所示；弹性件6的一端与底座7相固定，另一端与顶盖1相连接、用于对发电部进行支撑，即通过与顶盖1相固定起到对发电部整体的支撑作用；该弹性件6可以为弹簧或者其他具备弹性且能够起到同等作用的构件。底座7亦可以选择磁导率高的低碳钢材质。具体请详见图1。

进一步，上述振动发电装置使用时，向顶盖1施加压力，使上永磁体2、磁致伸缩体4、线圈3以及下永磁体5一并向下运动，导致磁路长度发生改变，从而使线圈3产生变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，在线圈3内产生感应电动势，即电磁式发电；因按压顶盖1时，下永磁体5对底座挤压、并对底座产生敲击，使磁路闭合，同时产生的反作用力作用于磁致伸缩体4，并根据逆磁致伸缩效应，在线圈3内产生变化的磁场，进而产生感应电动势，即压磁式发电。该装置设计简单，在顶盖1振动时即可发生上述过程；且振动时包括电磁式发电和压磁式发电两个产电过程，因此，大大提高了发电的效率，解决了现阶段该领域的难题。

需要说明的是，上永磁体2和下永磁体5的充磁方式均为轴向充磁，且极性位置都是N-S、N-S，即N极在上、S极在下，为同向布置。

本具体实施方式提供的振动发电装置，还可以包括套筒8和环座9，该设计能够进一步对发电装置的内部结构进行保护。其中，套筒8套装在弹性件6外，且套筒8的一端与底座7相固定，另一端与环座9相固定，且顶盖1的顶部能够穿过环座9，以使顶盖1能够被下压。环座9用于衔接顶盖1与套筒8间的缝隙，以进一步对振动发电装置起到保护作用，同时能够避免顶盖1脱落。

本具体实施方式提供的振动发电装置，套筒8与底座7或环座9之间可以为焊接、螺接、卡接等方式相固定，在实际设计时，为了便于对振动发电装置的拆装、进而方便维护，可以选择螺接的方式将环座9、套筒8、底座7三者相固定。环座9和套筒8以选择磁导率高的材料制作为益，如低碳钢等。

本具体实施方式提供的振动发电装置，在按压顶盖1时，下永磁体5能够与底座7相互挤压、敲击使磁路闭合，从而使磁致伸缩体4在被压的作用下因逆磁致伸缩效应在线圈3内产生磁场增量，并根据法拉第电磁感应定律，将在线圈3内产生电动势，该过程即压磁发电。为了在下永磁体5与底座7挤压磁路闭合时，避免磁场分布出现局部磁饱和的现象、从而导致磁力降低，发电效率下降，可以在设计时使下永磁体5能够完全与所述底座7相贴合，如下永磁体5底部的面积与底座7能够接触的面积相同。

进一步，为了使上永磁体2和下永磁体5产生的磁场不对线圈3的电能收集造成影响，可以在线圈3的上端面和下端面均设置绝缘层，即上永磁体2与线圈3之间、以及下永磁体5与线圈3之间设置有绝缘层，该绝缘层可以为胶布，或者其他能够起到同等作用的绝缘材料。

本具体实施方式提供的振动发电装置，底座7与弹性件6之间可以为卡接、焊接或者其他的连接方式，为了进一步方便二者的拆装，可以在底座7上设置环槽，该环槽与弹性件6的底部相匹配，并通过环槽将弹性件6与底座7相固定。

本具体实施方式提供的振动发电装置，在实际的设计时，为了进一步提高发电效率，上永磁体2和下永磁体5可以选择磁能积大的材料来制作，如钕铁硼等材料。可以选择铜、铝、铝合金等材质来制作线圈3，以提高线圈3收集电能的效率。同时，为了使本装置的应用范围进一步扩大，可以选择响应频带在1-104赫兹的材料来制作磁致伸缩体4，以满足轻压顶盖1、即振动较小时本装置的正常工作，如踏步振动；此时，本装置可以安装于人流密集的广场、公园或其他人流密度大的地方，用于此类场所地板的铺设，以尽可能的将踏步振动转化为电能。

进一步，实际设计时，可以通过在套筒8上设置通孔的形式，将线圈3产生的电能与外界用电设备相连接，并将电能向外输送，以使本装置能够正常向外供电；或者将该通孔设置在底座等其他的位置。

本具体实施方式提供的振动发电装置，磁致伸缩体4的材质可以为稀土超磁致伸缩材料，如Terfenol-D棒。稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D的形变比一般磁性材料大，与压电材料和传统的磁致伸缩材料相比具有以下优点：饱和磁致伸缩应变大，能量密度高，磁机械耦合系数大，声速低。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种振动发电装置，其特征在于，包括发电部和支撑部；

所述发电部包括依次叠加固定的顶盖(1)、上永磁体(2)、缠绕有线圈(3)的磁致伸缩体(4)、下永磁体(5)，所述线圈(3)用于收集电能；

所述支撑部包括弹性件(6)和底座(7)；所述弹性件(6)套装在所述发电部外，且所述弹性件(6)的一端与所述底座(7)相固定，另一端与所述顶盖(1)相连接、用于支撑所述发电部；当按压所述顶盖(1)时，能够使所述下永磁体(5)挤压并敲击所述底座(7)。

2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，还包括套筒(8)和环座(9)，所述套筒(8)套装在所述弹性件(6)外，且所述套筒(8)的一端与所述底座(7)相固定，另一端与所述环座(9)相固定，且所述顶盖(1)的顶部能够穿过所述环座(9)。

3.根据权利要求2所述的振动发电装置，其特征在于，所述套筒(8)与所述底座(7)为螺接。

4.根据权利要求2所述的振动发电装置，其特征在于，所述套筒(8)与所述环座(9)为螺接。

5.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，当所述下永磁体(5)挤压所述底座(7)时，所述下永磁体(5)能够与所述底座(7)相贴合。

6.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述线圈(3)与所述上永磁体(2)之间设有绝缘层。

7.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述线圈(3)与所述下永磁体(5)之间设有绝缘层。

8.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述底座(7)设有环槽，所述弹性件(6)通过所述环槽与所述底座(7)相固定。

9.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述线圈(3)的材质为铜，或为铝，或为铜合金。

10.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述磁致伸缩体(4)的材质为稀土超磁致伸缩材料。