专利名称：冲击型振动发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击型振动发电机及其发电方法，涉及一种利用水流及其速度波 动来发电的装置和发电方法。
背景技术：
在现有的水力发电技术中，需要建立水库并使用带有水轮机的发电机。在现有的 潮汐发电技术中，潮汐水坝(Tidal Barrage)技术也需建立水库并使用带有水轮机的发电 机；而潮汐流(Tidal streams)技术则使用水下的带有水轮机的发电机。在波浪发电技 术中，需要建立蓄水池(TAPCHAN梯度渠道波动能力转换法)或密闭的腔体(0WC震荡空气 柱法)并使用带有水轮机或汽轮机的发电机。由于需要建立蓄水单元和使用旋转部件，这 些技术不适用于获取江河、沟渠和浅海中水流的能量。另外，蓄水单元的建立和旋转部件 的使用会对环境和水生生物带来负面影响。为了能有效地利用江河、沟渠和浅海中水流及 其波动的能量来发电，并减少发电机系统对景观和水生生物的不良影响以及其维护费用， 需要提出和研究新颖的发电方法和发电机结构参考文献1 :Godfrey Boyle, Renewable Energy---Power for a sustainable future, Oxford University Press, UK,2004.。
发明内容
本发明目的是为了克服现有的发电方法不能充分利用江河、沟渠和浅海中水流能 量的不足，提供一种基于冲击的振动发电机，该发电机利用浅水水流及其速度波动产生线 圈和磁场的相对振动，以便在线圈中获得感应电动势。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案第一种振动发电机，其特征是包括发电机基座、安装于发电机基座上的发电机框 架、固定于发电机框架顶面的第一永久磁铁、固定于发电机框架底面的第二永久磁铁、以及 位于第一永久磁铁和第二永久磁铁之间线圈盒；上述发电机框架具有第一侧壁，且第一侧 壁对面的第二侧壁设有开口 ；上述线圈盒一端位于发电机框架内通过第一水平弹簧与第一 侧壁相连，另一端通过上述开口伸出发电机框架并与励振板相连；上述线圈盒内绕有线圈， 其线圈绕线的轴线与第一水平弹簧伸缩方向垂直。第二种振动发电机，其特征是包括发电机基座、安装于发电机基座上的发电机框 架、固定于发电机框架顶面的第一永久磁铁、固定于发电机框架底面的第二永久磁铁、以及 位于第一永久磁铁和第二永久磁铁之间线圈盒；上述发电机框架具有第一侧壁，且第一侧 壁对面的第二侧壁设有开口 ；上述线圈盒一端位于发电机框架内，另一端通过上述开口伸 出发电机框架并与励振板相连；上述励振板还通过第二水平弹簧与第二侧壁相连；上述线 圈盒内绕有线圈，其线圈绕线的轴线与第二水平弹簧伸缩方向垂直。上述振动发电机的发电方法的特征是工作时发电机被置于水中，冲击在发电机 励振板上的水流及其速度的波动会引起弹簧-线圈盒系统的机械震荡，进而导致被发电机 线圈所包围的磁通随时间的变化并在线圈中感应出电动势。在上述发电机中，通过在线圈盒中设置空腔使得作用在线圈盒和励振板上的浮力大致等于线圈盒和励振板的总重量，并 采用软弹簧即具有较小弹簧常数的弹簧。这些措施使得振动系统具有较大的振幅和较小的 共振频率。较大的振幅有助于提高线圈中磁通的变化量，较小的共振频率使得发动机更加 容易发生机械共振。发电机箱体壁上的小孔是为了减少线圈-弹簧系统受压缩时箱体中流 出的水对励振板的影响。上述振动发电机，其特征是上述线圈盒与第一永久磁铁和第二永久磁铁之间还 设有光滑圆柱支撑棒。利用光滑圆柱支撑棒减少线圈盒所受到的运动摩擦，并使得线圈盒 的运动基本水平。上述发电机框架的顶面设置带有过滤网的上排水孔，底面设置带有过滤网的下排 水孔。为增加水流的冲击速度及其波动量，在发电机的励振板前，可采用喇叭形导流结 构。为了增加水流冲击速度的波动，可采用具有弯曲折叠型或波浪形的被冲击面或在被冲 击板上开设多个小孔，以增加被冲击面上的喘流成分。本发明专利的有益效果是发电机无旋转部件，并且可以被做成扁平状。因而它可 以利用各种浅水中的水流进行发电，充分利用江河、沟渠和浅海中的水流及其波动能量；将 其置于水底，能消除发电机对航道、海滨旅游地景观等的不良环境影响；本发明中发电机的 使用能减少水下发电装置的维护费用。
图1 实施例1的压电发电机结构图。图2 实施例2的压电发电机结构图。图3 实施例3的压电发电机结构图。图4 实施例4的压电发电机结构图。图1、2、3、4中，1 发电机框架；2 第一永久磁铁；3 第二永久磁铁；4、第二弹簧 7 第一水平弹簧；8 线圈盒；9 线圈；10 线圈盒的空腔、11 励振板；12 发电机基座；13 光滑圆柱支撑棒；14、上排水孔；15、下排水孔；16、第二侧壁；18 第一侧壁；19 水流；20 发电机永久磁铁之间的空隙；21 喇叭形的导水口 ；22 励振板的弯曲折叠型受冲击面。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明实施例1的振动发电机如图1所示。发电机包括发电机框架1、第一永久磁铁2、第二永久磁铁3、线圈盒8、第一弹簧7、 励振板11、光滑圆柱支撑棒13，其中第一永久磁铁2被固定在箱体的顶面，第二永久磁铁3 被固定在箱体的底面。第一永久磁铁2和第二永久磁铁3相对的磁极极性互异。永久磁铁 的表面涂有防腐涂料，上下永久磁铁之间隔一空隙20，密封的线圈盒8的一部分位于空隙 中，其余部分位于空隙的外面，线圈盒中设有密闭腔体10，励振板11被固定在线圈盒的侧 面，第一水平弹簧7的一端被固定在和线圈盒的另一侧面，另一端被固定在箱体的第一侧 壁18上，被固定在箱体壁面的4根光滑圆柱杆支撑线圈盒，在箱体的顶面和底面上设置带 有过滤网的上排水孔14、下排水孔15，在箱体的底面设置基座。
发电机箱体的外形尺寸为长23cmX宽41cmX高9. 6cm,由厚度为5mm的塑料板构 成；线圈盒的外形尺寸为长14. 4cmX宽38cmX高5. 4cm，线圈盒由2mm厚的塑料板构成； 励振板的尺度是高20cmX宽40cmX厚0. Icm,由塑料板构成；永久磁铁的外形尺寸为长 13cmX宽38cmX高1cm，材料是剩磁为1. 3T的钕铁硼(NdFeB)，其表面涂有水性丙烯酸防 腐涂料；线圈盒和永久磁铁盒之间的缝隙厚度为0. 6cm ；光滑圆柱杆的直径为0. 5cm ；箱体 顶部和底部的排水孔的直径为1. Ocm ；线圈盒中共有800匝串联同心矩形平面线圈构成，线 圈的材料是直径为0. 5mm的黄铜漆包线；弹簧的弹簧常数是65N/m。当发电机被浸在水下，箱体外的水流速度为0.2m/s，水流速度的波动率 为士 10%，水流的波动频率为0.8Hz时，串联线圈的最大感应电动势的理论值可达 21V(零-峰值)。在计算中，发电机振动系统的衰减因子被设定为0. 5。实施例2的压电发电机如图2所示。发电机结构与实施例1基本一样，只是励振板的端部设有喇叭形的导水口。发电机箱体的外形尺寸为长23cmX宽41cmX高9. 6cm,由厚度为5mm的塑料板 构成；线圈盒的外形尺寸为长14. 4cmX宽38cmX高5. 4cm，线圈盒由2mm厚的塑料板构 成；励振板的尺度是高20cmX宽40cmX厚0. Icm,由塑料板构成；永久磁铁的外形尺寸为 长13cmX宽38cmX高1cm，材料是剩磁为1. 3T的钕铁硼(NdFeB)，其表面涂有水性丙烯酸 防腐涂料；线圈盒和永久磁铁盒之间的缝隙厚度为0. 6cm ；光滑圆柱杆的直径为0. 5cm ；箱 体顶部和底部的排水孔的直径为1.0cm;线圈盒中共有800匝串联同心矩形平面线圈构成， 线圈的材料是直径为0. 5mm的黄铜漆包线；弹簧的弹簧常数是65N/m ；励振板的尺度是高 20cmX宽40cmX厚0. Icm,由塑料板构成；喇叭形导水口的最大横截面积和最小横截面积 的比是2 1。当发电机被浸在水下，箱体外的水流速度为0.2m/s，水流速度的波动率 为士 10%，水流的波动频率为0.8Hz时，串联线圈的最大感应电动势的理论值可达 84V(零-峰值)。在计算中，发电机振动系统的衰减因子被设定为0. 5。实施例3的压电发电机如图3所示。发电机结构与实施例1基本一样，只是励振板的端部设置为弯曲折叠型。实施例4的压电发电机如图4所示。发电机结构与实施例1基本一样，只是第一水平弹簧7被两根第二水平弹簧4代 替，第二水平弹簧4的一端固定在励振板上，另一端固定在箱体的第二侧壁16上。
权利要求
一种冲击型振动发电机，其特征是包括发电机基座(12)、安装于发电机基座上的发电机框架(1)、固定于发电机框架顶面的第一永久磁铁(2)、固定于发电机框架底面的第二永久磁铁(3)、以及位于第一永久磁铁(2)和第二永久磁铁(3)之间线圈盒(8)；上述发电机框架具有第一侧壁(18)，且第一侧壁(18)对面的第二侧壁(16)设有开口；上述线圈盒(8)一端位于发电机框架内通过第一水平弹簧(7)与第一侧壁(18)相连，另一端通过上述开口伸出发电机框架并与励振板(11)相连。上述线圈盒(8)内绕有线圈(9)，其线圈绕线的轴线与第一水平弹簧(7)伸缩方向垂直。
2.根据权利要求1所述的冲击型振动发电机，其特征是上述线圈盒(8)与第一永久 磁铁(2)和第二永久磁铁(3)之间还设有光滑圆柱支撑棒(13)。
3.根据权利要求1所述的冲击型振动发电机，其特征是上述发电机框架(1)的顶面 设置带有过滤网的上排水孔(14)，底面设置带有过滤网的下排水孔(15)。
4.根据权利要求1所述的冲击型振动发电机，其特征是上述励振板(11)的端部为喇 叭形结构。
5.根据权利要求1所述的冲击型振动发电机，其特征是上述励振板(11)的受冲击面 为弯曲折叠型或波浪形或设有均勻分布的小孔。
6.一种冲击型振动发电机，其特征是包括发电机基座(12)、安装于发电机基座上的发电机框架(1)、固定于发电机框架顶 面的第一永久磁铁(2)、固定于发电机框架底面的第二永久磁铁(3)、以及位于第一永久磁 铁⑵和第二永久磁铁(3)之间线圈盒⑶；上述发电机框架具有第一侧壁(18)，且第一侧壁(18)对面的第二侧壁(16)设有开口 ； 上述线圈盒(8) —端位于发电机框架内，另一端通过上述开口伸出发电机框架并与励振板 (11)相连；上述励振板(11)还通过第二水平弹簧(4)与第二侧壁相连。上述线圈盒(8)内绕有线圈(9)，其线圈绕线的轴线与第二水平弹簧(4)伸缩方向垂直。
7.根据权利要求6所述的冲击型振动发电机，其特征是上述线圈盒(8)与第一永久 磁铁(2)和第二永久磁铁(3)之间还设有光滑圆柱支撑棒(13)。
8.根据权利要求6所述的冲击型振动发电机，其特征是上述发电机框架(1)的顶面 设置带有过滤网的上排水孔(14)，底面设置带有过滤网的下排水孔(15)。
9.根据权利要求6所述的冲击型振动发电机，其特征是上述励振板(11)的端部为喇 叭形结构。
10.根据权利要求6所述的冲击型振动发电机，其特征是上述励振板(11)的受冲击 面为弯曲折叠型或波浪形或设有均勻分布的小孔。
全文摘要
本发明公布了一种冲击型振动发电机，属振动发电技术领域。它包括发电机框架(1)、分别固定于框架顶面和底部的两块永久磁铁、以及位于两块永久磁铁之间线圈盒(8)；发电机框架第一侧壁(18)对面的第二侧壁设有开口；线圈盒(8)一端通过第一水平弹簧(7)与第一侧壁(18)相连，另一端通过上述开口伸出发电机框架并与励振板(11)相连。该发电机的另一变型结构，即第一水平弹簧(7)被第二水平弹簧(4)代替，第二水平弹簧(4)的一端固定在励振板上，另一端固定在箱体的第二侧壁(16)上。本发明所描述的发电机具有扁平的形状并且无旋转部件，它不仅能利用海洋中洋流、而且能利用江河和沟渠中的浅水水流进行发电，同时能减少发电机对环境的不良影响以及维护费用。
文档编号F03B13/14GK101949352SQ20101026791
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者胡俊辉, 赵淳生 申请人:南京航空航天大学