專利名稱：基于火車振動能量回收的手機(jī)充電用發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種回收振動能量的微小型發(fā)電機(jī)，用于手機(jī)等便攜式微功率電子產(chǎn)品實(shí)時充電。
背景技術(shù)：
手機(jī)已成為現(xiàn)代生活不可或缺的便攜式通訊工具，人們在享受手機(jī)所帶來通訊便利的同時，通常也還需面對電池能量耗盡所帶來的無奈，尤其是在長途旅行的火車上。雖然現(xiàn)代的火車車廂都備有220V的電源插座，但為了行車安全、避免用電不當(dāng)引發(fā)火災(zāi)，這些電源插座實(shí)際中并不供電。因此，長途旅客經(jīng)常受會面臨手機(jī)無電的困擾，而便攜式微小型發(fā)電裝置可有效解決這一問題。目前，基于電磁、靜電、熱電、電容、壓電、太陽能等原理的微小型發(fā)電裝置的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外的前沿?zé)狳c(diǎn)，各類微型發(fā)電裝置都有其自身的優(yōu)勢和適用領(lǐng)域，壓電發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、易于制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化與集成化等， 故適用范圍更廣，現(xiàn)已逐步用于傳感器、健康監(jiān)測及無線發(fā)射系統(tǒng)等領(lǐng)域。壓電發(fā)電裝置主要是用于振動能量回收進(jìn)行發(fā)電，目前國內(nèi)外均有較多這方面的專利申請。早期的壓電發(fā)電裝置多為單體的懸臂梁和圓形壓電振子，為增加發(fā)電裝置有效頻帶寬度、或?qū)崿F(xiàn)不同振動方向的能量收集，現(xiàn)已出現(xiàn)了多個壓電振子構(gòu)成的發(fā)電裝置，如中國專利200810106046. 6提出一種不同長度懸臂梁壓電振子構(gòu)成的寬頻帶壓電發(fā)電機(jī)，中國發(fā)明專利201010601354. 3提出一種多個懸臂梁壓電振子構(gòu)成的蒲公英式發(fā)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)“縱向振動和一個水平方向的振動能量回收”，等等。但由于彎曲型壓電振子可發(fā)生變形方向的單一性，上述采用多個壓電振子組合的方法也僅能實(shí)現(xiàn)一個或兩個方向的振動能量回收，振動環(huán)境的適應(yīng)性較差，嚴(yán)重地制約了壓電發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用。眾所周知，火車行進(jìn)中其車廂受到多種振源激勵，如鐵軌銜接引起的縱向振動、速度變化引起的前后振動、彎道引起的側(cè)向擺動等等，且上述振源存在相互作用的耦合效應(yīng)，因此火車車廂振動具有時變的多方向性，利用現(xiàn)有單一自由度或兩個自由度的振動發(fā)電裝置不能有效地回收能量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種基于火車振動能量回收的手機(jī)充電用發(fā)電裝置，以解決現(xiàn)有振動式壓電發(fā)電裝置自由度單一、振動方向適應(yīng)性差等弊端，可用于長途旅行中手機(jī)充電。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是上蓋、殼體及底座間通過螺釘連接，在所述上蓋和殼體之間裝夾有壓電振子一，在所述殼體和底座之間裝夾有壓電振子二，在所述的上蓋上裝有球銷套，所述球銷套內(nèi)裝有球銷，球銷上安裝有螺桿，螺桿上依次套裝有彈簧一、慣性塊和彈簧二，所述慣性塊上安裝有環(huán)形磁鐵，所述壓電振子由金屬基板與壓電晶片粘接而成，壓電振子的自由端安裝有磁鐵，所述壓電振子端部的磁鐵與慣性塊上的環(huán)形磁鐵的同性磁極靠近安裝，所述壓電振子的金屬基板和壓電晶片通過導(dǎo)線與控制電路相連接。在本實(shí)用新型中，球銷可在球銷套內(nèi)作任意方向的擺動、慣性塊帶動環(huán)形磁鐵可沿螺桿滑動。在自然狀態(tài)下，慣性塊在彈簧力以及磁鐵之間排斥力的作用下處于平衡位置，壓電振子端部的磁鐵和慣性塊上的環(huán)形磁鐵之間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)發(fā)電裝置受外界任一方向振動時，慣性塊及慣性塊上的磁鐵的位置發(fā)生變化，致使壓電振子上的磁鐵與慣性塊上的磁鐵之間的的距離及排斥力發(fā)生變化，從而使壓電振子受力狀態(tài)發(fā)生變化、并產(chǎn)生彎曲變形，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。本實(shí)用新型的優(yōu)勢在于利用球銷帶動可滑動磁鐵的方法激勵懸臂梁壓電振子，可實(shí)現(xiàn)任意方向、低頻及大振幅的振動能量回收。

圖I是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中發(fā)電裝置處于自然靜止?fàn)顟B(tài)下的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2是圖I的A-A剖面示意圖；圖3是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中金屬基板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中發(fā)電裝置上下振動時的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖5是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中發(fā)電裝置水平方向振動時的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2、圖3所示，上蓋I、殼體8及底座14間通過螺釘連接，在所述上蓋I和殼體8之間裝夾有壓電振子一 7，在所述殼體8和底座14之間裝夾有壓電振子二 9 ;在所述的上蓋I上裝有球銷套2，所述球銷套2內(nèi)裝有球銷3，球銷3上安裝有螺桿4，螺桿4上依次裝有彈簧一 5、慣性塊12和彈簧二 11 ;所述慣性塊12上安裝有環(huán)形磁鐵13 ;所述壓電振子一 7由金屬基板7-1上的懸臂梁7-1-1與壓電晶片7-2及晶片7-3粘接而成，所述壓電晶片7-2與壓電晶片7-3通過導(dǎo)線15連接；所述壓電振子9由金屬基板9-1上的懸臂梁9-1-1與壓電晶片9-2及晶片9-3粘接而成，所述壓電晶片9-2與壓電晶片9_3通過導(dǎo)線16連接；所述壓電振子一 7的自由端安裝有磁鐵一 6，壓電振子二 9的自由端安裝有磁鐵二10，所述磁鐵一 6、磁鐵二 10與環(huán)形磁鐵13的同性磁極靠近安裝；所述壓電振子一 7和壓電振子二 9分別通過導(dǎo)線組17和導(dǎo)線組18與能量轉(zhuǎn)換與控制電路19相連接；該能量轉(zhuǎn)換與控制電路19為目前現(xiàn)有技術(shù)。在本實(shí)用新型中，球銷3可在球銷套2內(nèi)作任意方向的擺動、慣性塊12和環(huán)形磁鐵13可沿螺桿4滑動。在自然狀態(tài)下，慣性塊12、彈簧二 11、以及磁鐵之間排斥力的作用下處于平衡位置，磁鐵一 6、磁鐵二 10及環(huán)形磁鐵13之間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)發(fā)電裝置受外界任一方向振動時，慣性塊12及環(huán)形磁鐵13的位置發(fā)生變化，環(huán)形磁鐵13與磁鐵6一及磁鐵二 10之間的距離及排斥力發(fā)生變化，從而使壓電振子受力狀態(tài)發(fā)生變化、并產(chǎn)生彎曲變形，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能；所生成的電能經(jīng)控制電路19的轉(zhuǎn)換處理后即可用于收集充電。如圖4所示，發(fā)電裝置作單純的上下往復(fù)振動時，壓電振子一 7和壓電振子二 9因受自由端磁鐵一 6和磁鐵二 10的慣性力作用而上下振動；與此同時，慣性塊12及環(huán)形磁鐵13也沿螺桿4上下滑動，彈簧一 5壓縮、彈簧二 11伸長，致使環(huán)形磁鐵13與磁鐵一 6和磁鐵二 10之間距離及相互排斥力發(fā)生變化，進(jìn)而加劇壓電振子的振動幅度。如圖5所示，發(fā)電裝置作任意水平方向的往復(fù)振動時，慣性塊12、環(huán)形磁鐵13將通過螺桿4帶動球銷3轉(zhuǎn)動，從而使慣性塊12上的環(huán)形磁鐵13與壓電振子端部磁鐵之間的距離及相互排斥力發(fā)生變化在圖5中，環(huán)形磁鐵13與磁鐵一 6及磁鐵二In之間的距離減小、排斥力增加，致使壓電振子一 7向上彎曲、壓電振子二向下彎曲 ；同
時，環(huán)形磁鐵13與磁鐵一6'及磁鐵二 10之間的距離增加、排斥力減小，壓電振子一71 口壓電振子二 9在其自身彈性力的作用下分別向下和向上彎曲。
權(quán)利要求1.一種基于火車振動能量回收的手機(jī)充電用發(fā)電裝置，其特征在于上蓋、殼體及底座間通過螺釘連接，在所述上蓋和殼體之間裝夾有壓電振子一，在所述殼體和底座之間裝夾有壓電振子二，在所述的上蓋上裝有球銷套，所述球銷套內(nèi)裝有球銷，球銷上安裝有螺桿，螺桿上依次套裝有彈簧一、慣性塊和彈簧二，所述慣性塊上安裝有環(huán)形磁鐵，所述壓電振子由金屬基板與壓電晶片粘接而成，壓電振子的自由端安裝有磁鐵，所述壓電振子端部的磁鐵與慣性塊上的環(huán)形磁鐵的同性磁極靠近安裝，所述壓電振子的金屬基板和壓電晶片通過導(dǎo)線與控制電路相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于火車振動能量回收的手機(jī)充電用發(fā)電裝置，屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。上蓋、殼體及底座間通過螺釘連接，在所述上蓋和殼體之間裝夾有壓電振子一，在所述殼體和底座之間裝夾有壓電振子二，在所述的上蓋上裝有球銷套，所述球銷套內(nèi)裝有球銷，球銷上安裝有螺桿，螺桿上依次套裝有彈簧一、慣性塊和彈簧二，所述慣性塊上安裝有環(huán)形磁鐵，壓電振子的自由端安裝有磁鐵，所述壓電振子端部的磁鐵與慣性塊上的環(huán)形磁鐵的同性磁極靠近安裝。優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)任意方向、低頻及大振幅的振動能量回收。
文檔編號H02N2/18GK202524324SQ201220127020
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者曾平, 李熹平, 王淑云, 程光明, 闞君武 申請人:浙江師范大學(xué)