CN204179832U - 一种发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发电装置，该发电装置包括：支撑架、主轴、旋转机构和用于输出电能的至少一个发电机；支撑架用于支撑主轴和旋转机构，主轴连接所述旋转机构并带动旋转机构旋转；至少一个发电机布置在旋转机构上，且每个发电机的定子与旋转机构固定连接，每个发电机的转子轴与一杠杆的上端连接，杠杆的下端连接配重物；各发电机、与所述发电机连接的连接杠杆和配重物所受的重力之和相对旋转机构的旋转中心的力矩彼此相等。本实用新型采用了机械能转换电能的方式，清洁环保，能够适应不同自然环境的地区使用，并且，由于各发电机、各发电机连接的杠杆和配重物相对于旋转机构的中心的重力矩彼此相等，机械能损耗较小，输出能效较高。

Description

一种发电装置

技术领域

本实用新型涉及电气工程领域，尤其涉及一种发电装置。

背景技术

现有日常生活中使用的电能，主要来自其他形式能量的转换，包括水能(例如水力发电)、热能(例如火力发电)、原子能(核电)、风能(风力发电)、化学能(电池)及光能(光电池、太阳能电池等)等。

在现有的电能产生的方式中，不论是风力、太阳能、水力或者热能来产生热量，都会受到当地地理条件、气候条件等条件的限制，例如，如果某地区的常年风力不强，就无法使用风力来产生电能，某些地区常年多雨，无法使用太阳能来发电，而水力发电等需要有得天独厚的地理条件，核能和热能也需要足够的物质和地理条件，这些方式都无法简单有效地在全球各地适用。

实用新型内容

本实用新型提供一种发电装置，用于解决现有发电方式受制于地理、气候和物质条件而不能有效适用于不同区域的问题。

本实用新型提供了一种发电装置，包括：支撑架、主轴、旋转机构和用于输出电能的至少一个发电机；

所述支撑架用于支撑主轴和旋转机构，所述主轴连接所述旋转机构并带动旋转机构旋转；

所述至少一个发电机布置在所述旋转机构上，且每个发电机的定子与旋转机构固定连接，每个发电机的转子轴与一杠杆的上端连接，所述杠杆的下端连接配重物；

各发电机、与所述发电机连接的连接杠杆和配重物所受重力之和相对所述旋转机构的旋转中心的力矩彼此相等。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的发电装置中，包含支撑架、主轴、旋转机构和至少一个发电机，该至少一个发电机布置于旋转机构上，且每个发电机的定子与旋转机构固定连接，发电机的转子轴与一个杠杆上端连接，杠杆下端连接配重物，在旋转盘的带动下，各发电机的定子跟随旋转盘旋转，而发电机的转子轴由于杠杆和配重物的关系，在杠杆和配重物的重力作用下，转子相对于定子发生了与相反方向的旋转，做切割磁力线的运动，从而产生了感应电势，即产生了电能。该发电装置，采用了机械能转换为电能的方式，可以广泛适用于各种地理环境，并且，由于各发电机、与发电机连接的杠杆和配重物所受重力之和相对于旋转机构的旋转轴心的力矩彼此相等，在将机械能转换为电能的过程中，机械能耗损较小(只需考虑旋转过程中空气阻力和旋转轴的摩擦阻力)，机械能转换电能的效率较高。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的发电装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的旋转盘的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的旋转支架的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的采用键连接的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的静片和动片的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的硅钢片环绕成环状的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的发电装置的又一结构示意图；

图8A-8B为图7中A方向的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的发电装置的具体实施方式进行说明。

本实用新型实施例提供的发电装置，如图1所示，包括：支撑架1、主轴6、旋转机构2和用于输出电能的至少一个发电机3；其中：

支撑架1用于支撑主轴6和旋转机构2，主轴6连接旋转机构2并带动旋转机构2旋转；

至少一个发电机3布置在旋转机构2上，且每个发电机3的定子与旋转机构2固定连接，每个发电机的转子轴与一杠杆4的上端连接，杠杆4的下端连接配重物5；

各发电机3、与发电机连接的杠杆4和配重物5所受的重力之和相对于旋转机构2的旋转中心的力矩彼此相等。

在本实用新型实施例中，旋转机构匀速旋转，且旋转速度的大小需要保证在旋转过程中，各发电机连接的杠杆和配重物处于竖直状态(重力方向)或者稍偏离竖直方向(在发电机负载增加的情况下，会偏离)，避免杠杆偏离竖直方向超过90度，在杠杆偏离竖直方向达到90度时，各发电机的输出功率达到最大值。

本实用新型实施例提供的发电装置中，在旋转盘的带动下，各发电机的定子跟随旋转盘旋转，而发电机的转子轴由于所连接的杠杆和配重物的关系，在杠杆和配重物的重力作用下，相对于定子发生了与相反方向的旋转，做切割磁力线的运动，从而产生了感应电势，即产生了电能。该发电装置，采用了机械能转换为电能的方式，可以广泛适用于各种地理环境，并且，由于各发电机、与发电机连接的杠杆和配重物所受重力之和相对于旋转机构的旋转轴心的力矩彼此相等，在将机械能转换为电能的过程中，机械能耗损较小(只需考虑旋转过程中空气阻力和旋转轴的摩擦阻力)，机械能转换电能的效率较高。

在本实用新型实施例中，发电机可以采用现有技术中的各种类型的发电机，本实用新型实施例对于具体采用何种发电机不做限定。

进一步地，在本实用新型实施例中，旋转机构可以采用多种结构形式，例如采用如图2所示的旋转盘的结构形式，或者采用如图3所示的旋转支架的结构形式。

较佳地，采用旋转支架的结构形式时，各旋转支架之间间隔的角度相等。

如图2所示的旋转盘，发电机31和发电机32分别布置在旋转盘轴心的两侧，本实用新型实施例并不限定旋转盘上布置的发电机的数量以及布置的具体位置(当然旋转盘的轴心除外)，只需满足两个发电机及其连接的杠杆和配重物所受的重力之和相对该旋转盘的轴心的重力力矩彼此相等即可。

如图2所示，假设发电机31所受的重力为3g、与发电机31连接的杠杆41的所受重力为0.5g，与杠杆41连接的配重物51所受的重力为1g，发电机31、与发电机31连接的杠杆41和配重物51相对于旋转盘的旋转中心的重力力臂为L1；

假设发电机32所受的重力为3g、与发电机31连接的杠杆42所受的重力为0.5g，与杠杆42连接的配重物52所受的重力为2g，发电机31、与发电机31连接的杠杆41和配重物51相对于旋转盘的旋转中心的重力力臂为L2；

则L1和L2的大小关系需要满足：(3g+0.5g+1g)*L1＝(3g+0.5g+2g)*L2。

上面是以两个发电机为例进行说明的，本领域技术人员可以根据上述公式，很容易地想见，多个发电机之间需要满足何种位置关系。

如图3所示的旋转支架2包括多个连接杆(图3所示的是3个，包括连接杆21、连接杆22和连接杆23)，多个连接杆的连接点即旋转轴心，每个连接杆上面都布置有一个发电机(例如图3中的发电机33、发电机34和发电机35)，当然，本实用新型实施例并不限定连接杆的具体数量、各连接杆的具体长度、各连接杆之间角度等，也不限定每个连接杆上发电机的数量，只需要满足各发电机、与发电机连接的杠杆和配重物的所受重力之和相对于旋转支架的旋转轴心的重力力矩彼此相等即可。具体详见旋转盘的实施方式，在此不再赘述。

在本实用新型实施例提供的发电装置中，由于旋转盘的旋转，不同发电机连接的杠杆相对位置会发生变化，例如图2中，发电机31和发电机32旋转到虚线所示的位置，则为了避免它们连接杠杆和配重物发生碰撞造成干扰，则，每个发电机的连接杆及配重物的总长须不大于任意两个发电机转子轴到旋转机构中心力臂减去转子轴半径之和。

举例来说，如图2所示，假设旋转盘上有两个发电机即发电机31和发电机32，发电机31的转子轴中心到旋转中心的力臂为L1，发电机32的转子轴中心到旋转中心的力臂为L2，转子轴的半径为R，则每个连接杆和配重物的总长不能大于(L1-R)+(L2-R)。

为了实现在旋转盘旋转时，发电机的转子轴在连接杠杆和配重物的重力作用下相对于定子向相反方向旋转，则发电机的转子轴相对于它连接的杠杆在周向方向上锁止。

发电机的转子轴与杠杆之间采用键连接、采用花键齿连接或者其他可实现周向锁止的方式连接。

如图4所示，发电机的转子轴与杠杆的连接部采用键连接，这样，发电机转子轴与杠杆之间在周向上锁止。

采用花键齿连接时，可以采用两种方式，一种方式，发电机的转子轴与杠杆连接的部分具有外花键齿，杠杆的末端与转子轴连接的部分具有一个孔，孔内部为内花键齿，这样，杠杆末端可以“挂”在发电机转子轴的末端，连接处通过花键齿连接；或者发电机转子轴的末端有孔，孔内具有内花键齿，杠杆的末端具有外花键齿，发电机转子轴和杠杆的末端通过花键齿连接。花键齿可以采用目前矩形花键齿、渐开线花键齿等类型。

继续如图1所示，支撑架上的主轴6一边连接动力输入装置，用于在动力输入装置的驱动下带动旋转机构旋转。

本实用新型在具体实施时，主轴上可以设置有齿轮或者皮带轮，动力输入装置通过齿轮啮合或者皮带的方式带动主轴旋转，进而带动旋转机构旋转。

如果主轴的转速与旋转机构的转速不匹配，还可以在主轴和旋转机构的旋转中心之间设置增速齿轮或者减速齿轮，这样，主轴和旋转机构的旋转轴分别与该增速齿轮或者减速齿轮啮合，通过该增速齿轮或者减速齿轮将动力传递给旋转机构，并使旋转机构达到设定的转速要求。

本实用新型实施例对于动力输入装置并不做限定，能够驱动主轴旋转的各种类型的动力输入装置皆可，例如电动机等等。

为了将发电机产生的电能进一步进行转换并输出，如图1所示，在本实用新型实施例提供的发电装置，还可以包括：集电环和碳刷7；其中，集电环包括：一个动片8和一个静片9；

动片8和静片9同轴安装于支撑架上，动片8随轴旋转，静片9相对于轴在周向上静止，换言之，静片9不随轴旋转；

碳刷7的一端固定在动片8上并连接旋转机构上各发电机3的电能输出端，另一端与静片9相接触；或者，碳刷7的一端固定在静片9上并连接旋转机构上各发电机的电能输出端，另一端与动片8相接触；

静片9连接配电箱，用于输出从碳刷7上产生的电能。

较佳地，动片8和静片9安装于支撑架1的主轴6上。

碳刷可以安装在碳刷架之中，碳刷架与动片8或者静片9固定连接。

较佳地，当碳刷7固定在动片8上时，碳刷7与动片8连接处是一个接线柱，该接线柱连接发电机的输出端，碳刷7在动片8旋转的带动下，与静片9接触，对电能进行转换和输出。

当碳刷固定在静片9上时，碳刷7与静片9连接处一个接线柱，该接线柱连接发电机的输出端，碳刷与旋转的动片8相接触，对电能进行转换和输出。

碳刷的结构可以参考现有技术。

动片8和静片9的结构相同，如图5所示，动片8和静片9，包括多个同心的金属环(例如铜环)，各圆环之间通过绝缘条绝缘。

如图5所示，碳刷在静片9或动片8上的接触点的数量，与输出电源的相数有关，例若输出单相电，可以为两个接触点，若输出三相电，则可以为四个接触点。

在本实用新型实施例中，还可以不使用电刷，动片和静片可以分别采用如图6所示的多个硅钢片环绕制成，采用如图6所示方式，多个硅钢片环绕成环状(图6中只示意出环状的一部分)，从图6中可以看出，多个硅钢片的一端形成环状动片(或静片)的内环，另一端形成该环状动片(或静片)的外环，动片沿着环的中心旋转，环状的动片和静片上分别缠绕有线圈，各硅钢片与线圈绝缘，在动片上，线圈连接旋转机构上的各发电机3的电能输出端，在静片上线圈连接输电箱，向外输出电能。采用此方案的发电装置的结构如图7所示，其中主轴贯穿环状动片和静片的中心，并带动动片旋转。

图6所示的硅钢片为U字形硅钢片，在本实用新型实施例中，还可以采用其他形式的硅钢片例如E字形硅钢片等等。

图7所示的机构中，动片和静片之间的间距较小，一般可在1mm以下。

如图8A-8B所示的是图7中A方向上的剖面图,其中，图8A是静片和动片采用U字形硅钢片的方式，图8B是静片和动片采用E字形的硅钢片的方式，从图8A-8B中可以看出,静片和动片之间形成闭合的回路，利用电磁互感原理,将旋转机构上发电机产生的电能输出。

在图7所示的静片和动片为一组，本实用新型实施例提供的发电装置中，静片和动片还可以为多组，以满足不同的输电需求。

进一步地，动片8和静片9安装于支撑架的主轴6上。动片8与旋转盘一样跟随主轴6进行旋转。

在本实用新型实施例中，为了保证整个系统的结构稳定，例如图1所示，支撑架可以包括两个支撑杆(例如图1中的支撑杆11和支撑杆12)，旋转机构、集电环可以位于两个支撑杆的一侧，当然，旋转机构、集电环也可以位于两个支撑杆的一侧。

当旋转机构位于两个支撑杆之间时，任意一个发电机转子轴连接的杠杆和配重物的长度不能大于该发电机转子轴到旋转机构的旋转轴(例如可以为主轴)之间的距离，避免干扰旋转机构的正常旋转。

本实用新型实施例提供的发电装置中，主轴上连接的旋转机构可以是多个，每个旋转机构上都可以分别设置对应数量的发电机，同时，每个旋转机构，还可以分别配备对应的集电环和碳刷等，用来实现大功率的电能输出。

本实用新型实施例提供的上述发电装置，采用了机械能转换电能的方式，清洁环保，能够适应不同自然环境的地区使用，并且，由于各发电机、各发电机连接的杠杆和配重物相对于旋转机构的中心的重力矩彼此相等，机械能损耗较小，输出能效较高。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种发电装置，其特征在于，包括：支撑架、主轴、旋转机构和用于输出电能的至少一个发电机；

所述支撑架用于支撑主轴和旋转机构，所述主轴连接所述旋转机构并带动旋转机构旋转；

所述至少一个发电机布置在所述旋转机构上，且每个发电机的定子与旋转机构固定连接，每个发电机的转子轴与一杠杆的上端连接，所述杠杆的下端连接配重物；

各发电机、与所述发电机连接的连接杠杆和配重物所受重力之和相对所述旋转机构的旋转中心的力矩彼此相等。

2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所旋转机构为旋转盘或者旋转支架；

所述发电机布置在所述旋转盘的盘面上；或者所述发电机布置在所述旋转支架的各连接杆上。

3.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述发电机的转子轴相对于其连接的杠杆在周向方向上锁止。

4.如权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述发电机的转子轴与所述杠杆之间采用键连接或者采用花键齿连接。

5.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述杠杆及配重物的总长不大于任意两个发电机转子轴到所述旋转机构的旋转中心力臂减去转子轴半径之和。

6.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述主轴一端连接动力输入装置，用于在所述动力输入装置的驱动下带动所述旋转机构旋转。

7.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述主轴和所述旋转机构的旋转中心之间还包括：增速齿轮或减速齿轮，所述主轴通过所述增速齿轮或减速齿轮，将动力传递给所述旋转机构。

8.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，还包括：集电环和碳刷；

所述集电环包括：一个动片和一个静片；

所述动片和所述静片同轴安装于支撑架上，所述动片随轴旋转，所述静片相对于轴在周向上静止；

所述碳刷的一端固定在所述动片上并连接所述旋转机构上各发电机的电能输出端，另一端与所述静片相接触；或者所述碳刷的一端固定在所述静片上并连接所述旋转机构上各发电机的电能输出端，另一端与所述动片相接触；

所述静片连接配电箱，用于输出从碳刷上产生的电能。

9.如权利要求8所述的发电装置，其特征在于，所述碳刷安装于碳刷架之中，所述碳刷架与所述动片或静片固定连接。

10.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，还包括：一个动片和一个静片；所述动片和所述静片为多个硅钢片环绕形成的环形；

所述静片和所述动片上分别缠绕有线圈，所述动片上的线圈连接旋转机构上的各发电机的电能输出端，所述静片上的线圈连接输电箱，用于向外输出电能；

所述动片和所述静片同轴安装于支撑架上，所述动片随轴旋转，所述静片相对于轴在周向上静止。

11.如权利要求8或10所述的发电装置，其特征在于，所述动片和所述静片安装于支撑架的主轴上。

12.如权利要求8所述的发电装置，其特征在于，所述动片和静片包括多个同心的金属环，各金属环之间通过绝缘条绝缘。