專利名稱：沖擊型振動發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖擊型振動發(fā)電機(jī)及其發(fā)電方法，涉及一種利用水流及其速度波 動來發(fā)電的裝置和發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的水力發(fā)電技術(shù)中，需要建立水庫并使用帶有水輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)有的 潮汐發(fā)電技術(shù)中，潮汐水壩(Tidal Barrage)技術(shù)也需建立水庫并使用帶有水輪機(jī)的發(fā)電 機(jī)；而潮汐流(Tidal streams)技術(shù)則使用水下的帶有水輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。在波浪發(fā)電技 術(shù)中，需要建立蓄水池(TAPCHAN梯度渠道波動能力轉(zhuǎn)換法)或密閉的腔體(0WC震蕩空氣 柱法)并使用帶有水輪機(jī)或汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。由于需要建立蓄水單元和使用旋轉(zhuǎn)部件，這 些技術(shù)不適用于獲取江河、溝渠和淺海中水流的能量。另外，蓄水單元的建立和旋轉(zhuǎn)部件 的使用會對環(huán)境和水生生物帶來負(fù)面影響。為了能有效地利用江河、溝渠和淺海中水流及 其波動的能量來發(fā)電，并減少發(fā)電機(jī)系統(tǒng)對景觀和水生生物的不良影響以及其維護(hù)費(fèi)用， 需要提出和研究新穎的發(fā)電方法和發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)1 :Godfrey Boyle, Renewable Energy---Power for a sustainable future, Oxford University Press, UK,2004.。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有的發(fā)電方法不能充分利用江河、溝渠和淺海中水流能 量的不足，提供一種基于沖擊的振動發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)利用淺水水流及其速度波動產(chǎn)生線 圈和磁場的相對振動，以便在線圈中獲得感應(yīng)電動勢。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案第一種振動發(fā)電機(jī)，其特征是包括發(fā)電機(jī)基座、安裝于發(fā)電機(jī)基座上的發(fā)電機(jī)框 架、固定于發(fā)電機(jī)框架頂面的第一永久磁鐵、固定于發(fā)電機(jī)框架底面的第二永久磁鐵、以及 位于第一永久磁鐵和第二永久磁鐵之間線圈盒；上述發(fā)電機(jī)框架具有第一側(cè)壁，且第一側(cè) 壁對面的第二側(cè)壁設(shè)有開口 ；上述線圈盒一端位于發(fā)電機(jī)框架內(nèi)通過第一水平彈簧與第一 側(cè)壁相連，另一端通過上述開口伸出發(fā)電機(jī)框架并與勵振板相連；上述線圈盒內(nèi)繞有線圈， 其線圈繞線的軸線與第一水平彈簧伸縮方向垂直。第二種振動發(fā)電機(jī)，其特征是包括發(fā)電機(jī)基座、安裝于發(fā)電機(jī)基座上的發(fā)電機(jī)框 架、固定于發(fā)電機(jī)框架頂面的第一永久磁鐵、固定于發(fā)電機(jī)框架底面的第二永久磁鐵、以及 位于第一永久磁鐵和第二永久磁鐵之間線圈盒；上述發(fā)電機(jī)框架具有第一側(cè)壁，且第一側(cè) 壁對面的第二側(cè)壁設(shè)有開口 ；上述線圈盒一端位于發(fā)電機(jī)框架內(nèi)，另一端通過上述開口伸 出發(fā)電機(jī)框架并與勵振板相連；上述勵振板還通過第二水平彈簧與第二側(cè)壁相連；上述線 圈盒內(nèi)繞有線圈，其線圈繞線的軸線與第二水平彈簧伸縮方向垂直。上述振動發(fā)電機(jī)的發(fā)電方法的特征是工作時發(fā)電機(jī)被置于水中，沖擊在發(fā)電機(jī) 勵振板上的水流及其速度的波動會引起彈簧-線圈盒系統(tǒng)的機(jī)械震蕩，進(jìn)而導(dǎo)致被發(fā)電機(jī) 線圈所包圍的磁通隨時間的變化并在線圈中感應(yīng)出電動勢。在上述發(fā)電機(jī)中，通過在線圈盒中設(shè)置空腔使得作用在線圈盒和勵振板上的浮力大致等于線圈盒和勵振板的總重量，并 采用軟彈簧即具有較小彈簧常數(shù)的彈簧。這些措施使得振動系統(tǒng)具有較大的振幅和較小的 共振頻率。較大的振幅有助于提高線圈中磁通的變化量，較小的共振頻率使得發(fā)動機(jī)更加 容易發(fā)生機(jī)械共振。發(fā)電機(jī)箱體壁上的小孔是為了減少線圈-彈簧系統(tǒng)受壓縮時箱體中流 出的水對勵振板的影響。上述振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述線圈盒與第一永久磁鐵和第二永久磁鐵之間還 設(shè)有光滑圓柱支撐棒。利用光滑圓柱支撐棒減少線圈盒所受到的運(yùn)動摩擦，并使得線圈盒 的運(yùn)動基本水平。上述發(fā)電機(jī)框架的頂面設(shè)置帶有過濾網(wǎng)的上排水孔，底面設(shè)置帶有過濾網(wǎng)的下排 水孔。為增加水流的沖擊速度及其波動量，在發(fā)電機(jī)的勵振板前，可采用喇叭形導(dǎo)流結(jié) 構(gòu)。為了增加水流沖擊速度的波動，可采用具有彎曲折疊型或波浪形的被沖擊面或在被沖 擊板上開設(shè)多個小孔，以增加被沖擊面上的喘流成分。本發(fā)明專利的有益效果是發(fā)電機(jī)無旋轉(zhuǎn)部件，并且可以被做成扁平狀。因而它可 以利用各種淺水中的水流進(jìn)行發(fā)電，充分利用江河、溝渠和淺海中的水流及其波動能量；將 其置于水底，能消除發(fā)電機(jī)對航道、海濱旅游地景觀等的不良環(huán)境影響；本發(fā)明中發(fā)電機(jī)的 使用能減少水下發(fā)電裝置的維護(hù)費(fèi)用。


圖1 實(shí)施例1的壓電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖2 實(shí)施例2的壓電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖3 實(shí)施例3的壓電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖4 實(shí)施例4的壓電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖1、2、3、4中，1 發(fā)電機(jī)框架；2 第一永久磁鐵；3 第二永久磁鐵；4、第二彈簧 7 第一水平彈簧；8 線圈盒；9 線圈；10 線圈盒的空腔、11 勵振板；12 發(fā)電機(jī)基座；13 光滑圓柱支撐棒；14、上排水孔；15、下排水孔；16、第二側(cè)壁；18 第一側(cè)壁；19 水流；20 發(fā)電機(jī)永久磁鐵之間的空隙；21 喇叭形的導(dǎo)水口 ；22 勵振板的彎曲折疊型受沖擊面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明實(shí)施例1的振動發(fā)電機(jī)如圖1所示。發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)框架1、第一永久磁鐵2、第二永久磁鐵3、線圈盒8、第一彈簧7、 勵振板11、光滑圓柱支撐棒13，其中第一永久磁鐵2被固定在箱體的頂面，第二永久磁鐵3 被固定在箱體的底面。第一永久磁鐵2和第二永久磁鐵3相對的磁極極性互異。永久磁鐵 的表面涂有防腐涂料，上下永久磁鐵之間隔一空隙20，密封的線圈盒8的一部分位于空隙 中，其余部分位于空隙的外面，線圈盒中設(shè)有密閉腔體10，勵振板11被固定在線圈盒的側(cè) 面，第一水平彈簧7的一端被固定在和線圈盒的另一側(cè)面，另一端被固定在箱體的第一側(cè) 壁18上，被固定在箱體壁面的4根光滑圓柱桿支撐線圈盒，在箱體的頂面和底面上設(shè)置帶 有過濾網(wǎng)的上排水孔14、下排水孔15，在箱體的底面設(shè)置基座。
發(fā)電機(jī)箱體的外形尺寸為長23cmX寬41cmX高9. 6cm,由厚度為5mm的塑料板構(gòu) 成；線圈盒的外形尺寸為長14. 4cmX寬38cmX高5. 4cm，線圈盒由2mm厚的塑料板構(gòu)成； 勵振板的尺度是高20cmX寬40cmX厚0. Icm,由塑料板構(gòu)成；永久磁鐵的外形尺寸為長 13cmX寬38cmX高1cm，材料是剩磁為1. 3T的釹鐵硼(NdFeB)，其表面涂有水性丙烯酸防 腐涂料；線圈盒和永久磁鐵盒之間的縫隙厚度為0. 6cm ；光滑圓柱桿的直徑為0. 5cm ；箱體 頂部和底部的排水孔的直徑為1. Ocm ；線圈盒中共有800匝串聯(lián)同心矩形平面線圈構(gòu)成，線 圈的材料是直徑為0. 5mm的黃銅漆包線；彈簧的彈簧常數(shù)是65N/m。當(dāng)發(fā)電機(jī)被浸在水下，箱體外的水流速度為0.2m/s，水流速度的波動率 為士 10%，水流的波動頻率為0.8Hz時，串聯(lián)線圈的最大感應(yīng)電動勢的理論值可達(dá) 21V(零-峰值)。在計(jì)算中，發(fā)電機(jī)振動系統(tǒng)的衰減因子被設(shè)定為0. 5。實(shí)施例2的壓電發(fā)電機(jī)如圖2所示。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本一樣，只是勵振板的端部設(shè)有喇叭形的導(dǎo)水口。發(fā)電機(jī)箱體的外形尺寸為長23cmX寬41cmX高9. 6cm,由厚度為5mm的塑料板 構(gòu)成；線圈盒的外形尺寸為長14. 4cmX寬38cmX高5. 4cm，線圈盒由2mm厚的塑料板構(gòu) 成；勵振板的尺度是高20cmX寬40cmX厚0. Icm,由塑料板構(gòu)成；永久磁鐵的外形尺寸為 長13cmX寬38cmX高1cm，材料是剩磁為1. 3T的釹鐵硼(NdFeB)，其表面涂有水性丙烯酸 防腐涂料；線圈盒和永久磁鐵盒之間的縫隙厚度為0. 6cm ；光滑圓柱桿的直徑為0. 5cm ；箱 體頂部和底部的排水孔的直徑為1.0cm;線圈盒中共有800匝串聯(lián)同心矩形平面線圈構(gòu)成， 線圈的材料是直徑為0. 5mm的黃銅漆包線；彈簧的彈簧常數(shù)是65N/m ；勵振板的尺度是高 20cmX寬40cmX厚0. Icm,由塑料板構(gòu)成；喇叭形導(dǎo)水口的最大橫截面積和最小橫截面積 的比是2 1。當(dāng)發(fā)電機(jī)被浸在水下，箱體外的水流速度為0.2m/s，水流速度的波動率 為士 10%，水流的波動頻率為0.8Hz時，串聯(lián)線圈的最大感應(yīng)電動勢的理論值可達(dá) 84V(零-峰值)。在計(jì)算中，發(fā)電機(jī)振動系統(tǒng)的衰減因子被設(shè)定為0. 5。實(shí)施例3的壓電發(fā)電機(jī)如圖3所示。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本一樣，只是勵振板的端部設(shè)置為彎曲折疊型。實(shí)施例4的壓電發(fā)電機(jī)如圖4所示。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本一樣，只是第一水平彈簧7被兩根第二水平彈簧4代 替，第二水平彈簧4的一端固定在勵振板上，另一端固定在箱體的第二側(cè)壁16上。
權(quán)利要求
一種沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是包括發(fā)電機(jī)基座(12)、安裝于發(fā)電機(jī)基座上的發(fā)電機(jī)框架(1)、固定于發(fā)電機(jī)框架頂面的第一永久磁鐵(2)、固定于發(fā)電機(jī)框架底面的第二永久磁鐵(3)、以及位于第一永久磁鐵(2)和第二永久磁鐵(3)之間線圈盒(8)；上述發(fā)電機(jī)框架具有第一側(cè)壁(18)，且第一側(cè)壁(18)對面的第二側(cè)壁(16)設(shè)有開口；上述線圈盒(8)一端位于發(fā)電機(jī)框架內(nèi)通過第一水平彈簧(7)與第一側(cè)壁(18)相連，另一端通過上述開口伸出發(fā)電機(jī)框架并與勵振板(11)相連。上述線圈盒(8)內(nèi)繞有線圈(9)，其線圈繞線的軸線與第一水平彈簧(7)伸縮方向垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述線圈盒(8)與第一永久 磁鐵(2)和第二永久磁鐵(3)之間還設(shè)有光滑圓柱支撐棒(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述發(fā)電機(jī)框架(1)的頂面 設(shè)置帶有過濾網(wǎng)的上排水孔(14)，底面設(shè)置帶有過濾網(wǎng)的下排水孔(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述勵振板(11)的端部為喇 叭形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述勵振板(11)的受沖擊面 為彎曲折疊型或波浪形或設(shè)有均勻分布的小孔。
6.一種沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是包括發(fā)電機(jī)基座(12)、安裝于發(fā)電機(jī)基座上的發(fā)電機(jī)框架(1)、固定于發(fā)電機(jī)框架頂 面的第一永久磁鐵(2)、固定于發(fā)電機(jī)框架底面的第二永久磁鐵(3)、以及位于第一永久磁 鐵⑵和第二永久磁鐵(3)之間線圈盒⑶；上述發(fā)電機(jī)框架具有第一側(cè)壁(18)，且第一側(cè)壁(18)對面的第二側(cè)壁(16)設(shè)有開口 ； 上述線圈盒(8) —端位于發(fā)電機(jī)框架內(nèi)，另一端通過上述開口伸出發(fā)電機(jī)框架并與勵振板 (11)相連；上述勵振板(11)還通過第二水平彈簧(4)與第二側(cè)壁相連。上述線圈盒(8)內(nèi)繞有線圈(9)，其線圈繞線的軸線與第二水平彈簧(4)伸縮方向垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述線圈盒(8)與第一永久 磁鐵(2)和第二永久磁鐵(3)之間還設(shè)有光滑圓柱支撐棒(13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述發(fā)電機(jī)框架(1)的頂面 設(shè)置帶有過濾網(wǎng)的上排水孔(14)，底面設(shè)置帶有過濾網(wǎng)的下排水孔(15)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述勵振板(11)的端部為喇 叭形結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沖擊型振動發(fā)電機(jī)，其特征是上述勵振板(11)的受沖擊 面為彎曲折疊型或波浪形或設(shè)有均勻分布的小孔。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種沖擊型振動發(fā)電機(jī)，屬振動發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。它包括發(fā)電機(jī)框架(1)、分別固定于框架頂面和底部的兩塊永久磁鐵、以及位于兩塊永久磁鐵之間線圈盒(8)；發(fā)電機(jī)框架第一側(cè)壁(18)對面的第二側(cè)壁設(shè)有開口；線圈盒(8)一端通過第一水平彈簧(7)與第一側(cè)壁(18)相連，另一端通過上述開口伸出發(fā)電機(jī)框架并與勵振板(11)相連。該發(fā)電機(jī)的另一變型結(jié)構(gòu)，即第一水平彈簧(7)被第二水平彈簧(4)代替，第二水平彈簧(4)的一端固定在勵振板上，另一端固定在箱體的第二側(cè)壁(16)上。本發(fā)明所描述的發(fā)電機(jī)具有扁平的形狀并且無旋轉(zhuǎn)部件，它不僅能利用海洋中洋流、而且能利用江河和溝渠中的淺水水流進(jìn)行發(fā)電，同時能減少發(fā)電機(jī)對環(huán)境的不良影響以及維護(hù)費(fèi)用。
文檔編號F03B13/14GK101949352SQ20101026791
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者胡俊輝, 趙淳生 申請人:南京航空航天大學(xué)