CN109923305A - 用于将机械能转换为电力的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将机械能转换为电力的装置(1)，其包括用于支撑组件(3)的至少一个支撑框架(2)，支撑组件能够根据预定行程滑动；组件(3)被预设用于可旋转地容纳至少一个轴(4)；轴(4)和组件(3)能够相对于框架(2)摆动；从支撑组件(3)向上突出的轴(4)的上端(5)包括具有末端惯性元件(7)的径向突起臂(6)；轴(4)与用于将机械能转换为电力的单元(8)相关联。机械能量源(9)被设计用于组件(3)在框架(2)上的交替运动。与组件(3)的交替运动相同步的轴(4)的旋转，对于臂(6)的轨迹的至少一个下降部分，基本上是由作用在惯性元件(7)上的重力而确定，而至少对于上升部分，基本上是由惯性元件(7)的惯性牵引而确定。

Description

用于将机械能转换为电力的装置
本发明涉及一种具有高转换效率的用于将机械能转换为电力的装置。
本装置对于将源自预定动力源的电力转换为机械能以及随后将所述机械能转换为电力也是理想的；该装置的高效率使得有益于执行上述能量转换。
相对于由于摩擦、损耗等而消散的大部分的能量，所有的电机具有相当低的能量转换效率值。
在电机中，仅静态电机是具有高效率值的电机，特别是电流互感器。
在动态机器(即，利用直流电或交流电操作的所有已知类型的发电机)中，能量转换效率相当低。
本发明的目标是解决上述问题，提出一种用于将机械能转换为电力的装置，所述装置具有比已知类型的电机的典型效率更高的转换效率。
在本目标的范围内，本发明的目的是提出一种用于将机械能转换为电力的装置，所述装置使由摩擦和损耗引起的能量消耗最小化。
本发明的另一个目的是提供一种用于将机械能转换为电力的装置，所述装置具有适度的成本，在实践中设置相对简单，并且应用安全。
所述目标以及将在下文中将变得更加显而易见的这些和其他目的通过用于将机械能转换为电力的装置来实现，其特征在于，所述装置包括用于支撑组件的至少一个支撑框架，所述支撑组件能够根据预定行程滑动，所述组件被预设用于可旋转地容纳至少一个轴，所述轴和所述组件能够相对于所述框架摆动，从所述支撑组件向上突出的所述轴的上端包括具有末端惯性元件的径向突起臂，所述轴与用于将机械能转换为电力的单元相关联，机械能量源被设计用于所述组件在所述框架上的交替运动，与所述组件的交替运动相同步的所述轴的旋转，对于所述臂的轨迹的至少一个下降部分，基本上是由作用在所述惯性元件上的重力而确定，而至少对于上升部分，基本上是由所述惯性元件的惯性牵引而确定。
从根据本发明的用于将机械能转换为电力的装置的优选但非排他性的实施例的描述中，本发明的其他特性和优点将变得更加显而易见，本发明在附图中以非限制性示例的方式示出，其中：
图1是根据本发明的用于将机械能转换为电力的装置的示意性轴测图。
图2是图1的装置的示意性侧视图。
特别地，参照所引的附图，标号1总体上指定用于将机械能转换为电力的装置。
装置1包括用于支撑组件3的至少一个支撑框架2，支撑组件3能够根据预定的行程滑动。
为了确保装置1的必要的稳定性，框架2优选地由具有非常宽的基部的金属结构构成。能够将框架2固定到地面，以避免由存在可运动的元件而引起可能的运动和振动。通过设置具有大质量的框架2可以实现相同的结果。
支撑组件3被设计为可旋转地容纳至少一个轴4。
轴4和组件3能够相对于框架2摆动，这一点对于操作该装置1的用途是重要的。
从支撑组件3向上突出的轴4的上端5包括突出臂6，突出臂6布置在径向上并且设置有末端惯性元件7(其允许利用惯性和离心力的作用)。
应说明的是，轴4与用于将机械能转换为电力的单元8相关联；所述关联可以是直接的(利用齿轮、带、链条和类似装置)或者可以插入减速单元/增速单元。
框架2上的组件3根据将以反复的前后顺序执行的已经提及过的预定行程进行交替运动，该交替运动是借助于机械能量源9的存在而获得。
与支撑组件3的交替运动相同步的轴4的旋转，对于臂6的路径的至少一个下降部分，基本上是由作用在惯性元件7上的重力而确定；而至少对于臂6的路径的上升部分，基本上是由惯性元件7的惯性牵引而确定。
以这种方式，由于机械能量源9仅被分配用于提供支撑组件3的往复运动，因此，能够确保用于将机械能(轴4的旋转能量)转换为电力的单元8在最大效率条件下操作，使能量损耗最小化并以最佳方式实现整体效率。
根据本发明，应说明的是，轴4以两个自由度结合到组件3：第一自由度的目的是允许轴4绕其自身轴线旋转，而第二自由度允许轴4相对于横向枢转轴线10摆动。
特别地，参照毫无疑问的实际意义的建设性方案，机械能量源9可以便利地包括具有往复运动的至少一个连杆11。
所述连杆11在其一个头部12处枢接到第一杆13并枢接到第二杆14。
第一杆11的末端又枢接到框架2，并且其大体上的中心部分枢接到杆体15，杆体15又枢接到组件3。
而第二杆14的末端枢接到用于轴4的引导架16上。
架16的用途是引导轴4的摆动，这样使得轴4不发生轴向位移：设置滚动元件(诸如，滚动轴承、轮、滚子等)，以使由架16在相应的容器中的滑动导致的能量损耗最小化。
框架2包括用于支撑组件3的相应的导轨17。
支撑组件3又通过下滑动件3a构成，两个互相相对、平行并基本竖直的壁3b从下滑动件3a延伸。
特别地，参照本发明的特别有效的可能应用，用于将机械能转换为电力的单元8容纳在滑动元件18上，滑动元件18与轴4的一部分一体化。
滑动元件18(除了支撑单元8之外)还具有引导轴4的摆动使得其不发生轴向位移的用途：设置滚动元件(诸如，滚动轴承、轮、滚子等)，以使由架16在相应的容器中的滑动导致的能量损耗最小化。
重要地指明的是，引导架16和滑动元件18能够根据通过轴4相对于轴线10的摆动所限定的行程而在支撑组件3的互相相对的壁3b之间运动。
应说明的是，在特别有效且易于实施的情况下，支撑组件3的预定行程被包括在所述组件3的下滑动件3a的长度的15％和30％之间。
以这种方式，组件3的最大位移(相对于行程的中心位置)在任何情况下都小于其下滑动件3a的长度的15％，从而确保组件3自身的稳定性最大化。
在允许本发明的最佳操作和高转换效率的应用情况的范围内，轴4的总长度优选地可以在组件3的下滑动件的长度的15％至30％之间变化。
同样在这种情况下，引入的尺寸参数的目的是在各个部件之间限定正确的比例，以使能量损耗和各个部件承受的机械应力最小化。
过长的轴4(其因此相对于组件3大大突出)实际上在装置1的操作期间容易受到高的弯曲载荷，因此需要大的尺寸(大直径)。
反之亦然，过短的轴4(尽管在操作期间机械应力较小)将需要采用非常长的第二杆14(其又将承受过大的机械载荷，这将需要它的超大尺寸)。
此外，被认为有用的是，在轴4的上端5上方和在臂6上方，具有支柱19，并且具有用于加强和稳定所述臂6的相应的张紧构件20。
遵循提供上升部分和下降部分的轨迹的臂6将在惯性元件7的部分上承受弯曲类型的机械应力：支柱19的存在和张紧构件20的存在使对轴6的这些应力的影响最小化，从而确保它不会在装置1的操作期间发生向内弯曲。
最后，应强调的是，机械能量源9是与曲轴22相关联的马达21，连杆11枢接到曲轴22。
马达21可以是优选地从电马达、流体驱动马达、涡轮机、内燃机等中选择的类型。
因此已经示出了装置1可以以高转换效率将间歇的机械冲击力(由相应的源产生)转换为电力(这是因为摩擦的影响和气动阻力的影响通过布置在臂6的末端的元件7的惯性牵引以及通过对其的重力的作用而被补偿)。
有利地，本发明解决了前面描述的问题，提出一种用于将机械能转换为电力的装置1，其具有比已知类型的电机中的典型电机更高的转换效率。
有效地，根据本发明的装置1使由摩擦和损耗引起的能量消耗最小化。
有效地，本发明允许提供用于将机械能转换为电力的装置1，其具有适度的成本并且在实践中设置相对简单：这些优点使根据本发明的装置1成为有保证的且便于应用的创新设计。
如此构思的本发明能够有许多修改和变型，所有的修改和变型都在所附权利要求的范围内；所有的细节还可用其他技术上等同的元件来代替。
例如，如果马达21是电动的，则可以选择无刷类型，其又可以与控制处理器(图中未示出)有效地关联，用于优化能量消耗且随后高效率地将机械能转换为电力。
马达21能够与减速单元相关联，以建立具有理想周期的机械摆动(被理解为组件3的完整的前后运动的持续时间间隔)。
仅以示例的方式，即使惯性元件7具有相当大的质量(大于10kg，甚至达到几十千克)，臂6(和轴4)也容易达到大于100rpm的转速。
特别地，布置在臂6的端部的主体7借助于万有引力的作用而遵循其轨迹(从距地面的最大高度到最小高度)的下降部分，所述万有引力将其拉向地面，并且当其到达距地面的最小高度时，其通过之前获得速度的惯性元件7而被向上(在其轨迹的上升部分)拉(也借助于通过机械能量源9确保的轴4的摆动运动)。
在所示实施例的示例中，关于特定示例给出的各个特征实际上可与存在于实施例的其他示例中的其他不同特征互换。
在实践中，所使用的材料以及尺寸可以是根据需要和技术水平的任何材料以及尺寸。
本申请要求优先权的意大利专利申请No.102016000097042(UA2016A006887)中的公开内容通过引用包含于此。
在任何权利要求中提到的技术特征后面附有参考标记的情况下，包括那些参考标记的唯一目的是增加权利要求的可理解性，因此这样的参考标记对通过这样的参考标记以示例的方式标识的每个元件的解释不具有任何限定作用。

Claims (10)

1.一种用于将机械能转换为电力的装置，其特征在于，所述装置包括用于支撑组件(3)的至少一个支撑框架(2)，所述支撑组件能够根据预定行程滑动，所述组件(3)被预设用于可旋转地容纳至少一个轴(4)，所述轴(4)和所述组件(3)能够相对于所述框架(2)摆动，从所述支撑组件(3)向上突出的所述轴(4)的上端(5)包括具有末端惯性元件(7)的径向突起臂(6)，所述轴(4)与用于将机械能转换为电力的单元(8)相关联，机械能量源(9)被设计用于所述组件(3)在所述框架(2)上的交替运动，与所述组件(3)的交替运动相同步的所述轴(4)的旋转，对于所述臂(6)的轨迹的至少一个下降部分，基本上是由作用在所述惯性元件(7)上的重力而确定，而至少对于上升部分，基本上是由所述惯性元件(7)的惯性牵引而确定。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴(4)以两个自由度结合到所述组件(3)，第一自由度允许所述轴(4)关于自身轴线的旋转，而第二自由度用于所述轴(4)相对于横向枢转轴线(10)的摆动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述机械能量源(9)包括具有往复运动的至少一个连杆(11)，所述连杆(11)在所述连杆的一个头部(12)处枢接到第一杆(13)并枢接到第二杆(14)，所述第一杆(11)的末端枢接到所述框架(2)，并且所述第一杆的大体上的中心部分枢接到杆体(15)，所述杆体又枢接到所述组件(3)上，所述第二杆(14)的末端枢接到用于所述轴(4)的引导架(16)上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框架(2)包括用于所述支撑组件(3)的相应的导轨(17)，所述支撑组件(3)包括下滑动件(3a)，两个彼此相对、平行且大体上竖直的壁(3b)从所述下滑动件延伸。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于将机械能转换为电力的所述单元(8)被容纳在与所述轴(4)的一部分一体化的滑动元件(18)上。
6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的装置，其特征在于，所述引导架(16)和所述滑动元件(18)能够根据由所述轴(4)相对于所述轴线(10)的摆动限定的行程而在所述支撑组件(3)的所述彼此相对的壁(3b)之间运动。
7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的装置，其特征在于，所述支撑组件(3)的预定行程介于所述组件(3)的所述下滑动件(3a)长度的15％至30％之间。
8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的装置，其特征在于，所述轴(4)的总长度能够在所述组件(3)的所述下滑动件(3a)的长度的15％和30％之间变化。
9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的装置，其特征在于，在所述轴(4)的所述上端(5)上方和所述臂(6)的上方具有支柱(19)和相应的张紧构件(20)，以用于加强和稳定所述臂(6)。
10.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的装置，其特征在于，所述机械能量源(9)是马达(21)，该马达与曲轴(22)相关联，所述连杆(11)枢接到所述曲轴，所述马达(21)优选地是从电马达、流体驱动马达、涡轮机、内燃机等中选择的类型。
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