本發(fā)明涉及車載無線充電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于車載無線充電座的振動發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

為了方便手機充電，已經(jīng)有新型的無線充電座，其原理是利用振動耦合原理將無線充電座上的電能傳遞給手機的蓄電池，但是無線充電座本身也需要連接電源，這也使得無線充電座的應(yīng)用受到了限制。現(xiàn)有汽車上，大多數(shù)的手機充電設(shè)備是利用點煙器當(dāng)做電源，或直接從發(fā)動機艙的蓄電池出引出電源線，將點煙器或電源線與無線充電座連接，對手機進行充電。但車內(nèi)布線繁瑣，且無線充電座布置位置會由于布線而受限，使用不方便；在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)有利用振動產(chǎn)生發(fā)電的裝置，因此可以考慮利用汽車在行駛時其在垂向產(chǎn)生的振動當(dāng)做能量來源，為無線手機充電座提供電能，這樣可以減少車內(nèi)部線，且無線充電座的位置不受限制，可隨意布置，提高實用性。目前對手機進行充電的無線充電座的結(jié)構(gòu)為平板式結(jié)構(gòu)，為了減小占用車內(nèi)空間，應(yīng)該讓振動發(fā)電裝置盡量與無線充電座的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，也制作成平板式結(jié)構(gòu)。

由于車內(nèi)空間有限，而現(xiàn)有的振動發(fā)電裝置體積較大，難以直接用于車內(nèi)，這是因為振動發(fā)電裝置的原理是利用磁體在螺旋式發(fā)電線圈內(nèi)的往復(fù)振動發(fā)電，為了防止軸向振動振幅過大，同時使永磁體往復(fù)運動更持久、運動幅度更均勻，發(fā)電線圈旁需要并聯(lián)設(shè)置彈簧，以緩和振動，現(xiàn)有的彈簧多為螺旋彈簧，螺旋彈簧的軸向尺寸往往較大，使得振動發(fā)電裝置的軸向尺寸較大，且現(xiàn)有的振動發(fā)電裝置中，發(fā)電線圈、永磁體、彈簧都是分體式設(shè)計，相互之間需要留有足夠的間隙，使振動發(fā)電裝置的徑向尺寸也較大。如專利cn201510752493.9中所述的一種公路減速帶振動發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電結(jié)構(gòu)，包括套筒，套筒底端與固定板上端面連接，其外側(cè)繞發(fā)電線圈；永磁體上端與第一殼板下表面連接，其下端伸入套筒內(nèi)；固定板上端、套筒內(nèi)側(cè)位置裝有永磁體，振動彈簧一端與第一殼板下表面連接，另一端與固定板上表面連接。為了讓發(fā)電線圈和永磁體之間具有相互運動，需要讓發(fā)電線圈與永磁體之間具有一定間隙，使該發(fā)電結(jié)構(gòu)徑向尺寸較大，而永磁體為棒狀結(jié)構(gòu)，其長度方向與振動方向相同，使該發(fā)電結(jié)構(gòu)的軸向尺寸也較大，無法直接作為車內(nèi)無線充電座的電源使用。

基于上述考慮，需要重新設(shè)計一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的振動發(fā)電裝置，且該振動發(fā)電裝置在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該盡量制作成平板式，并使平板式結(jié)構(gòu)的厚度盡量小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明目的是提供一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的用于車載無線充電座的振動發(fā)電裝置。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于車載無線充電座的振動發(fā)電裝置，所述的振動發(fā)電裝置包括基板電池，基板電池的上表面上設(shè)置無線充電座，基板電池的下表面與平板狀的振動發(fā)電裝置的上表面連接，振動發(fā)電裝置的下表面與汽車車身構(gòu)成可拆卸式連接；所述的基板電池通過導(dǎo)線分別與無線充電座、振動發(fā)電裝置連接；

所述的振動發(fā)電裝置包括水平設(shè)置的矩形上吸聲板，上吸聲板的下方設(shè)置與其平行且尺寸相適應(yīng)的矩形下吸聲板；上吸聲板與下吸聲板之間的區(qū)域中、沿上吸聲板的長邊等間隔設(shè)置多個相互平行的振動層，振動層與上吸聲板所在的平面垂直，且與上吸聲板的長邊垂直；

所述的振動層包括多個六邊形蜂窩單元相互連接形成的平面蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，蜂窩單元中六邊形的六條邊由兩條沿豎直方向設(shè)置的振動發(fā)電體以及四條與豎直平面呈一定角度設(shè)置的彈性變形體構(gòu)成，所述的平面蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中最上方一層蜂窩單元的上角點與上吸聲板的下表面連接，最下方的一層蜂窩單元的下角點與下吸聲板的上表面連接；所述蜂窩單元中與上吸聲板、下吸聲板連接的角點由沿上吸聲板的長邊方向設(shè)置的減振絲構(gòu)成，所述蜂窩單元中其余角點由沿上吸聲板的長邊方向設(shè)置的導(dǎo)線構(gòu)成；所述導(dǎo)線包括至少兩個截面為扇形的導(dǎo)芯，相鄰導(dǎo)芯之間設(shè)置絕緣襯墊；

所述振動發(fā)電體的端頭與導(dǎo)線的外側(cè)面連接，所述彈性變形體的端頭與導(dǎo)線的外側(cè)面或減振絲的外側(cè)面連接；所述導(dǎo)線的兩端分別與基板電池的正、負(fù)極連接；所述上吸聲板的上表面與基板電池的下表面連接，所述下吸聲板的下表面與汽車車身構(gòu)成可拆卸式連接；

所述的振動發(fā)電體包括兩條螺旋狀的彈簧絲相互平行盤旋形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)；兩條彈簧絲之間設(shè)置多個發(fā)電單元，發(fā)電單元包括兩個相互平行的永磁體，永磁體的兩端與一條彈簧絲連接；一個發(fā)電單元中，位于同側(cè)的兩條永磁體端部的極性相反；一個發(fā)電單元中的兩條發(fā)電線圈各自的端頭分別與導(dǎo)線中不同的導(dǎo)芯的外側(cè)面連接。

優(yōu)選的，所述發(fā)電單元中的兩個永磁體之間的距離小于相鄰的兩個發(fā)電單元之間的距離。

優(yōu)選的，所述的蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，位于最上方的一層蜂窩單元的上方設(shè)置一層上菱形單元，上菱形單元中上、下頂點之間的連線與水平面垂直，左、右頂點之間的連線與水平面平行；上菱形單元中靠下方的兩條邊由最靠近上菱形單元的一層蜂窩單元中、靠上方的兩條斜邊構(gòu)成，上菱形單元中的下頂點由最靠近上菱形單元的一層蜂窩單元中、最上方的一個角點構(gòu)成；所述上菱形單元中的四條邊均為彈性變形體，上菱形單元的下頂點處設(shè)置導(dǎo)線，剩余3個頂點處設(shè)置減振絲；

所述的蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，最下方的一層蜂窩單元的下方設(shè)置下菱形單元，下菱形單元與上菱形單元相對于上吸聲板、下吸聲板之間的中間水平面呈對稱式分布結(jié)構(gòu)，所述下菱形單元的下頂點與下吸聲板的上表面連接。

優(yōu)選的，所述的蜂窩單元中，相鄰振動發(fā)電體與彈性變形體之間夾角為125.5°，相鄰彈性變形體之間夾角為109°；所述上菱形單元、下菱形單元中的鈍角為109°，銳角為71°。

優(yōu)選的，所述的彈性變形體、減振絲由橡膠材料或帶有彈性的復(fù)合材料制作而成。

優(yōu)選的，所述蜂窩單元的六條邊均由振動發(fā)電體構(gòu)成；所述的上菱形單元中靠下方的兩條邊由振動發(fā)電體構(gòu)成，靠上方的兩條邊由彈性變形體構(gòu)成，上菱形單元的上頂點由減振絲構(gòu)成，其余3個頂點由導(dǎo)線構(gòu)成；上菱形單元中左、右頂點處的導(dǎo)線是由兩個等截面的導(dǎo)芯以及一個截面為扇形的絕緣芯構(gòu)成；所述的蜂窩單元與上菱形單元共用的導(dǎo)線以及蜂窩單元中其余角點處設(shè)置的導(dǎo)線是由6個等截面的導(dǎo)芯構(gòu)成，相鄰導(dǎo)芯之間設(shè)置絕緣襯墊。

優(yōu)選的，所述無線充電座的上表面設(shè)置凹槽，凹槽的側(cè)面及底面分別鋪設(shè)吸聲防滑墊。

本發(fā)明的有益效果在于：振動發(fā)電體實現(xiàn)了振動發(fā)電功能，彈性變形體實現(xiàn)了緩沖振動功能，彈性變形體與豎直平面呈一定角度傾斜設(shè)置，多個蜂窩單元形成的平面蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的螺旋彈簧，有效減小了振動發(fā)電裝置的軸向尺寸；振動發(fā)電體、彈性變形體相互連接，相互之間不需要設(shè)置多余間隙，進一步減小了振動發(fā)電裝置的徑向尺寸；振動發(fā)電體由兩條螺旋狀的彈簧絲，以及兩條彈簧絲之間設(shè)置的多個發(fā)電單元構(gòu)成，發(fā)電單元位于彈簧絲之間，結(jié)構(gòu)緊湊，進一步減小振動發(fā)電體3的體積，振動時彈簧絲切割兩個永磁體之間形成的磁感線，同時兩個永磁體之間的強度也發(fā)生變化，發(fā)電單元的發(fā)電效率較高；發(fā)電單元中的永磁體與振動方向垂直設(shè)置，有效減小振動發(fā)電裝置厚度。

附圖說明

圖1為振動發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)正視圖；

圖2為圖1中a-a剖視圖；

圖3為圖2中放大視圖i；

圖4為一種優(yōu)選方案的振動層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中放大視圖ii；

圖6為另一種優(yōu)選方案的振動層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中放大視圖iii；

圖8為圖6中放大視圖iv；

圖9為蜂窩單元結(jié)構(gòu)軸側(cè)示意圖；

圖10為振動發(fā)電體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為振動發(fā)電體中螺旋狀彈簧絲展開成直線后磁場分布示意圖；

圖12為振動時兩條永磁體相互遠(yuǎn)離時磁場分布示意圖；

圖13為振動時兩條永磁體相互靠近時磁場示意圖。

具體實施方式

如圖1-圖3所示的一種用于車載無線充電座的振動發(fā)電裝置，包括基板電池001，基板電池001可以是一個整塊的鋰電池板，也可以是多個矩形鋰電池單元拼接成的平板式結(jié)構(gòu)，也可以是多個膠囊形充電電池相互外側(cè)面接觸、平行排列形成的平板式結(jié)構(gòu)，基板電池001的上表面設(shè)置無線充電座002，基板電池001與無線充電座002可以是卡扣連接或粘接連接，也可以是螺栓連接，無線充電座002的上表面設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)放置手機，為了減少手機在凹槽內(nèi)振動受損或發(fā)出噪聲，所述凹槽的側(cè)面及底面分別鋪設(shè)吸聲防滑墊，吸聲防滑墊可以是橡膠材料或塑料材料制作而成。

所述基板電池001的下表面與平板狀的振動發(fā)電裝置003的上表面連接，可以是粘接，也可以是卡扣連接或其他方式連接，振動發(fā)電裝置003的下表面與汽車車身構(gòu)成可拆卸式連接；可以是卡扣連接，也可以是螺栓連接，也可以是其他方式的可拆卸式連接；基板電池001的正極、負(fù)極各自通過導(dǎo)線分別與無線充電座002、振動發(fā)電裝置003連接。

所述的振動發(fā)電裝置003包括水平設(shè)置的矩形上吸聲板8，上吸聲板8的下方設(shè)置與其平行且尺寸相適應(yīng)的矩形下吸聲板9；上吸聲板8與下吸聲板9之間的區(qū)域中、沿上吸聲板8的長邊等間隔設(shè)置多個相互平行的振動層1，所述的振動層1與上吸聲板8所在的平面垂直，且與上吸聲板8的長邊垂直；所述的上吸聲板8、下吸聲板9可以是具有蜂窩狀吸聲結(jié)構(gòu)的夾層板，也可以是復(fù)合塑料材料制作而成的具有吸聲效果的塑料板。

所述的振動層1包括多個六邊形蜂窩單元2相互連接形成的平面蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，蜂窩單元2中六邊形的六條邊由兩條沿豎直方向設(shè)置的振動發(fā)電體3以及四條與豎直平面呈一定角度設(shè)置的彈性變形體4構(gòu)成，即振動發(fā)電體3構(gòu)成蜂窩單元2中的兩條豎邊，彈性變形體4構(gòu)成蜂窩單元2中的四條斜邊；所述的彈性變形體4是由橡膠材料或帶有彈性的復(fù)合材料制作而成的棒狀結(jié)構(gòu)。所述的平面蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中最上方一層蜂窩單元2的上角點與上吸聲板8的下表面連接，最下方的一層蜂窩單元2的下角點與下吸聲板9的上表面連接；如圖9所示的，所述蜂窩單元2中與上吸聲板8、下吸聲板9連接的角點由沿上吸聲板8的長邊方向設(shè)置的減振絲61構(gòu)成，所述蜂窩單元2中其余角點由沿上吸聲板8的長邊方向設(shè)置的導(dǎo)線5構(gòu)成；所述導(dǎo)線5包括至少兩個截面為扇形的導(dǎo)芯51，相鄰導(dǎo)芯51之間設(shè)置絕緣襯墊53；

所述振動發(fā)電體3的端頭與導(dǎo)線5的外側(cè)面連接，所述彈性變形體4的端頭與導(dǎo)線5的外側(cè)面或減振絲61的外側(cè)面連接；如圖3所示的，所述的導(dǎo)線5是由1個截面為扇形的導(dǎo)芯51以及1個截面為扇形的絕緣芯52組合而成，導(dǎo)芯51與絕緣芯52的橫截面積之比為1∶2；由于振動發(fā)電體3負(fù)責(zé)發(fā)電，彈性變形體4負(fù)責(zé)緩沖振動，因此對導(dǎo)線5的截面進行合理劃分并使用不同材料，可以有效提高材料利用率，絕緣芯52采用橡膠或其他具有彈性的復(fù)合材料可以進一步增加振動層1的緩沖效果，同時減小導(dǎo)線5的重量。

所述導(dǎo)線5的兩端分別與基板電池001的正、負(fù)極連接；所述上吸聲板8的上表面與基板電池001的下表面連接，所述下吸聲板9的下表面與汽車車身構(gòu)成可拆卸式連接。

如圖10-圖11所示的，所述的振動發(fā)電體3包括兩條螺旋狀的彈簧絲31相互平行盤旋形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)；兩條彈簧絲31之間設(shè)置多個發(fā)電單元，發(fā)電單元包括兩個相互平行的永磁體32，永磁體32的兩端與一條彈簧絲31連接；一個發(fā)電單元中，位于同側(cè)的兩條永磁體32端部的極性相反；發(fā)電時，兩條發(fā)電線圈31所處的磁場方向相反，使兩條發(fā)電線圈31產(chǎn)生的電流流向相反，因此一個發(fā)電單元中的兩條發(fā)電線圈31各自的端頭分別與導(dǎo)線5中不同的導(dǎo)芯51的外側(cè)面連接。

由于振動發(fā)電裝置的體積較傳統(tǒng)的振動發(fā)電結(jié)構(gòu)體積更小，尤其是發(fā)電單元結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此可以采用多噴頭式3d分層打印技術(shù)生成振動發(fā)電裝置，將振動發(fā)電裝置模型建立好后在軟件中分層，然后使用不同噴頭分別在每層模型中噴出不同材料，最后將多層層疊并粘接在一起，既可以制作出上述振動發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)。

振動發(fā)電裝置的工作原理為：汽車行駛時產(chǎn)生的垂向振動通過車身傳遞給下吸聲板9使下吸聲板9振動，此時振動層1受到垂向方向的往復(fù)力的作用，使蜂窩單元2變形，即振動發(fā)電體3沿豎直方向伸縮，同時彈性變形體4繞導(dǎo)體5或減振絲61旋轉(zhuǎn)一定角度，即多個蜂窩單元2組成的蜂窩狀網(wǎng)格沿豎直方向其整體形狀被拉伸或壓縮。

如圖11所示的，為了更好的描述振動發(fā)電體3的發(fā)電原理，把振動發(fā)電體3中的兩條螺旋狀彈簧絲31展開成兩條平行直線，單個發(fā)電單元中，位于同一側(cè)的兩個永磁體32端部的極性相反，因此在兩個永磁體32的一側(cè)形成磁場，磁場方向由一個永磁體32的n極指向另一個永磁體32的s極，可以從圖11中看出，此時位于兩個永磁體32之間的彈簧絲31可以看做位于磁場中的發(fā)電線圈。

如圖12-圖13所示的，當(dāng)振動發(fā)電體3因受力而使其沿豎直方向的長度發(fā)生變化時，振動發(fā)電體3中的彈簧絲31的長度也發(fā)生變化，由于彈簧絲31在空間中是螺旋狀，因此其螺旋弧線形狀也發(fā)生了變化，這表示彈簧絲31在兩個永磁體32構(gòu)建的磁場中發(fā)生了移動，即彈簧絲31在兩個永磁體32之間形成的磁場內(nèi)對磁力線進行了切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知彈簧絲31上產(chǎn)生電流，實現(xiàn)了振動發(fā)電，同時由于發(fā)電單元中的兩個永磁體32之間的磁場強度發(fā)生變化，進一步提高了彈簧絲31產(chǎn)生電流的能力。發(fā)電單元發(fā)電的同時，彈性變形體4繞導(dǎo)體5或減振絲61旋轉(zhuǎn)，由于彈性變形體4是由橡膠或其他具有彈性的復(fù)合材料制作而成，其在旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生了變形，因此吸收了能量，實現(xiàn)了彈簧的功能。

蜂窩單元2中的振動發(fā)電體3實現(xiàn)了振動發(fā)電功能，彈性變形體4實現(xiàn)了緩沖振動功能，彈性變形體4與豎直平面呈一定角度傾斜設(shè)置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的螺旋彈簧，有效減小了振動發(fā)電裝置的軸向尺寸，振動發(fā)電體3、彈性變形體4相互連接，不需要設(shè)置多余間隙，進一步減小了振動發(fā)電裝置的徑向尺寸；發(fā)電單元中的永磁體32相對于發(fā)電單元的振動方向垂直設(shè)置，可以有效減小振動發(fā)電裝置厚度。振動發(fā)電體3中的永磁體32與彈簧絲31連接結(jié)構(gòu)緊湊，使振動發(fā)電體3的體積較小，多個蜂窩單元構(gòu)成的平面蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在豎直方向的伸縮性良好，且具有較強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使振動層1保持一定的剛度從而有效緩沖振動；振動層1中可以僅鋪設(shè)1層蜂窩單元2，也可以根據(jù)需要鋪設(shè)多層蜂窩單元2形成蜂窩網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。

為了減小相鄰的發(fā)電單元中不同永磁體32之間的影響，所述的發(fā)電單元中的兩個永磁體32之間的距離l1小于相鄰的兩個發(fā)電單元之間的距離l2。

當(dāng)汽車經(jīng)過碎石路面或溝坎時，其垂向振幅較大，為了更好的保護振動發(fā)電裝置，如圖4-圖5所示的，更好的實施方式是：所述的蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，位于最上方的一層蜂窩單元2的上方設(shè)置一層上菱形單元6，上菱形單元6中上、下頂點之間的連線與水平面垂直，左、右頂點之間的連線與水平面平行；上菱形單元6中靠下方的兩條邊由最靠近上菱形單元6的一層蜂窩單元2中、靠上方的兩條斜邊構(gòu)成，上菱形單元6中的下頂點由最靠近上菱形單元6的一層蜂窩單元2中、最上方的一個角點構(gòu)成；所述上菱形單元6中的四條邊均為彈性變形體4，上菱形單元6的下頂點處設(shè)置導(dǎo)線5，剩余3個頂點處設(shè)置減振絲61，減振絲61與上吸聲板8的長邊平行設(shè)置；減振絲61由橡膠材料或具有彈性的復(fù)合材料制作而成；所述的蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，最下方的一層蜂窩單元2的下方設(shè)置下菱形單元7，下菱形單元7與上菱形單元6相對于上吸聲板8、下吸聲板9之間的中間水平面呈對稱式分布結(jié)構(gòu)，所述下菱形單元7的下頂點與下吸聲板9的上表面連接。

上菱形單元6、下菱形單元7的菱形結(jié)構(gòu)使兩者沿豎直方向變形時的變形幅度較大，且上菱形單元6、下菱形單元7各自的四條邊均為彈性變形體4，大大增強了振動層1變形時的緩沖能力，即增大了振動層1的垂向剛度。

為了使蜂窩單元2、上菱形單元6、下菱形單元7形成的平面網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)具有更好的抗壓性，更好的實施方式是：所述的蜂窩單元2中，相鄰振動發(fā)電體3與彈性變形體4之間夾角為125.5°，相鄰彈性變形體4之間夾角為109°；所述上菱形單元6、下菱形單元7中的鈍角為109°，銳角為71°。

如果汽車經(jīng)常行駛在良好路面上，或者其懸架具有很好的緩沖減振性能，則振動發(fā)電裝置可以減少彈性變形體4的數(shù)量，同時增加振動發(fā)電體3以提高發(fā)電效率，如圖6-圖8所示的，更好的實施方式是：所述蜂窩單元2的六條邊均由振動發(fā)電體3構(gòu)成；所述的上菱形單元6中靠下方的兩條邊由振動發(fā)電體3構(gòu)成，靠上方的兩條邊由彈性變形體4構(gòu)成，上菱形單元6的上頂點由減振絲61構(gòu)成，其余3個頂點由導(dǎo)線5構(gòu)成；上菱形單元6中左、右頂點處的導(dǎo)線5是由兩個等截面的導(dǎo)芯51以及一個截面為扇形的絕緣芯52構(gòu)成；所述的蜂窩單元2與上菱形單元6共用的導(dǎo)線5以及蜂窩單元2中其余角點處設(shè)置的導(dǎo)線5是由6個等截面的導(dǎo)芯51構(gòu)成，相鄰導(dǎo)芯51之間設(shè)置絕緣襯墊53。蜂窩單元2中的每條邊均具有發(fā)電功能，可以極大提高發(fā)電效率。