CN101425734A - 三维振动发电机 - Google Patents

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Abstract

一种三维振动发电机，其特征在于：该发电机包括封装在密封容器内的按X、Y、Z三个空间方向安装的三个相互垂直的发电单元；所述每个发电单元包括一个中空柱形的绕组筒体(1)，环绕绕组筒体外壁、沿绕组筒体长度方向排列绕制的N个绕组(3)，穿装在绕组筒体内、并可相对于绕组筒体作相对运动的滑动筒体(2)，以及沿滑动筒体长度方排列、并以固定放置的方式设置在滑动筒体内的N个永久磁体(4)；所述的绕组筒体内壁与滑动筒体外壁之间添加有润滑剂；其中每发电单元中的各绕组经全波整流后串联叠加成为每一发电单元的输出，三个发电单元的输出串联叠加后为整台装置的总输出。

Description

三维振动发电机
技术领域
本发明涉及一种发电机，特别是涉及一种利用环境的振动或摇动作为动力源的三维振动发电机，属于可再生能源领域的发电设备。
背景技术
太阳能、风能和海浪能以及各种三维振动所产生的能量是存在于大自然的清洁能源，取之不尽。太阳能和风能的研究和开发已经相当成熟，海浪能的研究和开发还处于试验阶段，世界上甚至是我国，虽然也有一些专利的报导和研究成果，其做法都是利用海量的垂直运动，通过机械传动装置带动传统发电机将海浪的机械能转变为电能，这些装置中的机械传动部分是工作在非常恶劣的环境之中，容易腐蚀、磨损和损坏，其保养和维修就成为这些装置的可靠性和耐久性的瓶颈。
发明内容
本发明的目的正是针对海浪以及各种三维振动所产生能量的特点而提供一种可全密封的、可吸收三维空间任何一个方向的振动能量(不经任何传动装置)，直接由机械能转变成电能的三维振动发电机。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的三维振动发电机包括封装在密封容器内的按X、Y、Z三个空间方向安装的三个相互垂直的发电单元；所述每个发电单元包括一个中空柱形的绕组筒体，环绕绕组筒体外壁、沿绕组筒体长度方向排列绕制的N个绕组，穿装在绕组筒体内、并可相对于绕组筒体作相对运动的滑动筒体，以及沿滑动筒体长度方排列、固定放置在滑动筒体内的N个永久磁体；其中每发电单元中的各绕组经全波整流后串联叠加成为每一发电单元的输出，三个发电单元的输出串联叠加后为整台装置的总输出。
本发明中所述绕组筒体和滑动筒体均是采用聚四氟乙烯、ABC塑料或钙塑料中的任意一种材料制成，且绕组筒体和滑动筒体的横截面形状为圆形结构或矩形结构。
本发明中所述的每个发电单元中的绕组个数N＝1～20。若绕组个数过多，虽然可以得到较高的电压，但同时会导致内阻太大，影响电源总输出效率。
本发明中所述的永久磁体为钕铁硼高强永久磁体。
本发明中所述的绕组筒体内壁与滑动筒体外壁之间的润滑剂最好采用固体润滑剂，可以是滑石粉、二硫化钼、石墨或六方氮化硼中的任意一种。
本发明中所述中各绕组输出经桥式整流后串联叠加，其中桥式整流管根据需要可在0.1A～10A间选择。同时，经整流后的绕组感应电压向电容C1～n充电，C1～n为电容器，其耐压为2.5～3.1V，电容量为20～200法拉。且三个发电单位的输出可接任何顺序进行串联叠加后作为总输出，总输出电容参数根据实际需要在6～220V，100～2000法拉之间选择。
本发明整个装置制作后，可密封于任何形状的容器，其电源输出也需作相应的绝缘和密封处理。
本发明的工作原理及有益效果如下：
本发明的三维振动发电机可在三维空间任何一个方向的振动能量的作用下以及自身重力的作用，使得滑动筒体在绕组筒体内自由运动，进而使绕组筒体内上的绕组产生感应电压，三个发电单元产生的感应电压经全波整流后叠加输出。由于本发明的发电机中没有任何机械传动装置，又密封于容器中，不存在腐蚀、磨损和损坏等问题，功能可靠，可用作无法供电的振动或摇动环境中作永久性无人看守电源。
附图说明
图1是三个相互垂直设置的发电单元装配关系图。
图2是每一个发电单元的结构示意图。
图中：1为绕组筒体，2为滑动筒体，3为N1～Nn组成的N个绕组，4为安装在滑动筒体内的N个永久磁体，5为设置在滑动筒体两端的端部限位弹簧，6为设置在绕组筒体两端口处的由非磁性材料制备而成的封堵。
图3是当绕组筒体和滑动筒体均被设计成圆筒形结构时，永久磁体的极性布置图。
图4是当绕组筒体和滑动筒体均被设计成矩形筒体时，永久磁体的极性布置图。
图5是本发明的单元整流电路图。
由N1～Nn产生的感应电压，经桥式整流管D1～Dn整流后，按顺序串联后对电容器C1～Cn充电，总电压Vx，Vy和Vz经传联后，对总电容器C充电。
图6是本发明的叠加电路图。
各单元输出电压，按任意次序串联叠加后向电容器充电，电容器两端同时也是发电机的总输出。
图7为本发明的一种应用方案(货运列车轴温监测无人看守电源结构)。
由三维振动发电机7输出的电压向电容组8充电，电容组8经交流逆变单元9和直流稳压电源10稳压后，作为无人看守电源的输出。
图8为本发明的一种实施方案(微型海浪发电装置)。
三个相互垂直的发电单元11和整流管、电容器12装置在一个可密封球体15的下部，13为酚醛树脂，14为泡沫塑料(轻质材料填充物)，引线16从上部引出。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例(附图)作进一步描述，但并不限制本发明。
如图1、图2、图8所示，本发明的三维振动发电机包括封装在密封容器(密封球体)15内的按X、Y、Z三个空间方向安装的三个相互垂直的发电单元；所述每个发电单元包括一个横截面形状为圆形结构、采用聚四氟乙烯材料制作而成的中空柱形的绕组筒体1，环绕绕组筒体外壁、沿绕组筒体长度方向排列绕制的N个绕组3(绕组的数量最好小于二十个)，穿装在绕组筒体内、并可相对于绕组筒体作相对运动的横截面形状为圆形结构、采用聚四氟乙烯材料制作而成的滑动筒体2，以及沿滑动筒体长度方排列、固定放置在滑动筒体内的N个(数量与绕组相等)采用钕铁硼高强永久磁材料制成的永久磁体4，所述永久磁体的数量与绕组数量相等，永久磁体4的极性布置方式参见图3；其中每发电单元中的各绕组经全波整流(桥式整流)后串联叠加成为每一发电单元的输出，三个发电单元的输出串联叠加后为整台装置的总输出。其中桥式整流管根据需要可在0.1A～10A间选择。同时，经整流后的绕组感应电压向电容Cl～n充电，Cl～n为电容器，其耐压为2.5～3.1V，电容量为20～200法拉。且三个发电单位的输出可接任何顺序进行串联叠加后作为总输出，总输出电容参数根据实际需要在6～220V，100～2000法拉之间选择。
为保障绕组筒体与滑动筒体之间的良好润滑关系，本发明中所述的绕组筒体内壁与滑动筒体外壁之间的润滑剂最好采用固体润滑剂，可以是滑石粉、二硫化钼、石墨和六方氮化硼中的任意一种。
图8所示为微型海浪发电装置的实施例，三个相互垂直的发电单元11和整流管、电容器12装置设置在一个可密封球体15的下部，并通过酚醛树脂13加以固定，泡沫塑料(轻质材料填充物)14填装在三个相互垂直的发电单元11和整流管、电容器12装置上方的密封球体内，引线16从上部引出，共同组成本发明的三维振动发电机。各参数如下：N＝3，绕组匝数2000匝，导线用Φ0.09mm高强度漆包线，绕组间距离8mm；圆筒A内径20mm，圆筒A外径18mm。桥式整流管为0.5A，电容器为2.7V，5法拉。本装置省略了三单元电压叠加后的电容器。各元件安装后，用酚醛树脂浇注至球体1/3高度，固化后在球体其他部分填入泡沫塑料，拉至引线，用密封胶密封球体。该球体在放置在海面上自由漂动，引线引出的电能为1～2W，3～5V，可点亮LCD灯，作为近海网箱养鱼场的照明之用。
图7为本发明的发电机用作货运列车轴温监测无人看守电源的一种使用方案。货运列车轴在温度超过90℃时就容易损坏而造成严重铁路事故，由于货运列车上没有电源，因而轴温的监测和报警一直成为困惑铁路安全问题的重大隐患。本使用方案利用货运列车在行进中的振动驱动本发明的三维振动发电机7，制成货运列车轴温监测无人看守电源。具体讲，由三维振动发电机7输出的电压向电容组8充电，电容组8经交流逆变单元9和直流稳压电源10稳压后，作为无人看守电源的输出。整个装置密封后固定于列车体中，根据振动的强烈，可产生1～5W电源，经电容C储存后，用于车轴轴温的监测系统。整个装置的工作环境温度为：-40～+60℃，由于没有任何传动装置，免维修，是一个永久性无人看守电源。

Claims (7)

1、一种三维振动发电机，其特征在于：该发电机包括封装在密封容器内的按X、Y、Z三个空间方向安装的三个相互垂直的发电单元；所述每个发电单元包括一个中空柱形的绕组筒体(1)，环绕绕组筒体外壁、沿绕组筒体长度方向排列绕制的N个绕组(3)，穿装在绕组筒体内、并可相对于绕组筒体作相对运动的滑动筒体(2)，以及沿滑动筒体长度方排列、并以固定放置的方式设置在滑动筒体内的N个永久磁体(4)；其中每发电单元中的各绕组经全波整流后串联叠加成为每一发电单元的输出，三个发电单元的输出串联叠加后为整台装置的总输出。
2、根据权利要求1所述的三维振动发电机，其特征在于：所述绕组筒体(1)和滑动筒体(2)均是采用聚四氟乙烯、ABC塑料或钙塑料中的任意一种材料制成，且绕组筒体(1)和滑动筒体(2)的横截面形状为圆形结构或矩形结构。
3、根据权利要求1所述的三维振动发电机，其特征在于：所述的每个发电单元中的绕组个数N＝1～20。
4、根据权利要求1所述的三维振动发电机，其特征在于：所述的永久磁体(4)为钕铁硼高强永久磁体。
5、根据权利要求1所述的三维振动发电机，其特征在于：所述的绕组筒体内壁与滑动筒体外壁之间添加有润滑剂。
6、根据权利要求5所述的三维振动发电机，其特征在于：所述润滑剂为滑石粉、二硫化钼、石墨或六方氮化硼中的任意一种。
7、根据权利要求1所述的三维振动发电机，其特征在于：所述中各绕组输出采用桥式整流后串联叠加，其中桥式整流管根据需要可在0.1A～10A间选择；同时，经整流后的绕组感应电压向电容充电，电容的耐压为2.5～3.1V，电容量为20～200法拉；且三个发电单位的输出可接任何顺序进行串联叠加后作为总输出，总输出电容参数根据实际需要在6～220V，100～2000法拉之间选择。
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