CN106930913A - 一种振动发电装置及安装有该装置的风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种振动发电装置，包括，固定安装在振动源上壳体，惯性元件，所述惯性元件可移动地设置在壳体内，曲轴，所述曲轴可转动地安装在壳体上，并通过连杆与惯性元件连接，发电装置，所述发电装置与曲轴的一端连接，并由曲轴带动其发电。本发明还涉及一种安装有上述振动发电装置的风力发电机，一方面利用风机的振动使振动发电装置工作，产生电能；另一方面利用振动发电装置的吸能作用，为风力发电机减震，实现降低风机振动的目的。

Description

一种振动发电装置及安装有该装置的风力发电机
技术领域
本发明涉及发电装置，尤其是一种振动发电装置及安装有该装置的风力发电机。
背景技术
现有的风力发电机在发电过程中往往会伴随剧烈的振动，这种振动不仅会对风力发电机内部的元件造成损坏，而且周期性的振动作用容易造成各个连接部件的松动，使得必须配备检修人员定期检查各部件的连接，以避免发生严重事故。由于风机振动的不可避免性，因此只能采取定期加固各部件连接的方法，以减低振动对风机的影响，但振动本身也是一种能量，现有的振动发电设备由于其应用场合的不同，其结构也大不相同，振动发电设备在利用振动发电的同时，也相当于对振动源起到了减震的作用，但由于风机构造的特殊性，现有振动发电设备难以与风机直接相结合。
鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够安装在风机上，利用风机振动发电的振动发电装置。
本发明的另一目的在于提供一种利用振动发电装置降低风机振动的风力发电机。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种振动发电装置，包括，
壳体，所述壳体固定安装在振动源上；
惯性元件，所述惯性元件可移动地设置在壳体内；
曲轴，所述曲轴可转动地安装在壳体上，并通过连杆与惯性元件连接；
发电装置，所述发电装置与曲轴的一端连接，并由曲轴带动其发电。
进一步，所述惯性元件与壳体滑动连接，在壳体与惯性元件之间还设置有缓冲装置，所述缓冲装置设置在惯性元件的移动方向上，并随惯性元件的移动被拉长或压缩；所述连杆的一端与惯性元件铰接，另一端与曲轴转动连接，惯性元件的往复式运动通过连杆转换为曲轴的转动。
进一步，所述惯性元件的底部或顶部通过导轨与壳体滑动连接，所述导轨水平设置，其两端与壳体固定连接；所述缓冲装置与导轨平行设置。
进一步，所述惯性元件的数量至少为两个，并沿曲轴的轴向设置在不同高度，惯性元件均匀分布在曲轴的两侧，并在惯性力的作用下推动曲轴单向转动。
进一步，述惯性元件的数量为四个，并相应地分布在曲轴的前、后、左、右四侧，所述曲轴的两端通过轴承与壳体连接，且一端延伸至壳体外与发电装置连接。
进一步，所述惯性元件为实心金属块或金属壳体内填装混凝土，所述惯性元件的一侧设有内凹口，所述连杆伸入至内凹口内，并通过销轴与惯性元件铰接。
进一步，所述缓冲装置为弹簧，其两端分别与惯性元件和壳体固定连接，所述弹簧的伸缩方向与惯性元件的移动方向平行设置。
进一步，所述发电装置包括齿轮箱和发电机，所述齿轮箱为增速齿轮箱，其输入轴与曲轴连接，输出轴与发电机的转轴连接。
进一步，所述壳体为具有容腔结构的方形壳体，所述惯性元件设置在壳体的容腔内，壳体的底部设有支撑结构，并通过螺栓与振动源连接，所述曲轴与发电装置连接的相反一端还固定连接有至少一飞轮，，所述飞轮位于壳体外，用于使曲轴单向旋转。
进一步，所述风力发电机的机舱内安装有所述的振动发电装置，所述振动发电装置的壳体与机舱底部固定连接。
采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：
本发明的振动发电装置利用惯性原理，通过惯性元件自身的惯性，在振动发生时驱动曲轴旋转进而带动发电装置发电，通过与风力发电机结合，进一步提高了风力发电机的发电量，并且振动发电装置在利用风机振动发电的同时，也起到了吸收振动能，降低风机振动的作用。
附图说明
图1：本发明中振动发电装置的整体结构示意图；
图2：本发明实施例一中振动发电装置去掉部分壳体后的结构示意图；
图3：本发明实施例一中振动发电装置中的曲轴与惯性元件的连接结构图；
图4：为图3的俯视图；
图5：本发明实施例二中振动发电装置中的曲轴与惯性元件的连接结构图；
图6：为图5的俯视图；
图7：本发明实施例三中振动发电装置中的曲轴与惯性元件的连接结构图；
图8：为图7的俯视图；
图9：本发明的振动发电装置在风机内的安装位置示意图；
其中：1、振动发电装置 2、风力发电机 3、壳体 4、曲轴 5、惯性元件 6、发电装置 7、连杆 8、轴承 11、导轨 12、缓冲装置 13、支撑结构 14、飞轮 61、发电机 62、齿轮组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
实施例一
如图1和图2所示，一种振动发电装置，包括，一个箱体状的壳体3，可移动地设置在壳体3内的惯性元件5，连接惯性元件5与壳体3的缓冲装置12，两端相对壳体3转动连接的，并通过连杆7与惯性元件5连接的曲轴4，以及发电装置6，所述发电装置6与曲轴4的一端连接，并由曲轴4带动其发电。
所述壳体3固定安装在振动源上，并随振动源同步振动，所述惯性元件5可相对壳体3在一水平方向上做自由往复运动，当壳体3随振动源振动时，惯性元件5由于受惯性作用具有保持静止的运动趋势，振动的壳体3与保持静止的惯性元件5将发生相对运动，并产生推动曲轴4旋转的作用力，当曲轴4旋转时将带动发电装置6发电。
具体地，所述惯性元件5与壳体3滑动连接，所述缓冲装置12设置在惯性元件5与壳体3之间，并设置在惯性元件5的移动方向上，以使其能够随惯性元件5的移动被拉长或压缩，所述连杆7的一端与惯性元件5铰接，另一端与曲轴4转动连接，惯性元件5的往复式运动通过连杆7转换为曲轴4的转动。优选地，所述连杆7与曲轴4的连接处设有连杆轴瓦，所述连杆轴瓦由耐磨材料制成，可以有效避免连杆7和曲轴4因摩擦而损坏。
优选地，所述惯性元件5的底部或顶部通过导轨11与壳体3滑动连接，本实施例中的导轨11为直圆柱杆，并贯穿惯性元件5，使惯性元件5可沿直圆柱杆水平滑动，所述导轨11优选为一对，并水平设置，导轨11的两端与壳体3固定连接；所述导轨11用于为惯性元件5提供支撑，并限制惯性元件5只在一个来回方向上水平往复运动，本发明中的惯性元件5与导轨11的连接方式也可以采用其他形式，如优选地，为减小惯性元件5与壳体3的摩擦阻力，所述导轨11可选为滚珠导轨，并设置在惯性元件5的底部，滚珠导轨的摩擦系数较低，可提高振动发电装置的发电效率。所述缓冲装置12与导轨11平行设置，用于为惯性元件5提供缓冲，避免振动幅度过大时，对曲轴4造成过大冲击。
结合图3和图4所示，所述惯性元件5的数量为四个，并相应地分布在曲轴4的前、后、左、右四侧，所述曲轴4的两端通过轴承8与壳体3连接，且一端延伸至壳体3外与发电装置6连接；其中，前、后两侧的惯性元件5主要用于吸收前、后方向上的水平振动，左、右两侧的惯性元件5主要用于吸收左、右方向上的水平振动，当振动源在前后左右四个方向上都有周期性振动时，可以通过调整四个惯性元件5的位置，使惯性元件5在惯性力的作用下推动曲轴4单向转动，以达到较好的吸收振动的效果，并提高发电效率
具体地，可通过调节惯性元件5与曲轴4的连接角度，使惯性元件5作用在曲轴4上的切向力的方向同为顺时针方向或逆时针方向，在本实施例中，所述惯性元件5自下向上依次绕曲轴4轴心旋转90度角分布，且按左、前、右、后的方位顺序布置。
所述惯性元件5为实心金属块或金属壳体内填装混凝土，以使其具有较大的质量，所述惯性元件5的一侧设有内凹口，所述连杆7伸入至内凹口内，并通过销轴与惯性元件5铰接，当惯性元件5往复运动时，连杆7可绕销轴转动。
优选地，所述连杆7与惯性元件5和曲轴4为可拆卸连接，当振动源的振动方向发生改变时，可拆除部分连杆7，使惯性元件5与曲轴4脱离连接，所述惯性元件5的质量根据主振动的方向设置，优选地，位于主振动方向上的惯性元件5的质量大于另一方向上的惯性元件5的质量。
优选地，所述缓冲装置6为弹簧，其两端分别与惯性元件5和壳体3固定连接，所述弹簧的伸缩方向与惯性元件5的移动方向平行设置，以最大限度的实现其缓冲功能。
所述发电装置6包括齿轮箱62和发电机61，所述齿轮箱52为增速齿轮箱，其输入轴与曲轴4连接，输出轴与发电机62的转轴连接，曲轴4的低速转动通过齿轮箱62增速后带动发电机61高速转动以实现发电。
优选地，所述壳体3为具有容腔结构的方形壳体，并由金属制成，所述惯性元件5设置在壳体3的容腔内，所述曲轴4竖直贯穿所述容腔，在壳体3的底部设有支撑结构13，在支撑结构13上设有螺栓孔，并可通过螺栓与振动源连接，所述曲轴4与发电装置6连接的相反一端还固定连接有一飞轮14，所述飞轮14位于壳体3外，用于使曲轴4单向旋转。
优选地，所述飞轮14为多个，且质量大小不同，通过安装不同组合的飞轮14，实现梯级调整，用于控制转动平衡和振动平衡，另外，所述飞轮14还可以在末端开孔通过拧入螺栓微调其质量。
优选地，所述发电装置6位于壳体3的顶部，所述飞轮14位于壳体3底部，所述壳体3底部通过支撑结构13与振动源之间留有一定的间隙，所述飞轮14位于该间隙内，飞轮14的厚度小于间隙的宽度。
实施例二
如图5和我图6所示，本实施例中的惯性元件5的数量为两个，并沿曲轴4的轴向设置在不同高度，两惯性元件5分别位于曲轴4的两侧，且两者的相位差为π/2弧度，当其中一惯性元件5位于运动死角时，另一惯性元件5恰已绕过死点，并在惯性力的作用下推动曲轴4单向转动，通过设置两个惯性元件5可以有效克服单个惯性元件5存在运动死点的问题，本实施例结构简单，主要应用在振动方向单一的振动源上。
实施例三
如图7和图8所示，为使本发明的振动发电装置能够吸收多个方向的振动能，本实施例中的惯性元件5的数量为四个，并相应地分布在曲轴4的前、后、左、右四侧，所述曲轴4的两端通过轴承8与壳体3连接，且一端延伸至壳体3外与发电装置连接6；在本实施例中，所述惯性元件5自下向上依次绕曲轴4轴心旋转90度角分布，且按左、右、后、前的方位顺序布置，即本实施例在实施例二的基础上又增加了一对惯性元件5，通过与实施例一不同的布置方式，可以到达降低启动力矩，达到更好的发电效果。
本实施例中的其他连接关系与实施例一相同，或同理可推知，在此不再详细描述。
本发明中的振动发电装置的工作方法为：
首先将该装置安装在振动源上，并将壳体3与振动源固定连接，当振动发生时，壳体3随振动源同步振动，位于壳体3内的惯性元件5由于受到惯性的作用，保持静止不动，进而与壳体3发生相对运动，当惯性元件5相对壳体3发生运动时，惯性元件5将通过连杆7推动曲轴4转动，其中一惯性元件5相对曲轴4逐渐靠近，则相对一侧的惯性元件5相对曲轴4逐渐远离，两惯性元件5共同推动曲轴4旋转，当曲轴4旋转时，将通过齿轮箱62带动发电机61旋转，并产生电能。
如图9所示，一种安装有上述实施例中的振动发电装置的风力发电机，所述风力发电机2的机舱内留有一定的空间用于安装所述的振动发电装置1，所述振动发电装置1的壳体3与机舱底部固定连接，优选为壳体3底部的支撑结构13通过螺栓固定连接在机舱底座上，当风机运行时，机舱内将发生振动，与之连接的壳体3发生同步振动，使振动发电装置1开始工作，并将产生的电能并入电网，振动发电装置1将风机的振动转换为电能，也吸收了机舱内的振动，因此也起到了为风机减震的效果，在一定程度上降低了风机振动所造成的不良效果。
另外，振动发电装置的发电机一般直接与变流器连接，通过变流器可控制发电机的加载的转矩，从而控制发电机转速，进而控制惯性单元的振动频率，起到调节阻尼的作用，能够避开风机共振频率，并最大限度削弱风机振动，即实现振动发电装置以最大输出功率工作。通过与风机整机联合仿真能计算出转矩和转速的关系，从而通过变流器进行有效的闭环控制。
以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种振动发电装置，其特征在于：包括，
壳体，所述壳体固定安装在振动源上；
惯性元件，所述惯性元件可移动地设置在壳体内；
曲轴，所述曲轴可转动地安装在壳体上，并通过连杆与惯性元件连接；
发电装置，所述发电装置与曲轴的一端连接，并由曲轴带动其发电。
2.根据权利要求1所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述惯性元件与壳体滑动连接，在壳体与惯性元件之间还设置有缓冲装置，所述缓冲装置设置在惯性元件的移动方向上，并随惯性元件的移动被拉长或压缩；所述连杆的一端与惯性元件铰接，另一端与曲轴转动连接，惯性元件的往复式运动通过连杆转换为曲轴的转动。
3.根据权利要求2所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述惯性元件的底部或顶部通过导轨与壳体滑动连接，所述导轨水平设置，其两端与壳体固定连接；所述缓冲装置与导轨平行设置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述惯性元件的数量至少为两个，并沿曲轴的轴向设置在不同高度，惯性元件均匀分布在曲轴的两侧，并在惯性力的作用下推动曲轴单向转动。
5.根据权利要求4所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述惯性元件的数量为四个，并相应地分布在曲轴的前、后、左、右四侧，所述曲轴的两端通过轴承与壳体连接，且一端延伸至壳体外与发电装置连接。
6.根据权利要求4所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述惯性元件为实心金属块或金属壳体内填装混凝土，所述惯性元件的一侧设有内凹口，所述连杆伸入至内凹口内，并通过销轴与惯性元件铰接。
7.根据权利要求2所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述缓冲装置为弹簧，其两端分别与惯性元件和壳体固定连接，所述弹簧的伸缩方向与惯性元件的移动方向平行设置。
8.根据权利要求1所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述发电装置包括齿轮箱和发电机，所述齿轮箱为增速齿轮箱，其输入轴与曲轴连接，输出轴与发电机的转轴连接。
9.根据权利要求1所述的一种振动发电装置，其特征在于：所述壳体为具有容腔结构的方形壳体，所述惯性元件设置在壳体的容腔内，壳体的底部设有支撑结构，并通过螺栓与振动源连接，所述曲轴与发电装置连接的相反一端还固定连接有至少一飞轮，，所述飞轮位于壳体外，用于使曲轴单向旋转。
10.一种安装有如权利要求1-9任一项所述的振动发电装置的风力发电机，其特征在于：所述风力发电机的机舱内安装有所述的振动发电装置，所述振动发电装置的壳体与机舱底部固定连接。
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