CN101368549A - 振动发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不主动消耗能源的发电机，可将一般的机械振动、振荡作为动力来源进行发电，将振动、振荡的机械能转化为可以利用或存储的电能；在更多的场合可以无需消耗能源进行发电；在实用新型“能量收集式减振器”基础上加以改进，大大提高了能量转换的效率，降低了使用和维护成本。该振动发电机由能量收集系统、能量控制系统、能量转换系统组成，三个系统间通过液压管路相连。并可以使用N个能量收集系统、N个能量控制系统和一个能量转换系统组成。N的大小可任意调整，可以在多处采集振动、振荡的能量，集中发电。

Description

振动发电机

(一)技术领域：

本发明涉及一种振动发电机，该振动发电机可以不主动消耗能源，通过收集外在物体振动、振荡的能量进行发电，属于发电机技术领域。

(二)背景技术：

振动和振荡是自然界和日常生活中常见的运动形式，如波涛起伏的海浪、汽车火车行驶时的颠簸、等等。这些振动和振荡有着共同运动的特点：质量点在平衡位置往复循环的变化，这种运动形式蕴含了巨大的能量。但仅靠物体的振动和振荡作为能量来源进行发电的发电机尚不多见，实用新型专利——“能量收集式减振器”(专利号200720149635.3)为其中的一种。但该实用新型还存在着一些不足，如使用寿命较短、系统工作效率较低、制造成本较高、安装空间受限。因此，为解决这些不足，本发明提出了一种振动发电机。本发明可以利用各种常见机械振动、振荡的能量发电，也就是将振动振荡的能量转化为可以存储、利用的电能。

(三)发明内容：

本发明提供一种振动发电机，该振动发电机以机械振动、振荡作为动力来源，其目的在于：将振动振荡的机械能转化为可以利用的电能，并且输出的电能易于收集、存贮、利用；在更多的场合可以无需主动消耗能源进行发电；并且发电效率高、使用寿命长。

本发明将物体的振动、振荡的力直接作用于该振动发电机的能量收集系统，使能量收集系统的受力部件在振动振荡的作用下带动膜片变形，使腔体容积发生变化，压出或吸入液体、并使液体具有蕴含功率的流量和压力。当流动的液体流经振动发电机的能量控制系统后，液体的流动方向被该系统整流。整流后的液体即可推动能量转换系统中的液压马达驱动普通发电机单方向转动，最终输出电能。同时，能量控制系统又为液体提供了循环工作回路，使振动发电机能持续工作。

本发明一种振动发电机，可分为双边型振动发电机和单边型振动发电机。

该双边型振动发电机和单边型振动发电机均由能量收集系统、能量控制系统、能量转换系统组成；其中，

所述双边型振动发电机的双边型能量收集系统的传力板与传力柱固定连接(如焊接)、传力柱穿过(滑动配合)上限位板压于受力板之上；导柱与下限位板固定连接(如焊接)、上限位板与导柱顶端固定连接(如采用螺栓锁死)；腔室壁为一闭合筒壁；受力板与腔室壁密封连接(如焊接)，隔板在腔室壁内分隔腔室为上下两个不连通的空间，并且两端端面分别由膜片密封，用螺栓和压环把膜片压紧固定，达到密封的作用；此种膜片采用类似工程中膜片泵配备的膜片，可以被压紧和放松。由腔室壁、隔板和两片膜片组成封闭的上、下两腔室，膜片变形时每个腔室内的容积会发生变化；且有管路接头与上、下腔室连通，此二接头即为此二腔室的出口。有弹簧固定于受力板与下限位板之间；在每个腔室的侧壁各设有一放气阀，供装配时使用；此二放气阀的位置选择需满足要求：能量收集系统的纵向轴线与水平面平行放置时，放气阀可以处于该振动发电机的最高点。该放气阀由放气螺钉、密封座、通气槽组成。放气螺钉拧紧于密封座的螺纹孔内，密封座的螺纹孔与通气槽连通，通气槽与腔室内部相通。无论膜片处于何种变形状态，松开放气螺钉后总可以通过通气槽和密封座的螺纹孔使腔室内部与外界连通，同时放气螺钉与密封座拧紧时可以封死腔室。双边型能量收集系统的两个接头与双边型能量控制系统的入口接通。

双边型能量控制系统包括四个单向阀和相应连接管路，此四个单向阀按照“桥式结构”连接组合。该“桥式结构”有两个入口和两个出口，入口与双边型能量收集系统的管路接头连接，出口与双边型能量转换系统的液压马达连接。

双边型能量转换系统包括一液压马达和一普通发电机，液压马达输出轴与普通发电机输入轴用联轴器连接。

所述单边型振动发电机的单边型能量收集系统的膜片、腔室壁、腔室底形成一密封的腔室：腔室壁为一闭合筒壁，腔室壁一端的开口用腔室底密封，另一端开口用膜片密封。腔室壁与腔室底密封可采用焊接，膜片被压环压紧在腔室壁上起到密封的作用，可以采用用螺栓、螺母将压环、膜片和腔室壁固定密封。在该腔室的内部、膜片变形的方向设有弹簧(为压簧)。承力板的几何中心和承力杆的一端固定连接，承力杆的中部穿过膜片并与其固定连接，另一端与弹簧固定连接，同时承力杆的轴线与弹簧(压簧)的轴线共线。弹簧放松时，膜片恰好处于自由状态；弹簧的力度可使受压后变形的膜片恢复到自由状态时的形状。机械振动、振荡的力可以通过承力杆传递给膜片，使膜片变形，导致腔室的容积变化。管路接头为此腔室的出口。在该腔体的侧壁与管路接头相对的位置设有一放气阀，由放气螺钉、密封座组成。放气螺钉拧紧于密封座的螺纹孔内，密封座的螺纹孔与腔室内部相通。无论膜片处于何种变形状态，松开放气螺钉后总可以通过密封座的螺纹孔使腔室内部与外界连通，同时放气螺钉与密封座拧紧时可以封死腔室。其位置、安装要求与双边型系统一致。单边型能量收集系统的接头与能量控制系统的入口连接。

单边型能量控制系统包括两个单向阀和相应连接管路。此系统有一个入口和两个出口，入口经过一个三通与两个单向阀连通，经过此两个单向阀即为该能量控制系统的出口。此系统出口与单边型能量转换系统的液压马达连接。

单边型能量转换系统包括一液压马达、一普通发电机和一蓄能器。液压马达的低压力出口与蓄能器接通，液压马达的输出轴与普通发电机的输入轴通过联轴器连接。

单边型振动发电机和双边型振动发电机整个工作过程(能量收集系统被下压、恢复的过程)中，液体流经液压马达的流向不发生变化，普通发电机工作时的旋向不变化。

双边型振动发电机整个工作过程(能量收集系统被下压、恢复的过程)中，上、下腔室的容积之和不发生变化。

单边型振动发电机整个工作过程(能量收集系统被下压、恢复的过程)中，腔室、蓄能器内的容积之和不发生变化。

该振动发电机还有另一种安装形式，即由N个单边型/双边型能量收集系统、N个单边型/双边型能量控制系统和一个单边型/双边型能量转换系统组成。N的大小可任意调整，可以在多处采集振动、振荡的能量，集中发电。以适应各种不同场合的应用要求和成本要求。

本发明优点及功效在于：该振动发电机无需主动消耗能源，无排放，并将其转换为无污染的电能，利于新能源的开发和环境的保护。在制造工艺和可实施性方面，该技术已经过大量的试验验证，能量转换效率高、制造简便、体积小功率高。该种振动发电机可应用于不同大小振幅、频率的振动源。其功率规格从千瓦到兆瓦级不等，可以适应各种不同规模的应用场合。

由于振动、振荡的方向是往复的，故该振动发电机的优势在于：可以收集两个方向振动的能量并输出易于收集、存贮、利用的电能。

(四)附图说明：

图1为本发明双边型振动发电机立体结构图。

图2为本发明单边型振动发电机立体结构图。

图3为本发明双边型振动发电机能量收集系统01a立体图。

图4为本发明双边型振动发电机能量收集系统01a剖视图。

图5为本发明双边型振动发电机能量收集系统01a爆炸图。

图6为本发明双边型振动发电机能量收集系统01a腔体总成100爆炸图。

图7为本发明双边型振动发电机能量收集系统01a管路接头A、B处剖视图。

图8为本发明双边型振动发电机能量收集系统01a放气阀114处剖视图。

图9为本发明单边型振动发电机能量收集系统01b立体图。

图10为本发明单边型振动发电机能量收集系统01b剖视图。

图11为本发明单边型振动发电机能量收集系统01b爆炸图。

图12为本发明单边型振动发电机能量收集系统01b放气阀128处剖视图。

图13为本发明双边型振动发电机能量控制系统02a结构图。

图14为本发明单边型振动发电机能量控制系统02b结构图。

图15为本发明双边型振动发电机能量转换系统03a结构图。

图16为本发明单边型振动发电机能量转换系统03b结构图。

图17为本发明双边型振动发电机的组织形式图。

图18为本发明单边型振动发电机的组织形式图。

图中标号说明如下：

双边型：

能量收集系统01a、能量控制系统02a、能量转换系统03a；

腔体总成100、传力板101、上限位板102、受力板103、下限位板104、膜片105a、膜片105b、腔室壁106、隔板107、弹簧108、传力柱109、螺栓110、压环111、导柱112、螺母113、放气阀114、放气螺钉114a、密封座114b、通气槽114c、上腔室115、下腔室116；单向阀21、单向阀22、单向阀23、单向阀24；

液压马达31、普通发电机32；

管路接头A、B、D、E。

单边型：

能量收集系统01b、能量控制系统02b、能量转换系统03b；

承力板121、膜片122、腔室123、承力杆124、弹簧125、腔室壁126、螺栓127a、螺母127b、放气阀128、放气螺钉128a、密封座128b、腔室底129、压环130；

单向阀25、单向阀26；

液压马达33、普通发电机34、蓄能器35；

管路接头C、F、G。

(五)具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的技术方案进一步说明如下：

本发明一种明振动发电机由能量收集系统、能量控制系统、能量转换系统组成。

如图1、3、4、5、6、7、8所示，所述双边型振动发电机的能量收集系统01a的传力板101与传力柱109固定连接(如焊接)、传力柱109穿过(滑动配合)上限位板102压于受力板103之上；导柱112垂直于下限位板104固定连接(如焊接)、上限位板102与导柱112顶端固定连接(如采用螺栓锁死)；腔室壁106为一闭合筒壁；受力板103与腔室壁106密封连接(如焊接)，隔板107在腔室壁106内分隔腔室为上下两个不连通的空间，并且两端端面分别由膜片105a、105b密封，此种膜片105a、105b采用类似工程中膜片泵配备的膜片，可以被压紧和放松。由腔室壁106、隔板107和膜片105a、105b组成封闭的上、下腔室115、116，膜片105a、105b变形时上、下腔室115、116内的容积也发生变化；且有管路接头A、B与上、下腔室连通，此管路接头A、B即为此上、下腔室115、116的出口。有弹簧108固定于受力板103与下限位板104之间；在上、下腔室115、116的侧壁各设有一放气阀114，供装配时使用；此放气阀的位置选择需满足要求：能量收集系统01a的纵向轴线与水平面平行放置时，放气阀114应该处于该双边型振动发电机的最高点。该放气阀114由放气螺钉114a、密封座114b、通气槽114c组成。放气螺钉114a拧紧于密封座114b的螺纹孔内，密封座114b的螺纹孔与通气槽114c连通，两个通气槽114c分别与上、下腔室115、116内部相通。无论膜片105a、105b处于何种变形状态，松开放气螺钉114a后总可以通过通气槽114c使上、下腔室115、116内部与外界连通，同时放气螺钉114a与密封座114b拧紧时可以将腔室封死。双边型能量收集系统的管路接头A、B与能量控制系统的入口接通。

双边型能量收集系统01a的装配原则如下：上限位板102与下限位板104的间距应保证弹簧放松时一端的膜片被完全压紧，而另一端的膜片刚好被完全放松。

如图13，双边型能量控制系统02a包括四个单向阀和相应连接管路。管路接头A同时通过液压管路连接单向阀21的入口和单向阀23的出口，管路接头B同时通过液压管路连接单向阀22的入口和单向阀24的出口；管路接头D与单向阀21的出口、单向阀22的出口连接；管路接头E与单向阀23的入口、单向阀24的入口连接。

如图15，双边型能量转换系统03a包括一液压马达和一普通旋转发电机。管路接头D为液压马达31的入口，管路接头E为液压马达31的出口。液压马达31的输出轴与普通发电机32的输入轴通过联轴器(图中未示)连接。

当正压力作用于能量收集系统01a的传力板101时，腔体总成100整体向下移动，膜片105b被压紧，另一侧膜片105a被放松；压紧膜片一侧的下腔室116体积变小，放松膜片一侧的上腔室115体积增大。下腔室116内的液体就被迫从管路接头B流出，进入能量控制系统02a。由于单向阀的开启方向限制，单向阀21、24不开启，则液体流经单向阀22、管路接头D进入能量转换系统03a中，并推动液压马达31旋转，带动普通发电机32发电；之后，液体从液压马达31流经管路接头E，再次进入能量控制系统02a。由于压力的作用，单向阀24、21不开启，则液体流经单向阀23、管路接头A，回到能量收集系统01a的被放松膜片一侧的上腔室115中。

当弹簧的反弹力作用于能量收集系统01a的受力板103时，腔体总成100整体向上移动，放松一侧膜片105a被压紧，原先被压紧的膜片105b被放松；压紧膜片一侧的上腔室115体积变小，放松膜片一侧的下腔室116体积增大。上腔室115内的液体就被迫从管路接头A流出，进入能量控制系统02a。由于单向阀的开启方向限制，单向阀22、23不开启，则液体流经单向阀21、管路接头D进入能量转换系统03a中，并推动液压马达31旋转，带动普通发电机32发电；之后，液体从液压马达31流经管路接头E，再次进入能量控制系统02a。由于压力的作用，单向阀22、23不开启，则液体流经单向阀24、管路接头B，回到能量收集系统01a的被放松膜片一侧的下腔室116中。完成一个循环。

整个过程(能量收集系统01a被下压、恢复的过程)中，液压系统内部的液体流经液压马达31的流向不发生变化，液压系统内部的容积不发生变化。这就保证了普通发电机32工作时的旋向不变化，从而持续输出电能。

普通发电机32的电能输出端即为该振动发电机的电能输出端，全系统实现了收集振动的能量进行发电的目的。

如图9、10、11、12所示，所述单边型振动发电机的能量收集系统的膜片122、腔室壁126、腔室底129形成一密封的腔室：腔室壁126为一闭合筒壁，腔室壁126一端的开口用腔室底129密封，另一端开口用膜片122密封。腔室壁126与腔室底129密封可采用焊接，膜片122被压环130压紧在腔室壁126上起到密封的作用，可以采用螺栓127a、螺母127b固定。在该腔室123的内部、膜片122变形的方向设有弹簧125(为压簧)。承力板121的几何中心和承力杆124的一端固定连接，承力杆124的中部穿过膜片122并与其固定连接，另一端与弹簧125固定连接，同时承力杆124的轴线与弹簧125(压簧)的轴线共线。弹簧125放松时，膜片122恰好处于自由状态；弹簧125的力度可使受压后变形的膜片122恢复到自由状态时的形状。机械振动、振荡的力可以通过承力杆124传递给膜片122，使膜片122变形，导致腔室123的容积变化。管路接头C为此腔室123的出口。在该腔体的侧壁与管路接头C相对的位置设有一放气阀128，由放气螺钉128a、密封座128b组成。放气螺钉128a拧紧于密封座128b的螺纹孔内，密封座128b的螺纹孔与腔室123内部相通。无论膜片122处于何种变形状态，松开放气螺钉128a后总可以通过密封座128b的螺纹孔使腔室123内部与外界连通，同时放气螺钉128a与密封座128b拧紧时可以封死腔室123。其位置、安装要求与双边型系统一致。单边型能量收集系统的管路接头C与能量控制系统的入口连接。

如图14所示，单边型能量控制系统02b包括两个单向阀和相应连接管路。管路接头C同时通过液压管路连接单向阀25的出口、单向阀26的入口。管路接头G连接单向阀25的入口，管路接头F连接单向阀26的出口。

如图16所示，单边型能量转换系统03b包括一液压马达、一普通发电机和一蓄能器。管路接头F为液压马达33的入口，管路接头G为液压马达33的出口。同时，蓄能器35与液压马达33的出口接通。液压马达33的输出轴与普通发电机34的输入轴通过联轴器(图中未示)连接。

当有正压力作用于能量收集系统01b的承力板121时，承力杆124被带动向下运动。膜片122由于被承力杆124压紧导致腔室123内容积减小，同时弹簧125被压缩。液体从腔内流出，经过管路接头C进入能量控制系统02b。由于开启方向限制，单向阀25不开启，液体流经单向阀26、管路接头F进入能量转换系统03b中，并推动液压马达33旋转，带动普通发电机34发电；液压马达33排出的液体流入蓄能器35中。由于压力的作用，单向阀25不会开启。

当能量收集系统01b在弹簧125的作用下反弹恢复时，原先被压紧的膜片放松，腔体内容积增大，蓄能器35中积蓄的液体经管路接头G进入能量控制系统02b。经过单向阀25、管路接头C流入腔室123内。完成一个循环。

整个过程(能量收集系统01b被下压、恢复的过程)中，液压系统内部的液体流经液压马达33的流向不发生变化，这就保证了普通发电机34工作时的旋向不变化，从而输出电能。

如图1、2和图13、14、15、16所示，01a、02a、03a或01b、02b、03b三个部分间均采用液压管路相连。上述介绍中的管路接头A、B、C、D、E、F、G之间应当保证在同一系统内同名管路接头互相连通。对于双边型振动发电机，能量收集系统01a的管路接头A、B分别与能量控制系统02a的管路接头A、B相连；能量控制系统02a的管路接头D、E分别与能量转换系统03a的管路接头D、E相连；对于单边型振动发电机，能量收集系统01b的管路接头C分别与能量控制系统02b的管路接头C相连；能量控制系统02b的管路接头G、F分别与能量转换系统03b的管路接头G、F相连。

当保证管路接头均连通后，系统内需完全充满液体(如液压油)，系统方可工作。

如图17、18所示，该振动发电机还有另一种安装形式，即由N个能量收集系统01a/01b、N个能量控制系统02a/02b和一个能量转换系统03a/03b组成。N的大小可任意调整，可以在多处采集振动、振荡的能量，集中发电。以适应各种不同场合的应用要求和成本要求。

但无论那种组织形式，都仅限于双边型振动发电机或单边型振动发电机内部组合，不可两种系统混淆组合。

Claims (8)

1、一种振动发电机，由能量收集系统、能量控制系统、能量转换系统组成，其特征在于：该振动发电机为双边型振动发电机时，其能量收集系统的传力板与传力柱固定连接、传力柱与上限位板滑动配合且压于受力板之上；导柱与下限位板固定连接、上限位板与导柱顶端用螺栓锁死；腔室壁为一闭合筒壁；受力板与腔室壁密封连接，隔板在腔室壁内分隔腔室为上下两个不连通的空间，并且两端端面分别由膜片密封，用螺栓和压环把膜片压紧固定，达到密封的作用，由腔室壁、隔板和两片膜片组成封闭的上、下两腔室，管路接头与上、下腔室连通，此二接头为此上、下两腔室的出口；弹簧固定于受力板与下限位板之间；在每个腔室的侧壁各设有一放气阀，该放气阀由放气螺钉、密封座、通气槽组成；放气螺钉拧紧于密封座的螺纹孔内，密封座的螺纹孔与通气槽连通，通气槽与腔室内部相通；放气螺钉松开后通过通气槽和密封座的螺纹孔使上、下两腔室内部与外界连通，同时放气螺钉与密封座拧紧时可以封死腔室；双边型能量收集系统的两个接头与能量控制系统的入口接通；

其能量控制系统包括四个单向阀和相应连接管路，此四个单向阀按照“桥式结构”连接组合，该“桥式结构”有两个入口和两个出口，入口与双边型能量收集系统的管路接头连接，出口与双边型能量转换系统的液压马达连接；

其能量转换系统包括一液压马达和一普通发电机，液压马达输出轴与普通发电机输入轴用联轴器连接。

2、一种振动发电机，由能量收集系统、能量控制系统、能量转换系统组成，其特征在于：

该振动发电机为单边型振动发电机时，其能量收集系统的膜片、腔室壁、腔室底形成一密封的腔室：腔室壁为一闭合筒壁，腔室壁一端的开口用腔室底焊接密封，另一端开口用膜片密封；膜片被压环压紧在腔室壁上，用螺栓、螺母将压环、膜片和腔室壁固定密封；在该腔室的内部、膜片变形的方向设有弹簧(为压簧)；承力板的几何中心和承力杆的一端固定连接，承力杆的中部穿过膜片并与其固定连接，另一端与弹簧固定连接，同时承力杆的轴线与弹簧(压簧)的轴线共线；机械振动、振荡的力可以通过承力杆传递给膜片，使膜片变形，导致腔室的容积变化；管路接头为此腔室的出口，在该腔体的侧壁与管路接头相对的位置设有一放气阀，由放气螺钉、密封座组成，放气螺钉拧紧于密封座的螺纹孔内，密封座的螺纹孔与腔室内部相通，放气螺钉松开后通过密封座的螺纹孔使腔室内部与外界连通，同时放气螺钉与密封座拧紧时可以封死腔室；单边型能量收集系统的接头与能量控制系统的入口连接；

其能量控制系统包括两个单向阀和相应连接管路，此系统有一个入口和两个出口，入口经过一个三通与两个单向阀连通，经过此两个单向阀为该能量控制系统的出口，此系统出口与单边型能量转换系统的液压马达连接；

其能量转换系统包括一液压马达、一普通发电机和一蓄能器，液压马达的低压力出口与蓄能器接通，液压马达的输出轴与普通发电机的输入轴通过联轴器连接。

3、根据权利要求1或2所述的振动发电机，其特征在于：此种膜片采用类似工程中膜片泵配备的膜片，可以被压紧和放松。

4、根据权利要求1或2所述的振动发电机，其特征在于：能量收集系统的纵向轴线与水平面平行放置时，放气阀处于该振动发电机的最高点。

5、根据权利要求1或2所述的振动发电机，其特征在于：在单边型振动发电机和双边型振动发电机整个工作过程中，液体流经液压马达的流向不发生变化，普通发电机工作时的旋向不变化。

6、根据权利要求1所述的振动发电机，在双边型振动发电机整个工作过程中，上、下腔室的容积之和不发生变化。

7、根据权利要求2所述的振动发电机，在单边型振动发电机整个工作过程中，腔室、蓄能器内的容积之和不发生变化。

8、根据权利要求1或2所述的振动发电机，其特征在于：该振动发电机另一种组织形式即由N个能量收集系统、N个能量控制系统和一个能量转换系统组成，N的大小任意调整，在多处采集振动、振荡的能量，集中发电，以适应各种不同场合的应用要求和成本要求。

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