一种用于吸收振动能的发电装置的制作方法

本发明涉及能量采集技术领域，特别涉及一种用于吸收振动能的发电装置。

背景技术：

在生活中，振动几乎无处不在，人体的活动与走动、风致振动、交通工具运行过程中产生的振动等等。若能合理利用这些振动能，将其转化为可供生活中使用的电能，将带来可观的效益。

我国修建了形式各异大小不一的众多桥梁，桥梁在使用过程中总是不可避免地会产生振动。作为一种基础交通设施，大多桥梁使用的频次高，即桥梁振动发生的频次高；而由于桥梁本身体积庞大，因此具有潜在的巨大振动能。若能将桥梁的振动能收集起来，将带来很大的环境效益，并且可以将电能直接供给予桥梁上的用电设备如桥梁健康监测系统及照明系统使用，促进桥梁建筑的智能化发展。

技术实现要素：

为解决上述技术问题中的至少之一，有效收集振动能发电，本发明提供一种用于吸收振动能的发电装置，所采用的技术方案如下：

本发明所提供的用于吸收振动能的发电装置包括壳体、振动组件、弹性件和至少一个第二发电组件，所述壳体设置有内腔，所述振动组件设置在所述壳体中，所述振动组件包括质量块和第一活塞件，所述质量块与所述第一活塞件安装，所述弹性件设置在所述壳体中，所述弹性件对所述振动组件提供向上的弹性力，所述第二发电组件设置在所述壳体的侧壁，所述第二发电组件包括发电管、第二线圈、第二活塞件和第二磁铁，所述第二线圈设置在所述发电管的侧壁，所述发电管与所述壳体的内腔连通，所述第二磁铁与所述第二活塞件安装，所述第二活塞件在所述发电管中往复移动以使所述第二磁铁切割所述第二线圈，所述壳体的内腔、所述第一活塞件、所述发电管和所述第二活塞件构成压力腔，所述第一活塞件上下移动时所述压力腔所产生的气压变化使所述第二活塞件在所述发电管中实现往复移动。

本发明的某些实施例中，发电装置包括第一发电组件，所述第一发电组件设置在所述壳体中，所述第一发电组件包括第一磁铁和第一线圈，所述第一磁铁安装在所述振动组件上，所述振动组件上下移动以使所述第一磁铁切割所述第一线圈。

本发明的某些实施例中，所述壳体中设置有限位管，所述弹性件设置在所述限位管中。

本发明的某些实施例中，所述第一线圈设置在所述限位管的侧壁。

本发明的某些实施例中，所述第二磁铁与所述发电管的内壁不接触。

本发明的某些实施例中，发电装置包括整流稳压模块。

本发明的某些实施例中，发电装置包括蓄电模块。

本发明的某些实施例中，所述发电管的数量设置为多个，发电管的尺寸具有多种规格。

本发明的实施例至少具有以下有益效果：发电装置受到外界的振动激励时，振动组件振动改变壳体内腔的气压，以使第二活塞件带动第二磁铁往复移动，切割第二线圈，造成第二线圈的磁通量改变，从而产生感应电流，将振动能转换为电能。本发明可广泛应用于能量采集技术领域。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为发电装置的结构图；

图2为发电装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合图1至图2详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种用于吸收振动能的发电装置，发电装置可根据需要固定在不同的振动源上，例如固定在桥梁上，也可随身携带。发电装置包括壳体101、振动组件、弹性件104和至少一个第二发电组件，壳体101设置有内腔，内腔的形状设计为圆柱体或棱柱体，振动组件设置在壳体101中，弹性件104设置在壳体101中，弹性件104对振动组件提供向上的弹性力，第二发电组件设置在壳体101的侧壁。

具体地，振动组件包括质量块102和第一活塞件103，质量块102与第一活塞件103安装，质量块102设置在第一活塞件103的上侧或下侧。第一活塞件103采用硅胶材料，具有弹性和密封性。结合附图可知，弹性件104设置在壳体101内腔的底部，弹性件104设置为压缩弹簧，用于支撑振动组件和第一磁铁109。可以理解的是，替换设计为弹性件104设置在壳体101内腔的顶部，弹性件104设置为拉伸弹簧，用于吊起振动组件和第一磁铁109。

壳体101中设置有限位管108，弹性件104设置在限位管108中，用于防止弹性件104横向移动。结合附图可知，限位管108设置在壳体101内腔的底部。当然，可以理解的是，限位管108也可设置在壳体101内腔的顶部，视弹性件104的位置而定。

第二发电组件包括发电管105、第二线圈、第二活塞件106和第二磁铁107，第二线圈设置在发电管105的侧壁，具体地，第二线圈缠绕在发电管105的外侧。发电管105与壳体101的内腔连通，第二磁铁107与第二活塞件106安装，第二活塞件106在发电管105中往复移动以使第二磁铁107切割第二线圈。第二活塞件106采用硅胶材料，具有弹性和密封性。进一步地，第二磁铁107与发电管105的内壁不接触。

可以理解的是，通过改变第二线圈的线圈直径，可优化发电效果，通过提高第二线圈的线圈匝数，可提高发电装置产生的感应电动势，进而提高发电效益。

壳体101的内腔、第一活塞件103、发电管105和第二活塞件106构成压力腔，压力腔密封，第一活塞件103上下移动时压力腔所产生的气压变化使第二活塞件106在发电管105中实现往复移动。可以理解的是，将壳体101内腔的底面积尽可能做大可收集更多的振动能，尤其适用于具有较大安装底面积且蕴藏巨大振动能的振动源，例如桥梁。同时，设计壳体101的高度相对与地面直径或长边较小，可以减小空间占用率。

当发电装置应用于振动频率高的振动源时，壳体101内腔的底面积小于述发电管105的底面积之和，使得第二活塞件106在发电管105中的运动频率小于振动源的振动频率，起到了减频的作用。

当发电装置应用于振动频率较低的振动源时，例如桥梁的振动，壳体101内腔的底面积一般设置为发电管105底面积之和的数倍或数十倍或数百倍，根据壳体101的具体尺寸、发电管105的数量和振动源的振动模态特征合理确定，可提高发电管105中第二活塞件106运动时的速度。

发电管105的数量根据需要可以设置多个，发电管105的尺寸具有多种规格。例如：各发电管105的直径各不相同；或有些发电管105的直径相同，有些发电管105的直径不同。当然，可以理解的是，各发电管105也可设置为长度不同。发电装置基于壳体101内腔与发电管105的底面积的相对大小的优化设计，通过设置一个或多个底面积更小的发电管105，可以改变振动源输入发电装置的振动频率，使发电装置具有调频的功能，可收集更多振动能，解决了传统低频振动能不易收集的问题。

进一步地，为充分利用壳体101内的空间，提高发电量，发电装置包括第一发电组件，第一发电组件设置在壳体101中，第一发电组件包括第一磁铁109和第一线圈，第一磁铁109安装在振动组件上，振动组件上下移动以使第一磁铁109切割第一线圈，提高振动能的采集效率。例如，弹性件104设置为弹簧，第一磁铁109、第一线圈、振动组件和弹性件104构成弹簧振子系统，根据振动源的振动频率特征优化设计弹簧振子系统中各部件的尺寸，尽可能使弹簧振子系统在振动源的含能频带上产生较大幅度的振动。

可以理解的是，通过改变第一线圈的线圈直径，可优化发电效果，通过提高第一线圈的线圈匝数，可提高发电装置产生的感应电动势，进而提高发电效益。

具体地，若第一线圈设置在振动组件的上方，那么第一磁铁109应设置在振动组件的上侧。可以理解的是，若第一线圈设置在振动组件的下方，那么第一磁铁109应设置在振动组件的下侧。结合附图可知，一些示例中，第一线圈设置在限位管108的侧壁，具体地，第一线圈缠绕在限位管108的外表面。

第一磁铁109和第二磁铁107可选择磁性较强的铷磁铁，第一磁铁109和第二磁铁107的尺寸可以根据发电装置的尺寸和振动源振动模态特征来合理选择。

发电装置包括整流稳压模块，第一线圈通过导线与整流稳压模块连接，第二线圈通过导线与整流稳压模块连接。

发电装置包括蓄电模块，第一线圈通过导线与蓄电模块连接，第二线圈通过导线与蓄电模块连接。

发电装置设置有防磁材料，具体地，防磁材料设置在壳体101的内壁。

下面以一个具体的实施例详细描述根据本发明的内容，应注意的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

发电装置中设置有第一发电组件和第二发电组件，第一发电组件中，质量块102设置在第一活塞件103的上侧，第一磁铁109设置在第一活塞件103的下侧，弹性件104设置为压缩弹簧，第一线圈缠绕在限位管108的外侧，限位管108设置在壳体101内腔的底部。弹性件104未压缩状态下，第一磁铁109的底部表面与限位管108的上端面处于同一平面，以确保只要产生轻微振动，第一磁铁109即可切割第一线圈。

第二发电组件中，第二活塞件106的一个侧面与壳体101内腔的侧壁表面相切，第二磁铁107设置在第二活塞件106的另一个侧面上，第二磁铁107不与发电管105的内壁接触。第二磁铁107未切割第二线圈时，第二磁铁107与第二线圈之间临近的两个端面处于同一平面，以确保只要产生轻微振动，第二磁铁107即可切割第二线圈。

将发电装置固定在桥梁上，桥梁收到外荷载使桥面上下振动，发电装置受到来自桥面振动的外激励，第一发电组件中的振动组件上下移动，带动第一磁铁109进入和离开第一线圈，导致通过第一线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电流。当第一活塞件103向下移动时，壳体101内腔的空气被压缩，壳体101内腔的气压增大，压缩的空气推动第二发电组件中的第二活塞件106移动，第二活塞件106带动第二磁铁107移动，第二磁铁107进入第二线圈，造成通过第二线圈的磁通量发生变化，并产生感应电流。当第一活塞件103向上移动时，壳体101内腔的气压减小，在内外气压差产生的作用力下，外界空气推动第二活塞件106反向移动，第二磁铁107离开第二线圈，造成通过第二线圈的磁通量发生变化，并产生感应电流。

可以理解的是，通过合理设置壳体101和发电管105的尺寸，可改变第二活塞件106的移动速度，从而改变发电管105工作时的磁通量变化速率，优化发电效益，即第二活塞件106的往复运动频率可根据不同振动源的振动频率来设计，实现调频的功能。

在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。