CN206341157U

CN206341157U - 一种气流冲击的转动式复合发电机

Info

Publication number: CN206341157U
Application number: CN201720042186.6U
Authority: CN
Inventors: 程廷海; 刘文博; 卢晓晖; 孙浩; 乔永禄; 陈茜炎
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2017-01-15
Filing date: 2017-01-15
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2027-01-15

Abstract

本实用新型公开了一种气流冲击的转动式复合发电机，以解决物联网节点传统供能方式布线复杂及电池供电需定期更换、污染环境等问题。本实用新型所述的混合发电装置由腔体端盖、前端腔体组件、旋转组件和后端腔体组件组成。在气动压力冲击以及气体压力波动作用下，旋转风扇带动旋转轴旋转进而使金属弹性基板和压电元件产生形变，基于正压电效应产生电能，并由于金属基板的弹性回复力带动压电元件复位，再次产生电能，在旋转风扇带动旋转轴运动时，缠绕在旋转轴上的线圈做切割磁感线运动，基于电磁效应产生电能。本实用新型具有效率高、产生的电能可通过整流储能电路收集整理，为物联网节点进行供能等技术优势，在气动技术领域具有广阔的应用前景。

Description

一种气流冲击的转动式复合发电机

技术领域

本实用新型涉及一种气流冲击的转动式复合发电机，属于气动技术领域。

背景技术

随着人们对生产技术智能化水平要求的不断提高，其与物联网技术的融合程度也越来越高，大量的物联网节点等低功耗器件在机械制造装备领域得到广泛应用。目前，对物联网节点等低功耗器件进行稳定、可靠的持续供电，是保证物联网节点等低功耗器件正常工作的前提。当前机械制造领域的物联网节点等低功耗器件供能方式主要有电路直接供电和化学电池供电两种方式。其中，电路直接供电方式导致系统布线复杂等问题，而化学电池供电方式则存在电池使用寿命有限、需定期更换以及环境污染等不足。因此，需研究一种用于物联网节点等低功耗器件供能的新型能源供给技术以解决传统供能技术所带来的诸多弊端。

利用压电材料的压电效应和导体的电磁感应现象俘获环境微能源转化为电能的环境能源收集技术，由于具有能量转换效率高、清洁无污染以及使用寿命长等优势，成为微能源转化与供给技术的研究热点。气体动能是工业生产中大量存在的能量形式，其同样具备安全清洁可再生等优势。因此，合理利用工业生产环境中的气体能量，结合压电效应和电磁感应现象将气体能量转化为电能为物联网节点等低功耗器件供能，可有效解决传统电源供电带来的布线复杂及电池供电带来的需定期更换、污染环境等问题，对提高工业制造装备技术的智能化水平具有促进作用。

发明内容

为解决工业环境中低功耗用电器传统供电方式布线复杂、污染环境等技术问题，本实用新型公开一种气流冲击的转动式复合发电机，为低功耗器件提供一种功率大、效率高的供能装置。

本实用新型所采用的技术方案是：所述混合发电装置包括腔体端盖、前端腔体组件、旋转组件和后端腔体组件；所述腔体端盖一侧端部的外螺纹一中心位置设有通孔一，其用于实现激励源（所述激励源可为气动执行器或者气动系统中其它适宜的气动元件）与混合发电装置之间气体的流通；所述腔体端盖一侧端部设置有外螺纹一，其用于与激励源连接，实现激励源与混合发电装置的紧固连接；所述腔体端盖另一侧端部设有外螺纹二，其用于与前端腔体组件中一侧端部位置的内螺纹旋合连接，实现腔体端盖与前端腔体组件的紧固连接；所述前端腔体组件包括前端腔体和紧定螺栓；所述前端腔体组件中前端腔体端部内侧设有内螺纹，其用于与腔体端盖一侧端部设有外螺纹二旋合连接，实现前端腔体组件中前端腔体与腔体端盖的紧固连接；所述前端腔体组件中前端腔体内部设有容腔，其用于实现激励源与混合发电装置之间气体的流通以及容纳旋转组件中的旋转风扇；所述前端腔体组件中前端腔体内部设有固定腔，其用于固定旋转组件中旋转轴，实现前端腔体组件的密封以及前端腔体组件与旋转组件中旋转轴的紧密配合；所述前端腔体组件外侧端部设有内螺纹盲孔，其用于与后端腔体组件中的通孔二相配合以及用于与前端腔体组件中的紧定螺栓旋合连接，实现前端腔体组件与后端腔体组件的紧固连接；所述前端腔体组件中的紧定螺栓，其用于与后端腔体组件中的通孔二配合和前端腔体组件外侧端部的内螺纹盲孔旋合连接，实现前端腔体组件与后端腔体组件的紧固连接；所述旋转组件包括旋转风扇、旋转轴、固定挡板、固定螺栓和线圈；所述旋转组件中的旋转风扇内侧设有通孔四，其用于与旋转组件中旋转轴端部粘接，实现旋转风扇与旋转轴的紧固连接；所述旋转组件中旋转轴外侧设有环形凹槽，其用于与密封圈配合实现前端腔体组件的密封；所述旋转组件中旋转轴外部设有平面，其用于固定挡板和线圈的固定安装；所述旋转组件中旋转轴外部的平面上设有内螺纹孔，其用于与固定螺栓旋合连接，实现固定挡板和线圈的固定连接；所述旋转组件中固定挡板，其用于线圈的固定与限位；所述旋转组件中固定挡板设有圆形通孔，用于与固定螺栓配合，使固定螺栓与平面上所设的内螺纹孔旋合连接；所述旋转组件中的固定螺栓，其用于与平面上所设的内螺纹孔旋合连接，实现固定挡板和线圈的固定安装；所述旋转组件中设有线圈，其用于后端腔体组件中的永磁体配合，使线圈切割磁感线从而产生电能输出；所述后端腔体组件包括后端腔体、发电组件以及永磁体；所述后端腔体组件中的后端腔体端部设有通孔二，其用于与前端腔体组件中的内螺纹盲孔和紧定螺栓配合，实现后端腔体组件与前端腔体组件的紧固连接；所述后端腔体组件中后端腔体内部设有容腔，其用于容纳旋转轴、发电组件和永磁体；所述后端腔体组件中后端腔体底部设有通孔三，其用于后端腔体组件中发电组件以及线圈导线的引出，实现发电组件以及线圈产生电能对外输出；所述后端腔体组件中后端腔体侧壁设有n个矩形槽结构，n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后端腔体组件中发电组件中的固定板，实现后端腔体组件中后端腔体与发电组件的紧固连接；所述后端腔体组件中后端腔体侧壁设有p个矩形凹槽，p为大于等于1的正整数，其用于永磁体的固定安装;所述后端腔体组件中发电组件中设有n个固定板，n为大于等于1的正整数，其用于与后端腔体组件中后端腔体侧壁的矩形槽粘接，实现发电组件与后端腔体组件中后端腔体的紧固连接，以及用于与金属弹性基板粘接，以实现固定板与金属弹性基板的紧固连接；所述后端腔体组件中发电组件设有m个金属弹性基板，m为大于等于1的正整数，其用于粘接后端腔体组件中发电组件的压电元件，实现金属弹性基板与压电元件的紧固连接，以及与固定板粘接，实现金属弹性基板与固定板的紧固连接；所述后端腔体组件中设有永磁体，其与后端腔体侧壁所设的矩形凹槽结构粘接，实现永磁体与后端腔体的紧固连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型可俘获气流冲击的动能和压力能，发电过程分为四个阶段：冲击过程发电、气体波动过程发电、复位发电以及电磁发电。冲击过程发电，即通过气流冲击混合发电装置中的旋转风扇使其旋转，进而带动旋转轴拨动金属弹性基板以及压电元件使其形变，基于正压电效应产生电能；气体波动发电，即随着进入气缸气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸正常运动，活塞运动时气缸和混合发电装置内会产生不稳定的气体波动，不断地对旋转风扇施加交变的作用力，使旋转风扇带动旋转轴旋转，进而使金属弹性基板与压电元件产生弯曲形变，基于正压电效应产生电能；复位发电，即在旋转轴拨动金属弹性基板与压电元件的同时，金属弹性基板由于其自身的弹性回复力带动压电元件进行复位，从而有负电输出；电磁发电，即在旋转风扇带动旋转轴运动时，缠绕在旋转轴上的线圈做切割磁感线运动，基于电磁效应产生电能；重复上述工作过程，可实现本实用新型的连续发电。本实用新型具有结构简单、能量利用率高、噪声小以及成本低等技术优势，同时通过整流储能电路可将产生的电能进行收集整理，为物联网节点进行供能。该发明在气动技术领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机结构示意图；

图2 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中气缸的结构示意图；

图3 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中混合发电装置的剖视图；

图4 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中腔体端盖的剖视图；

图5 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中前部腔体组件的剖视图；

图6 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中旋转组件的结构示意图；

图7 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中旋转轴的侧视图；

图8 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中后端腔体组件的剖视图；

图9 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中后端腔体组件的侧视图；

图10 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中发电组件的结构示意图；

图11 所示为本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机中发电组件的侧视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1~图11说明本实施方式。

本实施方式提供一种气流冲击的转动式复合发电机的具体实施方案。本方案中所述一种气流冲击的转动式复合发电机由激励源和混合发电装置2组成，所述激励源可为气缸1，本具体实施方式中所述激励源以气缸1为例进行说明；

所述气缸1后端盖中心位置设有螺纹通孔1-1，其用于与混合发电装置2中腔体端盖2-1一侧端部的外螺纹一2-1-2旋合连接，实现气缸1与混合发电装置2的紧固连接。

所述混合发电装置2包括腔体端盖2-1、前端腔体组件2-2、旋转组件2-3和后端腔体组件2-4。

所述腔体端盖2-1一侧端部的外螺纹一2-1-2中心位置设有通孔一2-1-1，其用于实现气缸1与混合发电装置2之间气体的流通；所述腔体端盖2-1一侧端部设置有外螺纹一2-1-2，其用于与气缸1后端盖中心位置的螺纹通孔1-1旋合连接，实现气缸1与混合发电装置2的紧固连接；所述腔体端盖2-1另一侧端部设有外螺纹二2-1-3，其用于与前端腔体组件2-2中一侧端部位置的内螺纹2-2-1-1旋合连接，实现腔体端盖2-1与前端腔体组件2-2的紧固连接。

所述前端腔体组件2-2包括前端腔体2-2-1和紧定螺栓2-2-2。

所述前端腔体组件2-2中前端腔体2-2-1端部内侧设有内螺纹2-2-1-1，其用于与腔体端盖2-1一侧端部设有外螺纹二2-1-3旋合连接，实现前端腔体组件2-2中前端腔体2-2-1与腔体端盖2-1的紧固连接；所述前端腔体组件2-2中前端腔体2-2-1内部设有容腔2-2-1-2，其用于实现气缸1与混合发电装置2之间气体的流通以及容纳旋转组件2-3中的旋转风扇2-3-1；所述前端腔体组件2-2中前端腔体2-2-1内部设有固定腔2-2-1-3，其用于固定旋转组件2-3中旋转轴2-3-2，实现前端腔体组件2-2的密封以及前端腔体组件2-2与旋转组件2-3中旋转轴2-3-2的紧密配合；所述前端腔体组件2-2外侧端部设有内螺纹盲孔2-2-1-4，其用于与后端腔体组件2-4中的通孔二2-4-1-1相配合以及用于与前端腔体组件2-2中的紧定螺栓2-2-2旋合连接，实现前端腔体组件2-2与后端腔体组件2-4的紧固连接；所述前端腔体组件2-2中的紧定螺栓2-2-2，其用于与后端腔体组件2-4中的通孔二2-4-1-1配合和前端腔体组件2-2外侧端部的内螺纹盲孔2-2-1-4旋合连接，实现前端腔体组件2-2与后端腔体组件2-4的紧固连接。

所述旋转组件2-3包括旋转风扇2-3-1、旋转轴2-3-2、固定挡板2-3-3、固定螺栓2-3-4和线圈2-3-5。

所述旋转组件2-3中的旋转风扇2-3-1内侧设有通孔四2-3-1-1，其用于与旋转组件2-3中旋转轴2-3-2端部粘接，实现旋转风扇2-3-1与旋转轴2-3-2的紧固连接；所述旋转组件2-3中旋转轴2-3-2外侧设有环形凹槽2-3-2-2，其用于与密封圈2-3-2-1配合实现前端腔体组件2-2的密封；所述旋转组件2-3中旋转轴2-3-2外部设有平面2-3-2-3，其用于固定挡板2-3-3和线圈2-3-5的固定安装；所述旋转组件2-3中旋转轴2-3-2外部的平面2-3-2-3上设有内螺纹孔2-3-2-4，其用于与固定螺栓2-3-4旋合连接，实现固定挡板2-3-3和线圈2-3-5的固定连接；所述旋转组件2-3中固定挡板2-3-3，其用于线圈2-3-5的固定与限位；所述旋转组件2-3中固定挡板2-3-3设有圆形通孔2-3-3-1，用于与固定螺栓2-3-4配合，使固定螺栓2-3-4与平面2-3-2-3上所设的内螺纹孔2-3-2-4旋合连接；所述旋转组件2-3中的固定螺栓2-3-4，其用于与平面2-3-2-3上所设的内螺纹孔2-3-2-4旋合连接，实现固定挡板2-3-3和线圈2-3-5的固定安装；所述旋转组件2-3中设有线圈2-3-5，其用于后端腔体组件2-4中的永磁体2-4-3配合，使线圈2-3-5切割磁感线从而产生电能输出。

所述后端腔体组件2-4包括后端腔体2-4-1、发电组件2-4-2以及永磁体2-4-3。

所述后端腔体组件2-4中的后端腔体2-4-1端部设有通孔二2-4-1-1，其用于与前端腔体组件2-2中的内螺纹盲孔2-2-1-4和紧定螺栓2-2-2配合，实现后端腔体组件2-4与前端腔体组件2-2的紧固连接；所述后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1内部设有内腔2-4-1-2，其用于容纳旋转轴2-3-2、发电组件2-4-2和永磁体2-4-3；所述后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1底部设有通孔三2-4-1-3，其用于后端腔体组件2-4中发电组件2-4-2以及线圈2-3-5导线的引出，实现发电组件2-4-2以及线圈2-3-5产生电能对外输出；所述后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1侧壁设有n个矩形槽2-4-1-4结构，n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后端腔体组件2-4中发电组件2-4-2中的固定板2-4-2-1，实现后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1与发电组件2-4-2的紧固连接；所述后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1侧壁设有p个矩形凹槽2-4-1-5，p为大于等于1的正整数，其用于永磁体2-4-3的固定安装;所述后端腔体组件2-4中发电组件2-4-2中设有n个固定板2-4-2-1，n为大于等于1的正整数，其用于与后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1侧壁的矩形槽2-4-1-4粘接，实现发电组件2-4-2与后端腔体组件2-4中后端腔体2-4-1的紧固连接，以及用于与金属弹性基板2-4-2-2粘接，以实现固定板2-4-2-1与金属弹性基板2-4-2-2的紧固连接；所述后端腔体组件2-4中发电组件2-4-2设有m个金属弹性基板2-4-2-2，m为大于等于1的正整数，其用于粘接后端腔体组件2-4中发电组件2-4-2的压电元件2-4-2-3，实现金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3的紧固连接，以及与固定板2-4-2-1粘接，实现金属弹性基板2-4-2-2与固定板2-4-2-1的紧固连接；所述后端腔体组件2-4中设有永磁体2-4-3，其与后端腔体2-4-1侧壁所设的矩形凹槽2-4-1-5结构粘接，实现永磁体2-4-3与后端腔体2-4-1的紧固连接。

本实施方式的具体发电原理：利用气动压缩空气产生的轴向载荷作用于旋转风扇2-3-1，从而带动旋转轴2-3-2旋转，并拨动金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3使其产生弯曲形变，从而激发压电元件2-4-2-3产生电能。压缩空气可推动活塞使气缸1正常工作，在气缸1的运动过程中，由于气缸1内部容积产生变化，从而导致压缩气体产生波动，这种波动特性可以使非稳态的压缩空气不断地对旋转风扇2-3-1施加交变的作用力，使旋转风扇2-3-1带动旋转轴2-3-2旋转，进而使金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3产生弯曲形变，基于正压电效应产生电能。并随着金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3的复位，再次产生电能。在气动压缩空气的轴向载荷作用于旋转风扇2-3-1，从而带动旋转轴2-3-2旋转的整个过程中，使缠绕在旋转轴2-3-2上的线圈2-3-5做切割磁感线运动，基于电磁效应产生电能。

本实用新型提出的一种气流冲击的转动式复合发电机的发电过程可分为四个阶段：冲击过程发电、气体波动发电、复位过程发电以及电磁发电。具体发电过程如下：冲击发电阶段，气缸1由后端盖气孔流入的气体，一部分通过腔体端盖2-1一侧端部的通孔一2-1-1进入混合发电装置2，另一部分留在气缸1，进入混合发电装置2中的气流直接冲击旋转风扇2-3-1使其带动旋转轴2-3-2旋转，并拨动金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3使其产生形变，基于正压电效应产生电能；气体波动发电阶段，随着进入气缸1气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸1正常运动，活塞运动时气缸1和混合发电装置2内会产生不稳定的气体波动，不断地对旋转风扇2-3-1施加交变的作用力，使旋转风扇2-3-1带动旋转轴2-3-2旋转，进而使金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3产生弯曲形变，基于正压电效应产生电能；复位发电阶段，在旋转轴2-3-2拨动金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3的同时，金属弹性基板2-4-2-2由于其自身的弹性回复力带动压电元件2-4-2-3进行复位，从而有负电输出；电磁发电阶段，在旋转风扇2-3-1带动旋转轴2-3-2旋转的整个过程中，缠绕在旋转轴2-3-2上的线圈2-3-5做切割磁感线运动，基于电磁效应产生电能，重复上述工作过程，可实现本实用新型的连续发电。

Claims

1.一种气流冲击的转动式复合发电机，其特征在于: 所述混合发电装置（2）包括腔体端盖（2-1）、前端腔体组件（2-2）、旋转组件（2-3）和后端腔体组件（2-4）；所述腔体端盖（2-1）通过螺纹与前端腔体组件（2-2）旋合连接；所述前端腔体组件（2-2）通过紧定螺栓（2-2-2）与后端腔体组件（2-4）紧固连接；所述前端腔体组件（2-2）包括前端腔体（2-2-1）和紧定螺栓（2-2-2）；所述旋转组件（2-3）包括旋转风扇（2-3-1）、旋转轴（2-3-2）、固定挡板（2-3-3）、固定螺栓（2-3-4）和线圈（2-3-5）；所述旋转风扇（2-3-1）与旋转轴（2-3-2）胶粘连接；固定挡板（2-3-3）通过固定螺栓（2-3-4）与旋转轴（2-3-2）连接；所述后端腔体组件（2-4）包括后端腔体（2-4-1）、发电组件（2-4-2）以及永磁体（2-4-3）；所述后端腔体（2-4-1）与发电组件（2-4-2）胶粘连接；所述后端腔体（2-4-1）与永磁体（2-4-3）胶粘连接。

2.根据权利要求1所述的一种气流冲击的转动式复合发电机，其特征在于:所述腔体端盖（2-1）一侧端部设有外螺纹一（2-1-2）；所述外螺纹一（2-1-2）中心位置设有通孔一（2-1-1）；所述腔体端盖（2-1）另一侧端部设有外螺纹二（2-1-3）。

3.根据权利要求1所述的一种气流冲击的转动式复合发电机，其特征在于:所述前端腔体组件（2-2）中前端腔体（2-2-1）端部内侧设有内螺纹（2-2-1-1）；所述前端腔体组件（2-2）中前端腔体（2-2-1）内部设有容腔（2-2-1-2）；所述前端腔体组件（2-2）中前端腔体（2-2-1）内部设有固定腔（2-2-1-3）；所述前端腔体组件（2-2）外侧端部设有内螺纹盲孔（2-2-1-4）；所述前端腔体组件（2-2）设有紧定螺栓（2-2-2）。

4.根据权利要求1所述的一种气流冲击的转动式复合发电机，其特征在于:所述旋转组件（2-3）中的旋转风扇（2-3-1）内侧设有通孔四（2-3-1-1）；所述旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）外侧设有环形凹槽（2-3-2-2）；旋转组件（2-3）设有密封圈（2-3-2-1）；所述旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）外部设有平面（2-3-2-3）；所述旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）外部的平面（2-3-2-3）上设有内螺纹孔（2-3-2-4）；所述旋转组件（2-3）中固定挡板（2-3-3）；所述旋转组件（2-3）中固定挡板（2-3-3）设有圆形通孔（2-3-3-1）；所述旋转组件（2-3）设有固定螺栓（2-3-4）；所述旋转组件（2-3）设有线圈（2-3-5）。

5.根据权利要求1所述的一种气流冲击的转动式复合发电机，其特征在于:所述后端腔体组件（2-4）中的后端腔体（2-4-1）端部设有通孔二（2-4-1-1）；所述后端腔体组件（2-4）中后端腔体（2-4-1）内部设有内腔（2-4-1-2）；所述后端腔体组件（2-4）中后端腔体（2-4-1）底部设有通孔三（2-4-1-3）；所述后端腔体组件（2-4）中后端腔体（2-4-1）侧壁设有n个矩形槽（2-4-1-4）结构，n为大于等于1的正整数；所述后端腔体组件（2-4）中后端腔体（2-4-1）侧壁设有p个矩形凹槽（2-4-1-5），p为大于等于1的正整数;所述后端腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）中设有n个固定板（2-4-2-1），n为大于等于1的正整数；所述后端腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）设有m个金属弹性基板（2-4-2-2），m为大于等于1的正整数；所述后端腔体组件（2-4）中设有永磁体（2-4-3）。

6.根据权利要求1所述的一种气流冲击的转动式复合发电机，其特征在于:所述激励源可为气缸、气动阀、气动马达等气动元件。