一种振动能回收发电装置的制作方法

本发明涉及能量回收技术领域，具体涉及一种振动能回收发电装置。

背景技术：

现有的振动能回收装置多是针对燃油或电动汽车减震的振动能回收，通常是使用永磁交流发电机(磁铁切割感应线圈发电)产生电能并储存。也有基于压电效应发电的方法。这些发电的方法或装置的最大缺点是：1.单次振动发电时间短，不利于电能的储存；2.系统较复杂，投资较高。针对我国使用量超大的电动摩托车，目前尚无经济有效的方法回收它的振动能量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，现有的振动能回收发电装置不利于电能的储存且系统较复杂。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种振动能回收发电装置，包括：振动装置、液压传动装置、动能转变装置、能量储存装置和发电机，所述振动装置与液压传动装置连接，液压传动装置与动能转变装置连接，动能转变装置与能量储存装置连接，能量储存装置与发电机连接；

动能转变装置包括：第一滑块、第二滑块和可转动的主动齿轮，液压传动装置与第一滑块连接并可驱动第一滑块直线运动，第二滑块设置在主动齿轮的端面上，且第二滑块位于第一滑块的运动方向上，第一滑块和第二滑块的正对面均为斜面；

第一滑块相对第二滑块运动进而带动第二滑块和主动齿轮转动，能量储存装置将主动齿轮的转动动能转变为弹性势能并储存，发电机将所述弹性势能转变为电能。

所述振动装置包括振动弹簧，振动弹簧上端可上下振动，振动弹簧上端设置连接杆，连接杆另一端连接有顶杆，顶杆纵向轴线与振动弹簧振动方向平行；

液压传动装置包括：内装液压油的液压管a、液压管b、液压管c和液压管d，液压管a右端和液压管b右端分别设置在顶杆的上端和下端，液压管a右端和液压管b右端与顶杆上端或下端正对的位置均设置有凸起的弹性密封帽；

液压管a右端和液压管b右端分别与液压管c上端和液压管d上端连接，连接方式为二者可滑动地套设在一起，液压管c下端和液压管d下端均与第一滑块连接。

液压管c和液压管d与第一滑块之间设置有密封圆筒，液压管c下端和液压管d下端均与密封圆筒连接；密封圆筒向下延伸出安装板，第一滑块固定在所述安装板上，密封圆筒与主动齿轮的端面之间还设置有可伸缩的导杆，导杆下端固定在主动齿轮的端面上，上端可转动地固定在密封圆筒上，或者导杆下端可转动地安装在主动齿轮的端面上，上端固定在密封圆筒上；密封圆筒与主动齿轮的端面之间设置有第一弹性复位装置。

所述能量储存装置包括第一齿轮、第二齿轮和卷簧，第一齿轮与主动齿轮啮合，第二齿轮与第一齿轮正对且平行，第二齿轮固定在转轴上，转轴底部靠近第一齿轮端面；

卷簧呈螺旋状设置在第一齿轮的端面上，卷簧中心固定在所述转轴上，卷簧最外圈的末端固定在齿轮端面上；第一齿轮外周设有防止第一齿轮反向转动的棘轮；

所述发电机的输入轴上设置有第三齿轮，第三齿轮与第二齿轮啮合。

第三齿轮上设置有限位装置，限位装置包括：控制元件、限位块、电磁铁和继电器，限位块设置在第三齿轮外周，限位块上设置有第二弹性复位装置，限位块在初始位置时可阻挡第三齿轮转动；电磁铁与限位块相邻设置，限位块与电磁铁相邻的侧面为导磁材料，或该侧面上设置连接块，所述连接块的材质为导磁材料；

第一齿轮外设置有计数器，计数器可检测第一齿轮转过的圈数，计数器与控制元件电连接，控制元件与继电器电连接；

计数器检测到主动齿轮转过预设圈数之后，控制元件向继电器发送脉冲信号，继电器控制电磁铁通电，电磁铁控制限位块远离第二齿轮。

所述限位块包括外筒，外筒一端的开口处设置封盖，封盖上开设有通孔，外筒内设置导杆，导杆穿过该通孔并可在外筒内移动；导杆一端设置连接块，另一端设置限位齿条，限位齿条与第二齿轮可啮合；连接块的材质为导磁材料；外筒内还设置第二弹性复位装置，第二弹性复位装置一端与限位齿条固定连接，另一端固定在封盖上。

所述计数器在每一次发送脉冲信号之后重新计数。

所述计数器为光电计数传感器。

第一弹性复位装置为弹片或弹簧；第二弹性复位装置为弹片或弹簧。

第二滑块包括一个以上并沿主动齿轮周向对称分布，第一滑块包括一个以上并分别与一个以上第二滑块的位置分别对应。

相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明卷簧、限位装置及棘轮的设置可将不连续的振动能储存，发电时可以产生连续的直流电，利于电能的储存和使用。弹簧的振动能通过液压传动装置传递，不仅结构简单，而且有助于储存和发电单元的灵活布置。本发明的整体结构简单，容易推广，振动能回收效率高。

附图说明

图1为本发明的振动能回收发电装置的结构示意图；

图2为本发明的限位块的剖视图。

图中，11、振动装置，12、连接杆，13、顶杆，21、液压管a，22、液压管b，23、液压管c，24、液压管d，25、弹性密封帽，26、密封圆筒，27、安装板，31、第一滑块，32、第二滑块，33、斜面，34、主动齿轮，41、第一齿轮，42、第二齿轮，43、卷簧，44、转轴，45、棘轮，46、计数器，51、发电机，52、第三齿轮，61、限位块，611、外筒，612、导杆，613、连接块，614、限位齿条，615、封盖，616、第二弹性复位装置，62、电磁铁，63、继电器。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种振动能回收发电装置，包括：振动装置11、液压传动装置、动能转变装置、能量储存装置和发电机51，振动装置11与液压传动装置连接，液压传动装置与动能转变装置连接，动能转变装置与能量储存装置连接，能量储存装置与发电机51连接。

振动装置11包括振动弹簧，振动弹簧上端可上下振动；振动弹簧上端设置连接杆12，连接杆12另一端连接有顶杆13，顶杆13纵向轴线与振动弹簧振动方向平行。

液压传动装置包括：内装液压油的液压管a21、液压管b22、液压管c23和液压管d24，液压管a21右端和液压管b22右端分别设置在顶杆13的上端和下端，液压管a21右端和液压管b22右端与顶杆上端或下端正对的位置均设置有凸起的弹性密封帽25，例如橡胶密封帽，弹性密封帽25可实现凹凸变化。顶杆向上移动时可以顶到液压管a21右端的弹性密封帽，顶杆向下移动时可以顶到液压管b22右端的弹性密封帽，从而使顶杆的振动能通过液压管a21或液压管b22内的液压油传递至液压管c23或液压管d24。也可将顶杆13的上端和下端设置凸起，此时顶杆13挤压弹性密封帽25后液压油的动量变化会更大。

液压管a21右端和液压管b22右端分别与液压管c23上端和液压管d24上端连接，连接方式为液压管a21和液压管c23可滑动地套设在一起，液压管b22和液压管d24可滑动地套设在一起，并且液压管a21、液压管c23之间，以及液压管b22、液压管d24之间无缝隙，保证液压油不会从两个液压管的结合处漏出。

液压管a、液压管c也可采用活塞式液压缸的形式，即液压管a改为液压缸，液压管c改为活塞并伸入液压缸内，只要能够实现将液压管a的动能传递至液压管c即可。液压管b、液压管d也可采用活塞式液压缸的形式，即液压管b改为液压缸，液压管d改为活塞并伸入液压缸内，只要能够实现将液压管b的动能传递至液压管d即可。

动能转变装置包括：第一滑块31、第二滑块32和可转动的主动齿轮34，液压传动装置与第一滑块31连接并可驱动第一滑块31直线运动，第二滑块32设置在主动齿轮34的端面上，且第二滑块32位于第一滑块31的运动方向上，第一滑块31和第二滑块32的正对面为互相平行的斜面33，二者也可以为不平行的斜面；第二滑块32包括一个以上并沿主动齿轮34周向对称分布，第一滑块31包括一个以上并分别与一个以上第二滑块32的位置分别对应。

第一滑块31或第二滑块32的个数、尺寸以及斜面的长度、宽度及倾斜角度都需要根据振动弹簧振动能的大小进行设置，确保能够实现第一滑块31相对第二滑块32滑动进而带动第二滑块32和主动齿轮34转动，并且在前一次第一滑块相对第二滑块做完下切运动之后，仍有第二滑块的斜面位于第一滑块的斜面之下，保证下一次第一滑块仍能相对第二滑块做下切运动。在本发明的一个实施例中，第一滑块和第二滑块分别设置两个，第一滑块的斜面宽度小于第二滑块的斜面宽度。初始位置时，第一滑块的斜面最底端对准第二滑块的斜面最高端。

第一滑块31相对第二滑块32滑动进而带动第二滑块32和主动齿轮34转动，能量储存装置将主动齿轮34的转动动能转变为弹性势能并储存，发电机51将弹性势能转变为电能。

液压管c23和液压管d24与第一滑块31之间设置有密封圆筒26，液压管c23下端和液压管d24下端均与密封圆筒26连接，密封圆筒向下延伸出安装板27，第一滑块固定在安装板27上，密封圆筒与主动齿轮的端面之间还设置有可伸缩的导杆，导杆下端固定在主动齿轮的端面上，上端可转动地固定在密封圆筒上，或者导杆下端可转动地安装在主动齿轮的端面上，上端固定在密封圆筒上；密封圆筒与主动齿轮的端面之间设置有第一弹性复位装置，第一弹性复位装置为弹片或弹簧，弹簧可套设在导杆上。第一弹性复位装置可在振动弹簧未振动时驱动密封圆筒26复位至初始位置。初始位置时，第一滑块31和第二滑块32之间预留有一定的距离，便于第一滑块31和第二滑块32做相对运动。

能量储存装置包括：第一齿轮41、第二齿轮42和卷簧43，第一齿轮41与主动齿轮34啮合，第二齿轮42与第一齿轮41正对且平行，第二齿轮42固定在转轴44上，转轴44底部靠近第一齿轮41端面；卷簧43呈螺旋状设置在第一齿轮41的端面上，卷簧43中心固定在转轴44上，卷簧43最外圈的末端固定在齿轮端面上；第一齿轮41上设有防止输入第一齿轮41反向转动的棘轮45，第一齿轮41只能沿一个方向持续转动。第一齿轮41沿一个方向持续转动时，卷簧43不断收缩。弹簧未振动时，由于棘轮45的作用，可使第一齿轮41保持在当前位置而不会在卷簧43的带动下反向转动。因此可以将振动弹簧不连续的振动能储存在卷簧43内。发电机51的输入轴上设置有第三齿轮52，第三齿轮52与第二齿轮42啮合。

第三齿轮52上设置有限位装置，限位装置包括：控制元件、限位块61、电磁铁62和继电器63，限位块61设置在第三齿轮42外周。如图2所示，限位块61包括外筒611，外筒611内可滑动地设置导杆612，具体地，外筒611一端的开口处设置封盖615，封盖615上开设有通孔，导杆612穿过该通孔并可在外筒611内移动。导杆612一端设置连接块613，另一端设置限位齿条614；限位齿条614与第三齿轮42可啮合。外筒611内还设置第二弹性复位装置616，第二弹性复位装置为弹片或弹簧。图2中第二弹性复位装置为弹簧，其套在导杆612外，一端与限位齿条614固定连接，另一端固定在圆筒内的封盖615上。限位块61在初始位置时可阻挡第二齿轮42转动。第二弹性复位装置可在电磁铁62断电时驱动限位块61恢复至初始位置。电磁铁62与限位块61相邻设置，限位块61与电磁铁62相邻的侧面为导磁材料，或电磁铁62与连接块613相邻设置，连接块613的材质为导磁材料，例如铁块。

第一齿轮41外设置有计数器46，计数器46可检测第一齿轮41转过的圈数，继电器63与控制元件电连接，控制元件与计数器46电连接，计数器46检测到主动齿轮34转过预设圈数之后，控制元件向继电器63发送脉冲信号，继电器63控制电磁铁62开始通电，电磁铁62控制限位块61远离第二齿轮42。此时卷簧43的弹性势能得以释放，卷簧43带动第二齿轮42转动，进而带动第三齿轮52转动，最终带动发电机51发电。卷簧和主动齿轮相当于发条。发电时可以产生连续的直流电，有利于电能的储存和使用。

其中，计数器46在每一次发送脉冲信号之后重新计数。计数器46为光电计数传感器。预设圈数根据卷簧43的尺寸设定，当主动齿轮34转过预设圈数时，卷簧43的弹性势能达到最大。

本发明的工作原理如下：本发明的振动弹簧为汽车、摩托车或电动车内的减震弹簧，汽车、摩托车或电动车在行驶的过程中，减震弹簧上下振动，带动顶杆13上下移动。顶杆13向上移动挤压液压管a21的弹性密封帽25，通过液压油推动液压管c23向下移动，从而将振动弹簧的振动能转变为液压管的压力传递出去。顶杆13向上移动挤压液压管b22的弹性密封帽25，通过液压油推动液压管d24向下移动，从而将振动弹簧的振动能转变为液压管的压力传递出去。液压管c23或液压管d24向下移动带动第一滑块31向下移动，第一滑块31相对第二滑块32做下切运动，驱动第二滑块32运动，进而带动主动齿轮34转动。至此，振动动能转化为了主动齿轮34的转动动能。

卷簧43最外圈随主动齿轮34的转动而转动，使得卷簧43不断收缩，转动动能不断转化为弹性势能保存在卷簧43内。当主动齿轮34转过预设圈数之后，卷簧43的弹性势能达到最大，计数器46向继电器63发送脉冲信号，继电器63控制电磁铁62通电，电磁铁62控制限位块61远离第二齿轮42。此时卷簧43的弹性势能得以释放，卷簧43带动第二齿轮42转动，进而带动第三齿轮52转动，最终带动发电机51发电。

以下详细说明本发明的振动能回收发电装置的发电能量理论计算过程：

一个小时内能振动能回收发电装置回收的能量w2，使用下式(1)和(2)表示。其中，f为拧发条的力，r为卷簧半径，振动回收装置可设置多个，x为振动回收装置的个数，n1为一个小时内的有效振动次数，有效振动指的是振动能可以传递并转换为卷簧的弹性势能。

w2＝x·n1·w′2(1)

w′2＝2πr·f(2)

假设拧发条的力f＝25n，一个小时的有效振动次数n1＝250次，卷簧半径r＝0.2m，由于一台电动车会安装四个振动能量回收装置，分别是前轮两个和后轮两个，则x＝4，则一个小时内能回收的能量w2＝31250j。

综上所述，本发明的有益效果如下：

1.卷簧、限位装置及棘轮的设置可将不连续的振动能储存，发电时可以产生连续的直流电，利于电能的储存和使用。

2.振动能通过液压传动装置传递，不仅结构简单，而且有助于储存和发电单元的灵活布置，多个减震弹簧的振动能可以集中传递到一处进行储存和发电。

3.整体结构简单，容易推广，振动能回收效率高。该技术可以改装现有电动摩托车，实现振动能的回收。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。