一种能量采集转化系统的制作方法

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种能量采集转化系统。

背景技术：

在化石能源日益短缺匮乏以及使用化石能源导致环境污染日益加重的现代社会，人们开始采集自然界中丰富的清洁能源，例如风能、海浪动能等等，以上能量的总量大且使用时几乎不会造成环境污染、但却分散且不稳定，难以持续供能。

现有技术中有关于采集风能、海浪动能装置的记载，大多是通过风能、海浪动能直接驱动扇叶、扇轮类结构单向转动实现机械能的采集，此类装置单次采集得到的能量小，难以直接加以利用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，在于提供一种能量采集转化系统，利用本发明的装置，可以采集得到自然界中分散的机械能，并将其转化为势能累积、存储至一定量，运用时再加以释放。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种能量采集转化系统，包括：

能量采集组件，所述能量采集组件包括采集件、传动组件和气缸，所述采集件在外界动能作用下摆动，驱动所述传动组件中的输出轴转动，所述输出轴通过传递件带动所述气缸的活塞往复运动；

能量储存组件，所述能量储存组件包括至少一个压缩空气存储罐，所述气缸中的气体受所述活塞的压缩作用通过一级管道进入所述压缩空气存储罐进行存储；

能量输出组件，所述能量输出组件包括气动马达，当所述压缩空气存储罐中的空气的压力达到设定值时，可驱动所述气动马达带动所述能量输出轴转动。

在一种优选的实施方式中，所述采集件在外界动能作用下在一个方向的正向与反向间往复摆动；

所述传动组件中两块相对设置的壁板间设置若干相互平行且与所述壁板铰接的接收轴、中间轴和所述输出轴；设置正转齿轮组，所述正转齿轮组包括若干安装于所述接收轴、所述输出轴上的齿轮，所述采集件正向摆动时驱动所述接收轴带动所述正转齿轮组传动、最终带动所述输出轴朝设定方向转动；设置反转齿轮组，所述反转齿轮组包括若干安装于所述接收轴、所述中间轴、所述输出轴上的齿轮，所述采集件反向摆动时驱动所述接收轴带动所述反转齿轮组传动、最终带动所述输出轴朝所述设定方向转动。

在一种优选的实施方式中，设置一根所述接收轴、一根所述输出轴以及两根所述中间轴，两根所述中间轴分别为靠近所述接收轴设置的第一中间轴以及靠近所述输出轴设置的第二中间轴；

所述正转齿轮组包括设置在所述接收轴上的一级正向齿轮和设置在所述第二中间轴上与所述一级正向齿轮啮合的二级正向齿轮；

所述反转齿轮组包括设置在所述接收轴上的一级反向齿轮、设置在所述第一中间轴上与所述一级反向齿轮啮合的二级反向齿轮、设置在所述第二中间轴上与所述二级反向齿轮啮合的三级反向齿轮；

所述第二中间轴上还设置有中间齿轮，所述输出轴上设置有与所述中间齿轮啮合的输出齿轮；

所述一级正向齿轮与所述接收轴之间、所述二级正向齿轮与所述第二中间轴之间，至少一处设置第一单向轴承；所述一级反向齿轮与所述接收轴之间、所述二级反向齿轮与所述第一中间轴之间、所述三级反向齿轮与所述第二中间轴之间，至少一处设置第二单向轴承。

在一种优选的实施方式中，所述传递件包括一端与所述输出轴固定连接的曲轴，所述曲轴与所述活塞的活塞杆铰接，所述曲轴随所述输出轴转动时通过所述活塞杆带动所述活塞往复运动。

在一种优选的实施方式中，设置若干个通过二级管道连通的所述压缩空气存储罐，所述二级管道上设置气阀。

在一种优选的实施方式中，设置三级管道连通所述压缩空气存储罐和所述气动马达，所述三级管道上设置可打开或关闭的阀门，当所述压缩空气存储罐中的空气的压力达到所述设定值时，可打开所述阀门，所述压缩空气存储罐中的空气驱动所述气动马达，当所述压缩空气存储罐中的空气的压力低于所述设定值时，所述阀门关闭。

在一种优选的实施方式中，所述能量输出轴上设置飞轮。

在一种优选的实施方式中，设置离合器，所述气动马达通过所述离合器带动所述能量输出轴转动。

在一种优选的实施方式中，设置测压仪对所述压缩空气存储罐中的空气压力进行测量，和/或设置测速仪对能量输出轴的转速进行测量。

在一种优选的实施方式中，设置发电机，所述发电机的转子与所述能量输出轴连接，所述能量输出轴转动时带动所述发电机的转子做切割磁感线运动。

本发明的有益效果是：

本发明包括能量采集组件、能量存储组件和能量输出组件，所述能量采集组件中的采集件在外界动能(例如风能、海浪动能)的作用下摆动，驱动输出轴在转动过程中通过传递件带动气缸活塞往复运动；气缸中的气体受活塞压缩作用通过一级管道进入能量存储组件中的压缩空气存储罐进行存储；压缩空气存储罐中的空气的压力达到设定值时驱动气动马达，气动马达通过传动件带动能量输出轴转动。以上结构可以采集得到自然界中分散的机械能，并将其转化为势能累积、存储至一定量，运用时再加以释放。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的组成结构示意图；

图2是本发明中能量采集组件的一个实施例的结构示意图；

图3是图2实施例中传动组件的结构示意图；

图4是本发明中传动组件的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，除非另有说明。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

图1是本发明的一个实施例的组成结构示意图；图2是本发明中能量采集组件的一个实施例的结构示意图；图3是图2实施例中传动组件的结构示意图；图4是本发明中传动组件的另一个实施例的示意图；参照图1至图4，该能量采集转化系统包括：

能量采集组件、能量储存组件和能量输出组件。

图1中箭头所示方向为气流流动方向。

参照图1至图4，其中，能量采集组件包括采集件1、传动组件和气缸2；采集件1在外界分散的动能作用下摆动，驱动传动组件中的输出轴转动，输出轴通过传递件带动气缸2中的活塞2a往复运动。

能量存储组件包括至少一个压缩空气存储罐3，气缸2中的气体在活塞2a往复运动的过程中受压形成高压气流，高压气流通过一级管道4进入压缩空气存储罐3中进行存储。

能量采集组件和能量存储组件实现外界分散机械能的采集，并将其转化为势能进行累积和存储。

当压缩空气存储罐3中的气压达到设定值时(此设定值为可驱动气动马达5的气体压力)，压缩空气存储罐3中的气体作用于气动马达5，气动马达5带动能量输出轴6转动。此时将集中存储的势能转化为机械能进行输出，此时得到累积的能量可以直接输出，能够满足更多场合的使用需求；自然界中分散机械能的采集，其应用可以减少传统化石能源的使用，有利于保护环境。

在本发明如图2、图3、图4所示的实施例中：

优选地，设采集件1在外界分散的机械能作用下在一个方向的正向与反向间往复摆动。设图2中a向为采集件的正向摆动方向，b向为采集件的反向摆动方向。其中正向、反向为人为设定的相对方向，并不具有特别的限定意义。

传动组件中包括至少两块相对设置的壁板c，两块相对设置的壁板c之间设置若干相互平行的接收轴、输出轴和中间轴，此处接收轴、输出轴和中间轴各自与壁板c铰接，可绕各自中心轴的转动。

设置正转齿轮组与反转齿轮组，二者均包括若干齿轮；正转齿轮组包括的齿轮安装在接收轴与输出轴上，反转齿轮组包括的齿轮安装在接收轴、中间轴与输出轴上。

当采集件1正向摆动时，驱动接收轴转动，进而通过正转齿轮组带动输出轴朝设定方向单向转动；当采能组件中的采集件1反向摆动时，驱动接收轴转动，进而通过反转齿轮组带动输出轴朝同样的设定方向单向转动。

以上结构可以实现：无论采集件1正向摆动还是反向摆动，均可以分别通过正转齿轮组与反转齿轮组实现输出轴朝同一个设定方向稳定地单向转动。采集件1在正向、反向摆动时均能够实现能量的采集，显著提高了能量采集的效率。

此处，设置正转齿轮组中的齿轮数目与反转齿轮组中的齿轮数目相差奇数个，即可以在采集件1分别向相反方向转动时，实现输出轴转动方向一致。

优选地，本发明中传动组件存在如图4所示的实施例：

设置一根接收轴7a，一根输出轴8a以及一根中间轴9a，一般地，在空间允许的条件下，设置接收轴7a、输出轴8a以及中间轴9a的两端均铰接于壁板c上，以保证以上各轴在转动时的稳定性；当然，当安装空间有限时，也可以在不影响以上各轴正常转动的条件下，使其一端与壁板c铰接。此处，如图3中所示，中间轴9a仅一端与壁板c铰接，接收轴7a、输出轴8a的两端均与壁板c铰接。

正转齿轮组包括设置在接收轴7a上的一级正向齿轮10a，以及设置在输出轴8a上与一级正向齿轮10a啮合的二级正向齿轮10b；反转齿轮组包括设置在接收轴7a上的一级反向齿轮11a、设置在中间轴9a上与一级反向齿轮11a啮合的二级反向齿轮11b，以及设置在输出轴8a上与二级反向齿轮11b啮合的三级反向齿轮11c。

其中，在一级正向齿轮10a与接收轴7a之间、二级正向齿轮10b与输出轴8a之间，至少一处设置第一单向轴承(图中未示出)，以此实现正向齿轮组的单向传动。

在一级反向齿轮11a与接收轴7a之间、二级反向齿轮11b与中间轴9a之间、三级反向齿轮11c与输出轴8a之间，至少一处设置第二单向轴承(图中未示出)，以此实现反向齿轮组的单向传动。

当正转齿轮组传动时，反转齿轮组中与第二单向轴承配合的齿轮相对所在的接收轴7a或输出轴8a或中间轴9a空转；同样地，当反转齿轮组传动时，正转齿轮组中与第一单向轴承配合的齿轮相对所在的接收轴7a或输出轴8a空转；正转齿轮组的传动与反转齿轮组的传动互不干扰。此时反转齿轮组比正转齿轮组多设置一齿轮，无论是正转齿轮组传动还是反转齿轮组传动，均可使输出轴8a转动且转动方向一致。

优选地，本发明中的传动组件还存在一种实施例(未图示)。在该实施例中，设置一根接收轴，一根输出轴以及两根中间轴，两根中间轴包括靠近接收轴设置的第一中间轴以及靠近输出轴设置的第二中间轴；一般地，在空间允许的条件下，设置接收轴、输出轴、第一中间轴以及第二中间轴的两端均铰接于壁板c上，以保证以上各轴在转动时的稳定性；当然，当安装空间有限时，也可以在不影响以上各轴正常转动的条件下，使其一端与壁板c铰接。

正转齿轮组包括设置在接收轴上的一级正向齿轮、设置在第二中间轴上与一级正向齿轮啮合的二级正向齿轮、设置在输出轴上与二级正向齿轮啮合的三级正向齿轮；反转齿轮组包括设置在接收轴上的一级反向齿轮、设置在第一中间轴上与一级反向齿轮啮合的二级反向齿轮、设置在第二中间轴上与二级反向齿轮啮合的三级反向齿轮、设置在输出轴上与三级反向齿轮啮合的四级反向齿轮。

其中，在一级正向齿轮与接收轴之间、二级正向齿轮与第二中间轴之间、三级正向齿轮与输出轴之间，至少一处设置第一单向轴承，以此实现正向齿轮组的单向传动。

在一级反向齿轮与接收轴之间、二级反向齿轮与第一中间轴之间、三级反向齿轮与第二中间轴之间、四级反向齿轮与输出轴之间，至少一处设置第二单向轴承，以此实现反向齿轮组的单向传动。

当正转齿轮组传动时，反转齿轮组中与第二单向轴承配合的齿轮相对所在的接收轴或输出轴或第一中间轴或第二中间轴空转；同样地，当反转齿轮组传动时，正转齿轮组中与第一单向轴承配合的齿轮相对所在的接收轴或输出轴或第二中间轴空转；正转齿轮组的传动与反转齿轮组的传动互不干扰，并且无论是正转齿轮组传动还是反转齿轮组传动，均可使输出轴转动且转动方向一致。

优选地，本发明中传动组件还存在如图2、图3中所示的实施例：

设置一根接收轴7b，一根输出轴8b以及两根中间轴，两根中间轴包括靠近接收轴7b设置的第一中间轴9b以及靠近输出轴8b设置的第二中间轴9c；一般地，在空间允许的条件下，设置接收轴7b、输出轴8b、第一中间轴9b以及第二中间轴9c的两端均铰接于壁板c上，以保证以上各轴在转动时的稳定性；当然，当安装空间有限时，也可以在不影响以上各轴正常转动的条件下，使其一端与壁板c铰接。此处，如图2、图3中所示，第一中间轴9b仅一端与壁板c铰接，接收轴7b、输出轴8b以及第二中间轴9c的两端均与壁板c铰接。

在图1、图2所示的实施例中，正转齿轮组包括设置在接收轴7b上的一级正向齿轮10c和设置在第二中间轴9c上与一级正向齿轮10c啮合的二级正向齿轮10d；反转齿轮组包括设置在接收轴7b上的一级反向齿轮11d、设置在第一中间轴9b上与一级反向齿轮11d啮合的二级反向齿轮11e以及设置在第二中间轴9c上与二级反向齿轮11e啮合的三级反向齿轮11f。

第二中间轴9c上还设置有中间齿轮12，输出轴8b上设置有与中间齿轮12啮合的输出齿轮13。

其中，在一级正向齿轮10c与接收轴7b之间、二级正向齿轮10d与第二中间轴9c之间，至少一处设置第一单向轴承(图中未示出)，以此实现正向齿轮组的单向传动。

在一级反向齿轮11d与接收轴7b之间、二级反向齿轮11e与第一中间轴9b之间、三级反向齿轮11f与第二中间轴9c之间，至少一处设置第二单向轴承(图中未示出)，以此实现反向齿轮组的单向传动。

当正转齿轮组传动时，反转齿轮组中与第二单向轴承配合的齿轮相对所在的接收轴7b或第一中间轴9b或第二中间轴9c空转；同样地，当反转齿轮组传动时，正转齿轮组中与第一单向轴承配合的齿轮相对所在的接收轴7b或第二中间轴9c空转；正转齿轮组的传动与反转齿轮组的传动互不干扰。此时反转齿轮组比正转齿轮组多设置一齿轮，无论是正转齿轮组传动还是反转齿轮组传动，均可使输出轴8b转动且转动方向一致。

以上实施例中，当输出轴朝设定方向单向转动时通过传递件带动气缸中的活塞2a往复运动，实现输出轴的动能向气缸2转化，形成可以持续、稳定输出的能量源。

此处，优选地，如图2、图3所示，传递件包括一端与输出轴固定连接的曲轴14，曲轴14与活塞2a的活塞杆铰接，输出轴转动时带动曲轴14转动，曲轴14通过活塞杆带动活塞2a在气缸2中往复运动。当气缸2中的气体被压缩时，能量以势能形式累积、储存，待势能转移至压缩空气存储罐3后，曲轴14拉动活塞2a回位。优选地，可以设置若干个气缸2，每个气缸2的活塞杆均与曲轴14铰接。进一步地，若干个活塞杆分别铰接在曲轴14的不同弯曲部，使得曲轴14在转动过程中，对部分气缸2活塞2a进行推动，同时对部分气缸2活塞2a进行拉动，此时单个活塞2a受推动的气缸2所分配到的能量更大，更容易累积达到适宜转移的标准。

在以上各种实施例中，优选地，采能组件还包括如图2所示的两根连杆15或如图3、图4所示的一根连杆15，每根连杆15的一端与采集件1固定连接，另一端与接收轴固定连接。此处，优选地，采集件1优选为浮板或如图2所示的浮筒，浮板或浮筒在外界动能较小的情况下也能够摆动，进而实现动能采集。以外界环境为海洋距离，海浪浮动时带动浮筒起伏，以简单结构实现采集件1的摆动。

采集件1、传动组件和气缸2形成的组合设置有若干组，可同时作用，采集外界机械能并转化为势能；同时，设置若干压缩空气存储罐3，用于存储气缸2产生的高压气流；此时，一级管道4连通任一气缸2与任一压缩空气存储罐3即可。

在如图1所示的实施中，以采集件1、传动组件和气缸2形成的组合设置有三组为例，每组组合中的气缸2通过一级管道4共同连通同一压缩空气存储罐3。此处，优选地，在一级管道4上设置单向阀(图中未示出)，更好地控制气缸2中的高压单向流入压缩空气存储罐3。

若干个压缩空气存储罐3之间设置二级管道16，其中，任一压缩空气存储罐3可与任一压缩空气存储罐3连通。在如图1所示的实施例中，以压缩空气存储罐3设置有三个为例，分别为第一压缩空气存储罐3a，第二压缩空气存储罐3b和第三压缩空气存储罐3c，第一压缩空气存储罐3a与第二压缩空气存储罐3b连通，第二压缩空气存储罐3b与第三压缩空气存储罐3c连通，连通用二级管道16上设置若干个气阀17。

如图1所示的发明实施例在实际工作过程中，三个气缸2中的高压气流通过一级管道4流入第一压缩空气存储罐3a，当第一压缩空气存储罐3a中的气压达到一定值时，打开第一压缩空气存储罐3a与第二压缩空气存储罐3b之间二级管道16上的气阀17，气流流入第二压缩空气存储罐3b；当第二压缩空气存储罐3b中的气压达到一定值时，打开第二压缩空气存储罐3b与第三压缩空气存储罐3c之间二级管道16上的气阀17，气流流入第三压缩空气存储罐3c，此处可将第二压缩空气存储罐3b和第三压缩空气存储罐3c看作是第一压缩空气存储罐3a的备用罐，气阀17设置为单向气阀。

优选地，如图1所示实施例中，设置三级管道18将每一个压缩空气存储罐3与气动马达5连通，每一条连通路径上设置可打开或关闭的阀门19，当压缩空气存储罐3中的空气的压力达到设定值时，可打开阀门19打开，压缩空气存储罐3中的空气驱动气动马达5，当压缩空气存储罐3中的空气的压力低于设定值时，阀门19关闭。进一步地，可设置测压仪22对压缩空气存储罐3中空气的压力进行测定。

优选地，如图1所示实施例中，在能量输出轴6上设置飞轮20，此时，当气动马达5带动能量输出轴6转动时，飞轮20储能，当气动马达5未受压缩空气存储罐3驱动带动能量输出轴6转动时，能量输出轴6可从飞轮20中获得动能，实现能量输出轴6持续且相对稳定地转动。

优选地，如图1所示实施例中，设置离合器21，离合器2闭合时，气动马达5通过离合器21带动能量输出轴6转动，当能量输出轴6的转速达到一定值时，离合器21松开，气动马达5停转，能量输出轴6维持稳定转速。进一步地，可设置测速仪23对能量输出轴6的转速进行测量。

此处，可将离合器21设置为气动离合器，从三级管道18分出气体分流管道，气体分流管道中的气体对气动离合器进行控制。更优选地，将离合器21设置为超越离合器。

优选地，如图1所示实施例中，设置发电机24，发电机24的转子与能量输出轴6连接，能量输出轴6转动时带动发电机24的转子做切割磁感线运动，产生电流。当能量输出轴6以一定转速稳定转动时，可以带动发电机24持续稳定发电。至此本能量采集转化系统将外界分散机械能转化为可以直接利用的电能。

更优选地，还可设置弧形外壳(图中未示出)，所述弧形外壳包覆能量储存组件、能量输出组件和能量采集组件的大部分结构，只将采集件1留在弧形外壳外部随外界机械能摆动。弧形外壳对能量储存组件、能量输出组件和能量采集组件的结构进行保护，尤其当能量采集转化系统建在海上或海边，采集海浪动能时，弧形外罩可以防止海浪拍打能量储存组件、能量输出组件和能量采集组件，对以上结构造成损伤，还可以防止以上结构泡在海水中发生锈蚀。

此处，优选地，将气阀17与阀门19均设置为电子阀，设置控制器25，将气阀17、阀门19、测压仪22、测速仪23分别通过电线26与控制器25电连接，通过控制器25读取测压仪22、测速仪23的测量值，根据测量值对气阀17、阀门19进行打开或关闭，

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。