CN105932827B - 一种电磁式振动能量回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁式振动能量回收装置，由驱动模块、馈能模块和支撑模块组成，采用对称结构，所述的驱动模块在外力作用下做往复直线运动，进而驱动馈能模块，馈能模块将往复直线运动转化为单向旋转运动并进行发电，支撑模块对驱动模块和馈能模块进行导向和支撑；所述的驱动模块中的丝杠通过丝杠螺母副将直线运动转化为馈能模块中内转子的旋转运动；馈能模块中的外转子为永磁体，内转子与外转子通过锥面的接触与分离实现动力单向传递；外转子和定子组件相对旋转进行发电；所述的定子组件由线圈支架和线圈组成。本发明能够有效地提高振动能量回收装置的效率，结构简单紧凑，可以有效地减少能量的机械传动损失。

Description

一种电磁式振动能量回收装置
技术领域
本发明属于节能技术领域，具体涉及一种能够进行高效能量回收的电磁式振动能量回收装置。
背景技术
振动几乎无处不在，存储或转化振动带来的机械能的能量回收技术意义重大。目前，回收振动能量的原理主要分为五种：电磁感应、压电效应、静电效应、气压储能和液压储能。其中，电磁式振动能量回收技术回收效率高，能量回收功率大，受到广泛研究。
现有的电磁式振动能量回收装置主要有两种形式，一种通过机械传动装置将直线运动转化为回转式发电机转子旋转运动，进而将振动带来的机械能转化为电能；一种通过直线电机将振动带来的机械能转化为电能。但是，现有电磁式振动能量回收装置结构复杂，成本高，转子或动子运动速度变化较大，降低了能量的回收效率；现有回转发电机式能量回收装置布置空间大，且转子换向惯量对能量传递的存在负效应，降低了传动效率。
发明内容
本发明的目的是要提供一种结构简单紧凑且高效的电磁式振动能量回收装置，采用滚珠丝杠将直线往复运动转化为旋转运动，利用锥面接触副实现单向运动传递，克服转子换向惯量对能量传递的负效应，并利用外转子的惯性使转子转速变化平稳，有效提高振动能量的回收效率。
本发明通过以下技术方案实现：
一种电磁式振动能量回收装置，采用对称结构，主要由驱动模块I、馈能模块II和支撑模块III组成，其中驱动模块I在外力作用下做直线往复运动，进而驱动馈能模块II，馈能模块II将直线往复运动转化为单向旋转运动并进行发电，支撑模块III对驱动模块I和馈能模块II进行导向和支撑；
所述的驱动模块I中的丝杠1通过丝杠螺母副将直线运动转化为馈能模块II中内转子10的旋转运动；馈能模块II中的外转子15为永磁体，内转子10与外转子15通过锥面的接触与分离实现动力单向传递；馈能模块II中的外转子15和定子组件相对旋转进行发电。
具体地，所述的支撑模块III包括上推力轴承组件、下推力轴承组件、防尘罩6和导向器总成3；两个导向器总成3对称安装在防尘罩6的两端，上推力轴承组件和下推力轴承组件安装在防尘罩6的内部，限制外转子15与内转子10的轴向运动。
所述的定子组件由线圈支架13和线圈14组成；
所述的丝杠1与导向器总成3形成动配合，丝杠1与导向器总成3之间有密封圈2；
所述的导向器总成3与防尘罩6上端内壁形成静密封，导向器总成3下端面与上推力轴承座圈4接触，同时起到导向与限位的作用，导向器上有引线孔c；
所述的外转子15处于上推力轴承组件与下推力轴承组件之间，外转子15内表面为锥面；所述内转子10支撑于下推力轴承组件，内转子10的外表面为锥面，其锥度与外转子15的内锥面锥度相同，内转子10的外锥面与外转子15的内锥面之间形成转子间隙a；
所述上推力轴承组件由上推力轴承座圈4、上推力轴承保持架16和上推力轴承滚珠17构成，上推力轴承组件为外转子15提供向下的轴向力；
所述下推力轴承组件由下推力轴承座圈5、下内转子推力轴承保持架9、下外转子推力轴承保持架12、下内转子推力轴承滚珠8以及下外转子推力轴承滚珠11构成，下推力轴承组件为内转子10和外转子15提供向上的轴向力；
所述定子组件的线圈支架13与上推力轴承座圈4和下推力轴承座圈5固定连接；
所述防尘罩6内壁与上推力轴承座圈4和下推力轴承座圈5形成配合，防尘罩6内壁上的轴肩起限位作用。
本发明的一种电磁式馈能减振器，包括现有减振器中的导向器总成3、储油缸22、工作缸25、活塞总成26、底阀总成27、连接件28、端盖18等构件，还包括上述电磁式振动能量回收装置24，布置于工作缸25的中部，固定于限位套筒23和工作缸25内壁上的轴肩之间；
所述的导向器总成3与工作缸25、储油缸22上端内边缘形成静配合，导向器总成3上端安装油封20；
所述的储油缸22底端与连接件28固定连接，储油缸22上端内壁与导向器总成3相配合，储油缸22外壁与端盖18固定连接；
所述的工作缸25安装于储油缸22内腔，工作缸25底端与底阀总成27相配合，工作缸25上端与导向器总成3相配合，从而形成封闭结构；
所述的活塞总成26固定于丝杠1的下端；
所述的底阀总成27固定于工作缸25和储油缸22之间；
所述的限位套筒23与工作缸25内壁形成配合，限位套筒23下端面与电磁式振动能量回收装置24接触，限位套筒23上端面与导向器总成3接触。
本发明的工作过程如下：
在驱动模块I中丝杠1的运动过程中，内转子10的外锥面与外转子15的内锥面会发生接触与分离。当锥面接触时，内转子10通过摩擦力带动外转子15转动；当锥面发生分离时，外转子15由于惯性可以继续自由转动。具体地，本发明的一种电磁式振动能量回收装置上半部分在一个丝杠1行程周期内的工作过程如下：
1)当丝杠1刚刚开始向上运动时，由于外转子15与内转子10之间存在转子间隙a，此时内转子10和外转子15的锥面没有接触，内转子10和外转子15都不转动；
2)当丝杠1向上运动一小段距离之后，此时外转子15与内转子10的锥面接触，在锥面的摩擦力与向下的压力作用下，外转子15和内转子10开始转动；
3)丝杠1向上加速运动时，内转子10和外转子15一起加速转动；
4)丝杠1向上减速运动时，在转子的惯性作用下内转子10与外转子15的锥面有分离的趋势，当丝杠1减速度达到一定值时，内转子10与外转子15的锥面分离，外转子15由于惯性继续自由转动；
5)丝杠1向下运动时，外转子15和内转子10的锥面始终分离，外转子15在惯性作用下继续做减速转动，内转子10转速随丝杠1速度的变化而变化；
6)外转子15转动时会产生一个旋转的磁场，旋转的磁场会在线圈14内感生出交变的电流，从而将机械能转化为电能，并产生电磁阻尼力。
本发明下半部分的工作原理与上半部分相同，上半部分工作在丝杠1向上运动行程，下半部分工作在丝杠1向下运动行程。
本发明的有益效果在于：
本发明结构简单紧凑，可以有效地减少能量的传递损失。其利用滚珠丝杠将直线往复运动转化成内转子的旋转转动，外转子与内转子之间通过锥面的接触与分离达到单向传递动力的效果，克服转子换向惯量对能量传递的负效应，并利用外转子的惯性使转子转速变化平稳，能有效地提高振动能量的回收效率。。
附图说明
图1是本发明的一种电磁式振动能量回收装置的示意图；
图2是本发明的一种电磁式振动能量回收装置上半部分在正弦输入时的外转子速度曲线；
图3是本发明的一种电磁式馈能减振器的示意图。
图中：
1-丝杠，2-密封圈，3-导向器总成，3-1导向套，4-上推力轴承座圈，5-下推力轴承座圈，6-防尘罩，7-下吊环，8-下内转子推力轴承滚珠，9-下内转子推力轴承保持架，10-内转子，11-下外转子推力轴承滚珠，12-下外转子推力轴承保持架，13-线圈支架，14-线圈，15-外转子，16-上推力轴承保持架，17-上推力轴承滚珠，18-端盖，19-上吊环，20-油封，21-限位块，22-储油缸，23-限位套筒，24-电磁式振动能量回收装置，25-工作缸，26-活塞总成，27-底阀总成，28-连接件，
a-转子间隙，b-外转子与线圈气隙，c-引线孔，v-速度，t-时间。
具体实施方式
下面结合附图对发明进行详细介绍。
图1是本发明的一种电磁式振动能量回收装置的示意图，其采用对称结构，主要由驱动模块I、馈能模块II和支撑模块III组成，其中驱动模块I在外力作用下做直线往复运动，进而驱动馈能模块II，馈能模块II将直线往复运动转化为单向旋转运动并进行发电，支撑模块III对驱动模块I和馈能模块II进行导向和支撑；
所述的驱动模块I中的丝杠1通过丝杠螺母副将直线运动转化为馈能模块II中内转子10的旋转运动；馈能模块II中的外转子15为永磁体，内转子10与外转子15通过锥面的接触与分离实现动力单向传递；馈能模块II中的外转子15和定子组件相对旋转进行发电。
具体地，所述的支撑模块III包括上推力轴承组件、下推力轴承组件、防尘罩6和导向器总成3；两个导向器总成3对称安装在防尘罩6的两端，上推力轴承组件和下推力轴承组件安装在防尘罩6的内部，限制外转子15与内转子10的轴向运动。
所述的定子组件由线圈支架13和线圈14组成；
所述的丝杠1与导向器总成3形成动配合，丝杠1与导向器总成3之间有密封圈2；
所述的导向器总成3与防尘罩6上端内壁形成静密封，导向器总成3下端面与上推力轴承座圈4接触，同时起到导向与限位的作用，导向器上有引线孔c；
所述的外转子15处于上推力轴承组件与下推力轴承组件之间，外转子15内表面为锥面；所述内转子10支撑于下推力轴承组件，内转子10的外表面为锥面，其锥度与外转子15的内锥面锥度相同，内转子10的外锥面与外转子15的内锥面之间形成转子间隙a；
所述上推力轴承组件由上推力轴承座圈4、上推力轴承保持架16和上推力轴承滚珠17构成，上推力轴承组件为外转子15提供向下的轴向力；
所述下推力轴承组件由下推力轴承座圈5、下内转子推力轴承保持架9、下外转子推力轴承保持架12、下内转子推力轴承滚珠8以及下外转子推力轴承滚珠11构成，下推力轴承组件为内转子10和外转子15提供向上的轴向力；
所述定子组件的线圈支架13与上推力轴承座圈4和下推力轴承座圈5固定连接；
所述防尘罩6内壁与上推力轴承座圈4和下推力轴承座圈5形成配合，防尘罩6内壁上的轴肩起限位作用。
图3是本发明的一种电磁式馈能减振器的示意图，其包括现有减振器中的导向器总成3、储油缸22、工作缸25、活塞总成26、底阀总成27、连接件28、端盖18等构件，还包括上述电磁式振动能量回收装置24，布置于工作缸25的中部，固定于限位套筒23和工作缸25内壁上的轴肩之间；
所述的导向器总成3与工作缸25、储油缸22上端内边缘形成静配合，导向器总成3上端安装油封20；
所述的储油缸22底端与连接件28固定连接，储油缸22上端内壁与导向器总成3相配合，储油缸22外壁与端盖18固定连接；
所述的工作缸25安装于储油缸22内腔，工作缸25底端与底阀总成27相配合，工作缸25上端与导向器总成3相配合，从而形成封闭结构；
所述的活塞总成26固定于丝杠1的下端；
所述的底阀总成27固定于工作缸25和储油缸22之间；
所述的限位套筒23与工作缸25内壁形成配合，限位套筒23下端面与电磁式振动能量回收装置24接触，限位套筒23上端面与导向器总成3接触。
本发明的工作过程如下：
在驱动模块I中丝杠1的运动过程中，内转子10的外锥面与外转子15的内锥面会发生接触与分离。当锥面接触时，内转子10通过摩擦力带动外转子15转动；当锥面发生分离时，外转子15由于惯性可以继续自由转动。具体地，结合如图2所示的一种电磁式振动能量回收装置上半部分在正弦输入时外转子的速度曲线，其中v为速度，t为时间，可见本发明的一种电磁式振动能量回收装置上半部分在一个丝杠1行程周期内的工作过程如下：
1)当丝杠1刚刚开始向上运动时，由于外转子15与内转子10之间存在转子间隙a，此时内转子10和外转子15的锥面没有接触，内转子10和外转子15都不转动；
2)当丝杠1向上运动一小段距离之后，此时外转子15与内转子10的锥面接触，在锥面的摩擦力与向下的压力作用下，外转子15和内转子10开始转动；
3)丝杠1向上加速运动时，内转子10和外转子15一起加速转动；
4)丝杠1向上减速运动时，在转子的惯性作用下内转子10与外转子15的锥面有分离的趋势，当丝杠1减速度达到一定值时，内转子10与外转子15的锥面分离，外转子15由于惯性继续自由转动；
5)丝杠1向下运动时，外转子15和内转子10的锥面始终分离，外转子15在惯性作用下继续做减速转动，内转子10转速随丝杠1速度的变化而变化；
6)外转子15转动时会产生一个旋转的磁场，旋转的磁场会在线圈14内感生出交变的电流，从而将机械能转化为电能，并产生电磁阻尼力。
本发明下半部分的工作原理与上半部分相同，上半部分工作在丝杠1向上运动行程，下半部分工作在丝杠1向下运动行程。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种电磁式振动能量回收装置，由驱动模块(I)、馈能模块(II)和支撑模块(III)组成，其特征在于：
采用对称结构，所述的驱动模块(I)在外力作用下做直线往复运动，进而驱动馈能模块(II)，馈能模块(II)将往复直线运动转化为单向旋转运动并进行发电，支撑模块(III)对驱动模块(I)和馈能模块(II)进行导向和支撑；
所述的驱动模块(I)中的丝杠(1)通过丝杠螺母副将直线运动转化为馈能模块(II)中内转子(10)的旋转运动；馈能模块(II)中的外转子(15)为永磁体，内转子(10)与外转子(15)通过锥面的接触与分离实现动力单向传递；外转子(15)和定子组件相对旋转进行发电；
所述的定子组件由线圈支架(13)和线圈(14)组成。
2.根据权利要求1所述的一种电磁式振动能量回收装置，其特征在于：
所述的支撑模块(III)包括上推力轴承组件、下推力轴承组件、防尘罩(6)和两个导向器总成(3)；两个导向器总成(3)对称安装在防尘罩(6)的两端，上推力轴承组件和下推力轴承组件安装在防尘罩(6)的内部，限制外转子(15)与内转子(10)的轴向运动。
3.根据权利要求2所述的一种电磁式振动能量回收装置，其特征在于：
所述的丝杠(1)与导向器总成(3)形成动配合，丝杠(1)与导向器总成(3)之间安装有密封圈(2)；
所述的导向器总成(3)与防尘罩(6)上端内壁形成静密封，导向器总成(3)下端面与上推力轴承座圈(4)接触，导向器上设有引线孔(c)；
所述的外转子(15)处于上推力轴承组件与下推力轴承组件之间，外转子(15)内表面为锥面；
所述内转子(10)支撑于下推力轴承组件，内转子(10)的外表面为锥面，其锥度与外转子(15)的内锥面锥度相同，内转子(10)的外锥面与外转子(15)的内锥面之间形成转子间隙(a)。
4.根据权利要求3所述的一种电磁式振动能量回收装置，其特征在于：
所述上推力轴承组件由上推力轴承座圈(4)、上推力轴承保持架(16)和上推力轴承滚珠(17)构成，上推力轴承组件为外转子(15)提供向下的轴向力；
所述下推力轴承组件由下推力轴承座圈(5)、下内转子推力轴承保持架(9)、下外转子推力轴承保持架(12)、下内转子推力轴承滚珠(8)以及下外转子推力轴承滚珠(11)构成，下推力轴承组件为内转子(10)和外转子(15)提供向上的轴向力；
所述定子组件的线圈支架(13)与上推力轴承座圈(4)和下推力轴承座圈(5)固定连接；
所述防尘罩(6)内壁与上推力轴承座圈(4)和下推力轴承座圈(5)形成配合。
5.一种包含权利要求1至4中任一项所述电磁式振动能量回收装置的电磁式馈能减振器，其特征在于：
还包括导向器总成(3)、储油缸(22)、限位套筒(23)、工作缸(25)、活塞总成(26)、底阀总成(27)、连接件(28)和端盖(18)，所述的电磁式振动能量回收装置(24)布置于工作缸(25)的中部，固定于限位套筒(23)和工作缸(25)内壁上的轴肩之间；
所述的导向器总成(3)与工作缸(25)、储油缸(22)上端内边缘形成静配合，导向器总成(3)上端安装油封(20)；
所述的储油缸(22)底端与连接件(28)固定连接，储油缸(22)上端内壁与导向器总成(3)相配合，储油缸(22)外壁与端盖(18)固定连接；
所述的工作缸(25)安装于储油缸(22)内腔，工作缸(25)底端与底阀总成(27)相配合，工作缸(25)上端与导向器总成(3)相配合，从而形成封闭结构；
所述的活塞总成(26)固定于丝杠(1)的下端；所述的底阀总成(27)固定于工作缸(25)和储油缸(22)之间；
所述的限位套筒(23)与工作缸(25)内壁形成配合，限位套筒(23)下端面与电磁式振动能量回收装置(24)接触，限位套筒(23)上端面与导向器总成(3)接触。
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