CN114070129A - 一种转动驱动的复合能量俘获装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转动驱动的复合能量俘获装置，包括转动驱动组件、压电能量俘获模块、摩擦能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块和能量俘获转换模块；所述压电能量俘获模块包括转动件、悬臂梁、配重块、压电片和拨动件；所述摩擦能量俘获模块包括转动盘、摩擦发电薄膜和固定盘，所述转动盘和所述固定盘上下对应设置；所述电磁感应能量俘获模块包括至少一个磁感应线圈、至少一块永磁铁、一个转子和一个定子，所述磁感应线圈和永磁铁分别安装在所述转子和所述定子上，转动驱动组件驱动转动件、转动盘和转子转动。该装置通过复合方式，结合几种能量俘获方式，充分利用转动动能，提高能量的俘获效率。
Description
技术领域
本发明涉及能量俘获领域，具体的说，涉及了一种转动驱动的复合能量俘获装置。
背景技术
随着“碳中和、碳达峰”政策的实施，低碳和减碳措施不断被提出，新能源代替传统能源的趋势也日益明显，人们对于清洁能源的追求越发旺盛。
目前的清洁能源发电项目采用的发电原理比较单一，由于发电设备的发电效率总是有限，很多能量会被浪费掉，在此基础上，本领域技术人员一直在探索提升发电效率的方案，复合发电形式的装置被不断提出。
如大型发电场景中，海上综合发电平台，集成了风电、太阳能、潮汐能、波浪能等多种能量采集方案；微型的发电场景中，有基于汽车动能回收的摩擦发电、磁感应发电相结合的能量采集方案。
申请号为：201910761875.6的发明专利中，基于汽车悬挂减震系统，设计了一套集合了摩擦发电、电磁感应发电相结合的技术方案，但是该结构过于复杂，使用场景受限较大。
为了找到适应场景更多、俘能效果更好的能量采集方式，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种结合几种能量俘获方式，充分利用转动动能，提高能量的俘获效率的转动驱动的复合能量俘获装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种转动驱动的复合能量俘获装置，包括转动驱动组件、压电能量俘获模块、摩擦能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块和能量俘获转换模块；
所述压电能量俘获模块包括转动件、悬臂梁、配重块、压电片和拨动件，所述转动驱动组件驱动所述转动件做转动动作，所述悬臂梁的固定端/所述拨动件固定于所述转动件上，所述配重块固定于悬臂梁的远端，所述压电片安装于悬臂梁的一侧或两侧，所述拨动件/悬臂梁的固定端相对转动件静止，所述转动件转动的过程中，所述拨动件碰到悬臂梁的远端驱使悬臂梁摆动，所述压电片连接所述能量俘获转换模块；
所述摩擦能量俘获模块包括转动盘、摩擦发电薄膜和固定盘，所述转动盘和所述固定盘上下对应设置，所述摩擦发电薄膜成对的分别粘贴在转动盘和固定盘相对的表面上，所述转动驱动组件驱动所述转动盘做旋转动作，所述摩擦发电薄膜通过导线连接所述能量俘获转换模块；
所述电磁感应能量俘获模块包括至少一个磁感应线圈、至少一块永磁铁、一个转子和一个定子，所述磁感应线圈和永磁铁分别安装在所述转子和所述定子上，所述转子和所述定子的轴线重合，所述转动驱动组件驱动所述转子旋转，所述磁感应线圈通过导线连接所述能量俘获转换模块。
基上所述，所述转动驱动组件为风球，所述转动件为转筒，所述转筒通过连杆与风球固定，所述转筒和风球均绕中心轴转动，所述转筒的内侧壁上设置拨动件，若干所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述中心轴上，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述风球带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
基上所述，所述转动驱动组件为风球，所述转动件为转筒，所述转筒通过连杆与风球固定，所述转筒和风球均绕中心轴转动，所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述转筒的内侧壁上，所述中心轴的外周面上等角度的设置若干拨动件，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述风球带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
基上所述，所述转动驱动组件为车轮或风轮或滚轮或健腹轮，所述转动件为转筒，所述转筒通过连杆与转动驱动组件固定，所述转筒和转动驱动组件均绕中心轴转动，所述转筒的内侧壁上设置拨动件，若干所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述中心轴上，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述转动驱动带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
基上所述，所述摩擦能量俘获模块的转动盘与转筒固定，所述固定盘安装于中心轴上。
基上所述，针对所述转动盘或固定盘设置轴向调距机构，所述轴向调距机构用于调整转动盘和固定盘之间的间距进而调整摩擦力。
基上所述，所述转筒上安装有速度传感器，所述轴向调距机构与速度传感器关联，根据速度传感器的速度调节轴向调距机构，以调节转筒的转速。
基上所述，所述电磁感应能量俘获模块中的转子与所述风筒固定，所述定子安装于所述中心轴上。
基上所述，所述转子和所述转动盘为同一个转体，所述转体的上表面和下表面分别安装磁感应线圈/永磁铁和摩擦发电薄膜，所述固定盘和所述定子分别位于所述转体的上方和下方。
基上所述，所述定子和所述固定盘为同一个静体，所述静体的上表面和下表面分别安装磁感应线圈/永磁铁和摩擦发电薄膜，所述转子和所述转动盘分别位于所述静体的上方和下方。
基上所述，所述转动驱动的复合能量俘获装置包括若干个摩擦能量俘获模块和若干个电磁感应能量俘获模块，若干个摩擦能量俘获模块和若干个电磁感应能量俘获模块沿轴向以无序或同类连续或间隔的方式排列，相邻的定子或转子或转动盘或固定盘共用，相邻的定子和固定盘共用，相邻的转子和转动盘共用。
基上所述，所述转动驱动组件的中心轴为转轴，所述转动件、转动盘和转子固定于所述转轴上，所述拨动件、固定盘和定子相对所述转轴静止。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用转动的动能，设计了一套集合压电片发电、电磁感应发电和摩擦发电相结合的复合发电模式，能够将日常生活中的各种转动动能充分利用起来，起到能源收集的作用。因为转动运动方式极其普遍，如风球、汽车车轮的转动、风电、健腹轮、各种产品上的滚轮等，所以该发明可应用的场景十分广泛，具有良好的推广应用价值。
进一步的，能量俘获的设计形式多样，如压电能量俘获模块中，将悬臂梁内端固定时，可以增大悬臂梁摆动的幅度，将悬臂梁外端固定时，可以增加悬臂梁摆动的频率。
进一步的，摩擦能量俘获模块的间距可调节，在需要控速的转动物体上，可以通过增大摩擦力来控制速度。
进一步的，摩擦能量俘获模块和电磁感应能量俘获模块中的部分结构可以共用，从而简化结构，节省空间。
进一步的，摩擦能量俘获模块和电磁感应能量俘获模块可以设置多组，并且可以多样化排列组合，采用不同的组合方式以应对不同的使用环境。
附图说明
图1是本发明实施例1中转动驱动的复合能量俘获装置的结构原理示意图之一。
图2是本发明实施例1中转动驱动的复合能量俘获装置的结构原理示意图之二。
图3是本发明实施例1中转动驱动的复合能量俘获装置内部的结构示意图之一。
图4是本发明实施例1中转动驱动的复合能量俘获装置内部的结构示意图之二。
图5是本发明中摩擦能量俘获模块的转动盘或固定盘的结构示意图。
图6是本发明中电磁感应能量俘获模块的转子或定子的结构示意图。
图7是本发明实施例1中压电能量俘获模块的原理图。
图中：1.风球；2.转筒；3.连杆；4.中心轴；5.拨动件；6.悬臂梁；7.柔性拨头；8.转动盘；9.发电薄膜；10.固定盘；11.磁感应线圈；12.永磁铁；13.转子；14.定子；15.配重块。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
一种转动驱动的复合能量俘获装置，包括转动驱动组件、压电能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块、摩擦能量俘获模块和能量俘获转换模块。
所述转动驱动组件为各模块提供转动动能，所述能量俘获转换模块用于将采集的能量汇集转换并管理。
实施例1
如图1-图7所示，所述转动驱动组件为风球1，所述转动件为转筒2，所述转筒2通过连杆3与风球1固定，所述转筒2和风球1均绕中心轴4转动，所述转筒2的内侧壁上设置拨动件5，若干所述悬臂梁6沿周向等角度的固定在所述中心轴4上，所述悬臂梁6的远端设置配重块15和柔性拨头7，所述风球1带动转筒2转动时，所述拨动件5与柔性拨头7碰撞使悬臂梁摆动。
本实施例中，悬臂梁6的外端为摆动端，这种情况下，悬臂梁6具有更大的摆动幅度。
所述摩擦能量俘获模块包括转动盘8、摩擦发电薄膜9和固定盘10，所述转动盘8和所述固定盘10上下对应设置，所述摩擦发电薄膜9成对的分别粘贴在转动盘8和固定盘10相对的表面上，转动盘8与转筒2固定，所述风球1驱动转筒，转筒带动转动盘8做旋转动作，所述摩擦发电薄膜通过导线连接所述能量俘获转换模块。
所述电磁感应能量俘获模块包括至少一个磁感应线圈11、至少一块永磁铁12、一个转子13和一个定子14，所述磁感应线圈11和永磁铁12分别安装在所述转子13和所述定子14上，所述转子13和所述定子14的轴线重合，转子13与转筒2固定，所述风球1驱动所述转筒2转动，进而带动转子13旋转，所述磁感应线圈11通过导线连接所述能量俘获转换模块。
风球1通常安装在楼顶的排烟排气通道顶部，在房内外对流、自然风的带动下，能够做转动，转动本身又能够将烟气快速排走，在此过程中产生的转动动能被浪费，将上述结构应用于风球上，所采集的电能一方面可以作为楼顶各种传感器的供电，另一方面可以作为楼顶照明灯具或警示灯具的供电来源，也可以为楼宇提供应急电能的储备，是建筑领域不可多得的清洁能源，相较于传统的风能、太阳能等方式，隐蔽性高、成本低廉、结构小巧，改造和维护更容易。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述转筒的内侧壁上，所述中心轴的外周面上等角度的设置若干拨动件，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述风球带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
即悬臂梁的内端为摆动端，这种情况下，悬臂梁具有更快的摆动频率，可以匹配不同类型的压电片，或不同尺寸的风球，以起到平衡风球转速和压电片摆动频率的效果。
实施例3
所述转动驱动组件为车轮，压电能量俘获模块、摩擦能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块集成于车轮中，转筒随车轮的轮毂转动，用于车辆的动能回收，该装置的体积较小，可以用于车轮内部和附近的电子器件的供电，如胎压传感器、车速传感器、雷达传感器或行车灯，减少对电车本身的电池压力，减少了供电路线的数量，也就减少了变压器的工作负荷，电池的利用效率会相应提高。
实施例4
本实施例中， 所述驱动组件为风轮，压电能量俘获模块、摩擦能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块基于风电产品使用，风轮采集的主要动能通过发电机发电带走，上述模块所发的电能可作为风电产品中的元器件的供电或信号塔的供电，减少风电产品本身的电路复杂程度，降低成本。
实施例5
本实施例中，所述驱动组件为健腹轮，压电能量俘获模块、摩擦能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块基于健腹轮使用，可以为健腹轮中的感应灯、传感器或声光器件供电，健腹轮不再需要电池供电，减少电池用量。
实施例6
本实施例中，驱动组件为滚轮，可用于各种带滚轮的器具上，如行李箱、手推车等，可为此类产品上的用电器件供电，代替电池。
实施例7
本实施例中，针对所述转动盘或固定盘设置轴向调距机构，所述轴向调距机构用于调整转动盘和固定盘之间的间距进而调整摩擦力，所述转筒上安装有速度传感器，所述轴向调距机构与速度传感器关联，根据速度传感器的速度调节轴向调距机构，以调节转筒的转速。
例如在风球结构中，为防止风球转速过高，导致风球损坏，或内部的发电元器件损坏，可以控制调整摩擦力，用于风球的降速；又如在健腹轮中，可以调整健腹轮的摩擦力，提供不同力度的健身参数，还可以用于车轮中，作为车辆降速的元件。
实施例8
本实施例中，所述转子和所述转动盘为同一个转体，所述转体的上表面和下表面分别安装磁感应线圈/永磁铁和摩擦发电薄膜，所述固定盘和所述定子分别位于所述转体的上方和下方。
摩擦能量俘获模块和电磁感应能量俘获模块共用转体，在结构上节约空间，可以将装置做薄，或降低成本。
实施例9
本实施例中，所述定子和所述固定盘为同一个静体，所述静体的上表面和下表面分别安装磁感应线圈/永磁铁和摩擦发电薄膜，所述转子和所述转动盘分别位于所述静体的上方和下方，同实施例8的原理一样，用于降低装置厚度，降低成本。
实施例10
本实施例中，所述转动驱动的复合能量俘获装置包括若干个摩擦能量俘获模块和若干个电磁感应能量俘获模块，若干个摩擦能量俘获模块和若干个电磁感应能量俘获模块沿轴向以无序或同类连续或间隔的方式排列，相邻的定子或转子或转动盘或固定盘共用，相邻的定子和固定盘共用，相邻的转子和转动盘共用。
本实施例主要解决单层结构发电量小的问题，通过层叠排布，提升能量采集的量级，在小型化、为轴向空间要求不高的场景中，可以通过该实施例中的方案提升发电量。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (12)
1.一种转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：包括转动驱动组件、压电能量俘获模块、摩擦能量俘获模块、电磁感应能量俘获模块和能量俘获转换模块；
所述压电能量俘获模块包括转动件、悬臂梁、配重块、压电片和拨动件，所述转动驱动组件驱动所述转动件做转动动作，所述悬臂梁的固定端/所述拨动件固定于所述转动件上，所述配重块固定于悬臂梁的远端，所述压电片安装于悬臂梁的一侧或两侧，所述拨动件/悬臂梁的固定端相对转动件静止，所述转动件转动的过程中，所述拨动件碰到悬臂梁的远端驱使悬臂梁摆动，所述压电片连接所述能量俘获转换模块；
所述摩擦能量俘获模块包括转动盘、摩擦发电薄膜和固定盘，所述转动盘和所述固定盘上下对应设置，所述摩擦发电薄膜成对的分别粘贴在转动盘和固定盘相对的表面上，所述转动驱动组件驱动所述转动盘做旋转动作，所述摩擦发电薄膜通过导线连接所述能量俘获转换模块；
所述电磁感应能量俘获模块包括至少一个磁感应线圈、至少一块永磁铁、一个转子和一个定子，所述磁感应线圈和永磁铁分别安装在所述转子和所述定子上，所述转子和所述定子的轴线重合，所述转动驱动组件驱动所述转子旋转，所述磁感应线圈通过导线连接所述能量俘获转换模块。
2.根据权利要求1所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转动驱动组件为风球，所述转动件为转筒，所述转筒通过连杆与风球固定，所述转筒和风球均绕中心轴转动，所述转筒的内侧壁上设置拨动件，若干所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述中心轴上，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述风球带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
3.根据权利要求1所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转动驱动组件为风球，所述转动件为转筒，所述转筒通过连杆与风球固定，所述转筒和风球均绕中心轴转动，所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述转筒的内侧壁上，所述中心轴的外周面上等角度的设置若干拨动件，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述风球带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
4.根据权利要求1所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转动驱动组件为车轮或风轮或滚轮或健腹轮，所述转动件为转筒，所述转筒通过连杆与转动驱动组件固定，所述转筒和转动驱动组件均绕中心轴转动，所述转筒的内侧壁上设置拨动件，若干所述悬臂梁沿周向等角度的固定在所述中心轴上，所述悬臂梁的远端设置柔性拨头，所述转动驱动带动转筒转动时，所述拨动件与柔性拨头碰撞使悬臂梁摆动。
5.根据权利要求2-4任一项所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述摩擦能量俘获模块的转动盘与转筒固定，所述固定盘安装于中心轴上。
6.根据权利要求5所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：针对所述转动盘或固定盘设置轴向调距机构，所述轴向调距机构用于调整转动盘和固定盘之间的间距进而调整摩擦力。
7.根据权利要求6所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转筒上安装有速度传感器，所述轴向调距机构与速度传感器关联，根据速度传感器的速度调节轴向调距机构，以调节转筒的转速。
8.根据权利要求6或7所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述电磁感应能量俘获模块中的转子与所述风筒固定，所述定子安装于所述中心轴上。
9.根据权利要求8所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转子和所述转动盘为同一个转体，所述转体的上表面和下表面分别安装磁感应线圈/永磁铁和摩擦发电薄膜，所述固定盘和所述定子分别位于所述转体的上方和下方。
10.根据权利要求8所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述定子和所述固定盘为同一个静体，所述静体的上表面和下表面分别安装磁感应线圈/永磁铁和摩擦发电薄膜，所述转子和所述转动盘分别位于所述静体的上方和下方。
11.根据权利要求9或10所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转动驱动的复合能量俘获装置包括若干个摩擦能量俘获模块和若干个电磁感应能量俘获模块，若干个摩擦能量俘获模块和若干个电磁感应能量俘获模块沿轴向以无序或同类连续或间隔的方式排列，相邻的定子或转子或转动盘或固定盘共用，相邻的定子和固定盘共用，相邻的转子和转动盘共用。
12.根据权利要求1所述的转动驱动的复合能量俘获装置，其特征在于：所述转动驱动组件的中心轴为转轴，所述转动件、转动盘和转子固定于所述转轴上，所述拨动件、固定盘和定子相对所述转轴静止。
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