一種振動發電裝置及安裝有該裝置的風力發電機的制作方法

本實用新型涉及發電裝置，尤其是一種振動發電裝置及安裝有該裝置的風力發電機。

背景技術：

現有的風力發電機在發電過程中往往會伴隨劇烈的振動，這種振動不僅會對風力發電機內部的元件造成損壞，而且周期性的振動作用容易造成各個連接部件的松動，使得必須配備檢修人員定期檢查各部件的連接，以避免發生嚴重事故。由于風機振動的不可避免性，因此只能采取定期加固各部件連接的方法，以減低振動對風機的影響，但振動本身也是一種能量，現有的振動發電設備由于其應用場合的不同，其結構也大不相同，振動發電設備在利用振動發電的同時，也相當于對振動源起到了減震的作用，但由于風機構造的特殊性，現有振動發電設備難以與風機直接相結合。

鑒于此提出本實用新型。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠安裝在風機上，利用風機振動發電的振動發電裝置。

本實用新型的另一目的在于提供一種利用振動發電裝置降低風機振動的風力發電機。

為了實現上述實用新型目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種振動發電裝置，包括，

殼體，所述殼體固定安裝在振動源上；

慣性元件，所述慣性元件可移動地設置在殼體內；

曲軸，所述曲軸可轉動地安裝在殼體上，并通過連桿與慣性元件連接；

發電裝置，所述發電裝置與曲軸的一端連接，并由曲軸帶動其發電。

進一步，所述慣性元件與殼體滑動連接，在殼體與慣性元件之間還設置有緩沖裝置，所述緩沖裝置設置在慣性元件的移動方向上，并隨慣性元件的移動被拉長或壓縮；所述連桿的一端與慣性元件鉸接，另一端與曲軸轉動連接，慣性元件的往復式運動通過連桿轉換為曲軸的轉動。

進一步，所述慣性元件的底部或頂部通過導軌與殼體滑動連接，所述導軌水平設置，其兩端與殼體固定連接；所述緩沖裝置與導軌平行設置。

進一步，所述慣性元件的數量至少為兩個，并沿曲軸的軸向設置在不同高度，慣性元件均勻分布在曲軸的兩側，并在慣性力的作用下推動曲軸單向轉動。

進一步，述慣性元件的數量為四個，并相應地分布在曲軸的前、后、左、右四側，所述曲軸的兩端通過軸承與殼體連接，且一端延伸至殼體外與發電裝置連接。

進一步，所述慣性元件為實心金屬塊或金屬殼體內填裝混凝土，所述慣性元件的一側設有內凹口，所述連桿伸入至內凹口內，并通過銷軸與慣性元件鉸接。

進一步，所述緩沖裝置為彈簧，其兩端分別與慣性元件和殼體固定連接，所述彈簧的伸縮方向與慣性元件的移動方向平行設置。

進一步，所述發電裝置包括齒輪箱和發電機，所述齒輪箱為增速齒輪箱，其輸入軸與曲軸連接，輸出軸與發電機的轉軸連接。

進一步，所述殼體為具有容腔結構的方形殼體，所述慣性元件設置在殼體的容腔內，殼體的底部設有支撐結構，并通過螺栓與振動源連接，所述曲軸與發電裝置連接的相反一端還固定連接有至少一飛輪，所述飛輪位于殼體外，用于使曲軸單向旋轉。

進一步，所述風力發電機的機艙內安裝有所述的振動發電裝置，所述振動發電裝置的殼體與機艙底部固定連接。

采用本實用新型所述的技術方案后，帶來以下有益效果：

本實用新型的振動發電裝置利用慣性原理，通過慣性元件自身的慣性，在振動發生時驅動曲軸旋轉進而帶動發電裝置發電，通過與風力發電機結合，進一步提高了風力發電機的發電量，并且振動發電裝置在利用風機振動發電的同時，也起到了吸收振動能，降低風機振動的作用。

附圖說明

圖1：本實用新型中振動發電裝置的整體結構示意圖；

圖2：本實用新型實施例一中振動發電裝置去掉部分殼體后的結構示意圖；

圖3：本實用新型實施例一中振動發電裝置中的曲軸與慣性元件的連接結構圖；

圖4：為圖3的俯視圖；

圖5：本實用新型實施例二中振動發電裝置中的曲軸與慣性元件的連接結構圖；

圖6：為圖5的俯視圖；

圖7：本實用新型實施例三中振動發電裝置中的曲軸與慣性元件的連接結構圖；

圖8：為圖7的俯視圖；

圖9：本實用新型的振動發電裝置在風機內的安裝位置示意圖；

其中：1、振動發電裝置 2、風力發電機 3、殼體 4、曲軸 5、慣性元件 6、發電裝置 7、連桿 8、軸承 11、導軌 12、緩沖裝置 13、支撐結構 14、飛輪 61、發電機 62、齒輪組。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的描述。

實施例一

如圖1和圖2所示，一種振動發電裝置，包括，一個箱體狀的殼體3，可移動地設置在殼體3內的慣性元件5，連接慣性元件5與殼體3的緩沖裝置12，兩端相對殼體3轉動連接的，并通過連桿7與慣性元件5連接的曲軸4，以及發電裝置6，所述發電裝置6與曲軸4的一端連接，并由曲軸4帶動其發電。

所述殼體3固定安裝在振動源上，并隨振動源同步振動，所述慣性元件5可相對殼體3在一水平方向上做自由往復運動，當殼體3隨振動源振動時，慣性元件5由于受慣性作用具有保持靜止的運動趨勢，振動的殼體3與保持靜止的慣性元件5將發生相對運動，并產生推動曲軸4旋轉的作用力，當曲軸4旋轉時將帶動發電裝置6發電。

具體地，所述慣性元件5與殼體3滑動連接，所述緩沖裝置12設置在慣性元件5與殼體3之間，并設置在慣性元件5的移動方向上，以使其能夠隨慣性元件5的移動被 拉長或壓縮，所述連桿7的一端與慣性元件5鉸接，另一端與曲軸4轉動連接，慣性元件5的往復式運動通過連桿7轉換為曲軸4的轉動。優選地，所述連桿7與曲軸4的連接處設有連桿軸瓦，所述連桿軸瓦由耐磨材料制成，可以有效避免連桿7和曲軸4因摩擦而損壞。

優選地，所述慣性元件5的底部或頂部通過導軌11與殼體3滑動連接，本實施例中的導軌11為直圓柱桿，并貫穿慣性元件5，使慣性元件5可沿直圓柱桿水平滑動，所述導軌11優選為一對，并水平設置，導軌11的兩端與殼體3固定連接；所述導軌11用于為慣性元件5提供支撐，并限制慣性元件5只在一個來回方向上水平往復運動，本實用新型中的慣性元件5與導軌11的連接方式也可以采用其他形式，如優選地，為減小慣性元件5與殼體3的摩擦阻力，所述導軌11可選為滾珠導軌，并設置在慣性元件5的底部，滾珠導軌的摩擦系數較低，可提高振動發電裝置的發電效率。所述緩沖裝置12與導軌11平行設置，用于為慣性元件5提供緩沖，避免振動幅度過大時，對曲軸4造成過大沖擊。

結合圖3和圖4所示，所述慣性元件5的數量為四個，并相應地分布在曲軸4的前、后、左、右四側，所述曲軸4的兩端通過軸承8與殼體3連接，且一端延伸至殼體3外與發電裝置6連接；其中，前、后兩側的慣性元件5主要用于吸收前、后方向上的水平振動，左、右兩側的慣性元件5主要用于吸收左、右方向上的水平振動，當振動源在前后左右四個方向上都有周期性振動時，可以通過調整四個慣性元件5的位置，使慣性元件5在慣性力的作用下推動曲軸4單向轉動，以達到較好的吸收振動的效果，并提高發電效率

具體地，可通過調節慣性元件5與曲軸4的連接角度，使慣性元件5作用在曲軸4上的切向力的方向同為順時針方向或逆時針方向，在本實施例中，所述慣性元件5自下向上依次繞曲軸4軸心旋轉90度角分布，且按左、前、右、后的方位順序布置。

所述慣性元件5為實心金屬塊或金屬殼體內填裝混凝土，以使其具有較大的質量，所述慣性元件5的一側設有內凹口，所述連桿7伸入至內凹口內，并通過銷軸與慣性元件5鉸接，當慣性元件5往復運動時，連桿7可繞銷軸轉動。

優選地，所述連桿7與慣性元件5和曲軸4為可拆卸連接，當振動源的振動方向發生改變時，可拆除部分連桿7，使慣性元件5與曲軸4脫離連接，所述慣性元件5的質量根據主振動的方向設置，優選地，位于主振動方向上的慣性元件5的質量大于另一方 向上的慣性元件5的質量。

優選地，所述緩沖裝置6為彈簧，其兩端分別與慣性元件5和殼體3固定連接，所述彈簧的伸縮方向與慣性元件5的移動方向平行設置，以最大限度的實現其緩沖功能。

所述發電裝置6包括齒輪箱62和發電機61，所述齒輪箱52為增速齒輪箱，其輸入軸與曲軸4連接，輸出軸與發電機62的轉軸連接，曲軸4的低速轉動通過齒輪箱62增速后帶動發電機61高速轉動以實現發電。

優選地，所述殼體3為具有容腔結構的方形殼體，并由金屬制成，所述慣性元件5設置在殼體3的容腔內，所述曲軸4豎直貫穿所述容腔，在殼體3的底部設有支撐結構13，在支撐結構13上設有螺栓孔，并可通過螺栓與振動源連接，所述曲軸4與發電裝置6連接的相反一端還固定連接有一飛輪14，所述飛輪14位于殼體3外，用于使曲軸4單向旋轉。

優選地，所述飛輪14為多個，且質量大小不同，通過安裝不同組合的飛輪14，實現梯級調整，用于控制轉動平衡和振動平衡，另外，所述飛輪14還可以在末端開孔通過擰入螺栓微調其質量。

優選地，所述發電裝置6位于殼體3的頂部，所述飛輪14位于殼體3底部，所述殼體3底部通過支撐結構13與振動源之間留有一定的間隙，所述飛輪14位于該間隙內，飛輪14的厚度小于間隙的寬度。

實施例二

如圖5和我圖6所示，本實施例中的慣性元件5的數量為兩個，并沿曲軸4的軸向設置在不同高度，兩慣性元件5分別位于曲軸4的兩側，且兩者的相位差為π/2弧度，當其中一慣性元件5位于運動死角時，另一慣性元件5恰已繞過死點，并在慣性力的作用下推動曲軸4單向轉動，通過設置兩個慣性元件5可以有效克服單個慣性元件5存在運動死點的問題，本實施例結構簡單，主要應用在振動方向單一的振動源上。

實施例三

如圖7和圖8所示，為使本實用新型的振動發電裝置能夠吸收多個方向的振動能，本實施例中的慣性元件5的數量為四個，并相應地分布在曲軸4的前、后、左、右四側，所述曲軸4的兩端通過軸承8與殼體3連接，且一端延伸至殼體3外與發電裝置連接6；在本實施例中，所述慣性元件5自下向上依次繞曲軸4軸心旋轉90度角分布，且按左、 右、后、前的方位順序布置，即本實施例在實施例二的基礎上又增加了一對慣性元件5，通過與實施例一不同的布置方式，可以到達降低啟動力矩，達到更好的發電效果。

本實施例中的其他連接關系與實施例一相同，或同理可推知，在此不再詳細描述。

本實用新型中的振動發電裝置的工作方法為：

首先將該裝置安裝在振動源上，并將殼體3與振動源固定連接，當振動發生時，殼體3隨振動源同步振動，位于殼體3內的慣性元件5由于受到慣性的作用，保持靜止不動，進而與殼體3發生相對運動，當慣性元件5相對殼體3發生運動時，慣性元件5將通過連桿7推動曲軸4轉動，其中一慣性元件5相對曲軸4逐漸靠近，則相對一側的慣性元件5相對曲軸4逐漸遠離，兩慣性元件5共同推動曲軸4旋轉，當曲軸4旋轉時，將通過齒輪箱62帶動發電機61旋轉，并產生電能。

如圖9所示，一種安裝有上述實施例中的振動發電裝置的風力發電機，所述風力發電機2的機艙內留有一定的空間用于安裝所述的振動發電裝置1，所述振動發電裝置1的殼體3與機艙底部固定連接，優選為殼體3底部的支撐結構13通過螺栓固定連接在機艙底座上，當風機運行時，機艙內將發生振動，與之連接的殼體3發生同步振動，使振動發電裝置1開始工作，并將產生的電能并入電網，振動發電裝置1將風機的振動轉換為電能，也吸收了機艙內的振動，因此也起到了為風機減震的效果，在一定程度上降低了風機振動所造成的不良效果。

另外，振動發電裝置的發電機一般直接與變流器連接，通過變流器可控制發電機的加載的轉矩，從而控制發電機轉速，進而控制慣性單元的振動頻率，起到調節阻尼的作用，能夠避開風機共振頻率，并最大限度削弱風機振動，即實現振動發電裝置以最大輸出功率工作。通過與風機整機聯合仿真能計算出轉矩和轉速的關系，從而通過變流器進行有效的閉環控制。

以上所述為本實用新型的實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員而言，在不脫離本實用新型原理前提下，還可以做出多種變形和改進，這也應該視為本實用新型的保護范圍。