用于回收重力势能的发电装备

技术领域

本发明属于发电装置领域，具体涉及一种用于回收重力势能的发电装备。

背景技术

为了回收电梯、升降机、起重机等工作时产生的重力势能，国内外众多学者提出利用电磁感应定律、压电效应、摩擦电效应等原理将重力势能转化为电能，并设计出多种多样的发电装置，从而达到回收能量效果。目前的发电装置都是在运输通道两侧安装磁铁，货物在上下运输时做切割磁感线运动，产生感应电动势，以此到达发电的效果。

目前现有的大多电梯、起重机、升降机回收重力势能发电，选择直接在运输通道两侧安装磁铁的方式，将货物看作导体，利用货物在上升下降的过程中切割磁感线进行发电，这样通过往复运动发电产生的电势能较低，使其能量回收率低，造成了过多的能量浪费。传统装置只有货物可当作导体时，才能切割磁感线产生电动势，当货物为绝缘体时，将不能发电，应用范围不够广泛。并且传统发电装置的尺寸过大，而发电装置的体积增大会使得其输出功率密度(输出功率与其工作体积之比)大大降低，也会带来制造成本的提高、过分笨重、不适于回收重力发电的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于回收重力势能的发电装备，该系统可以用来回收当货物下降时的重力势能，并把其通过特殊的旋转式压电效应实现由重力势能转换成电能。本系统可设置于电梯、起重机、升降机上回收利用起重物下降时所损耗的重力势能，把能量充分利用起来。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于回收重力势能的发电装备，所述发电装备包括机架、电机、提升轴、棘轮机构和压电发电箱，所述电机、提升轴、棘轮机构通过轴连接方式依次连接，所述提升轴缠绕有绳索，所述电机和所述压电发电箱固定在所述机架上，所述提升轴的两端设有固定于所述机架的支撑结构；

所述压电发电箱包括至少两组压电发电装置、箱体、联动链条，所述压电发电装置设置于所述箱体内部；所述压电发电装置包括链轮、内圈、外圈和压电发电组；其中，

所述外圈为一端开放的圆筒状结构，另一端为封闭端且固定在所述箱体内部；所述外圈的封闭端内壁中心处设有内柱；所述外圈的侧壁内表面上沿周向均匀设有至少两组磁铁，所述内柱的表面上沿周向均匀设有至少两组磁铁；

所述内圈呈圆筒状，所述内圈的一端固定于所述链轮且两者同心，另一端通过轴承与所述外圈相配合以使所述外圈和所述内圈能够相对转动；所述内圈沿周向设有至少两组压电发电组，所述压电发电组包括压电组件，所述压电组件固定连接于所述内圈，所述压电组件的一端朝向所述外圈的侧壁内表面，另一端朝向所述内柱；

所述棘轮机构通过轴连接方式连接于所述压电发电箱内部的其中之一所述压电发电装置的所述链轮，各所述压电发电装置的所述链轮之间通过所述联动链条联动。

一具体实施例中，所述压电组件包括悬臂梁、压电片和两个磁铁，所述压电片贴附于所述悬臂梁，两个磁铁分别固定在所述悬臂梁的两端。

一具体实施例中，所述内圈上设有矩形槽，所述压电组件的悬臂梁的中间位置固定连接于所述内圈的矩形槽。

一具体实施例中，所述压电组件的压电片的数量是4个，4个所述压电片沿所述悬臂梁的中间位置对称贴附于所述悬臂梁的上下表面。

一具体实施例中，所述压电组件的磁铁与所述外圈的磁铁相对的端面的极性相同。

一具体实施例中，每组所述压电发电组包含三个所述压电组件，三个所述压电组件沿所述内圈的径向设置。

一具体实施例中，所述外圈上的每组磁铁包含三个磁铁。

一具体实施例中，所述外圈的侧壁内表面上的磁铁为三组，所述内柱的表面上的磁铁为三组。

一具体实施例中，所述棘轮机构通过轴连接方式连接的是所述压电发电箱内部最上方的所述压电发电装置的所述链轮。

一具体实施例中，所述机架呈L型结构。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、利用重物的重力势能带动链轮的转动，然后带动多个动电极振动发电。

2、在内圈上的设置多个悬臂梁叶片，提高输出功率密度。

3、在悬臂梁的上下表面均布置压电片，根据压电效应充分利用悬臂梁的形变来发电。

4、巧妙使用棘轮机构，采用不同载荷标准的棘轮机构，使得在运载大小货物时都能发电。

附图说明

图1为本发明实施例用于回收重力势能的发电装备的结构及工作原理图；

图2为压电发电箱的内部结构示意图；

图3为压电发电装置的爆炸示意图；

图4为外圈的结构示意图；

图5为棘轮机构配合运载货物的工作原理图；

图6为压电组件的结构图和爆炸示意图；

图7为压电组件的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图7，本发明公开了一种用于回收重力势能的发电装备，该发电装备包括机架10、电机11、提升轴12、棘轮机构20和压电发电箱，机架10呈L型结构。电机11、提升轴12、棘轮机构20通过轴连接方式依次连接，提升轴12缠绕有绳索13(绳索用于运载货物14)，电机11和压电发电箱固定在机架10上，提升轴12的两端设有固定于机架10的支撑结构(为简便说明工作原理，支撑结构未在图中示出，例如可采用支架和轴承支撑的方式)。

棘轮机构20通过轴连接方式(如图2中标识35所示)连接于压电发电箱内部最上方的压电发电装置30的链轮31，原因在于联动链条33在重力作用下可以更可靠地带动该链轮31转动。各压电发电装置30的链轮31之间通过联动链条33联动。

压电发电箱包括5组压电发电装置30、箱体32、联动链条33，压电发电装置30设置于箱体32内部。压电发电装置30包括链轮31、内圈4、外圈3和压电发电组。

外圈3为一端开放的圆筒状结构，另一端为封闭端且固定在箱体32内部，外圈3的封闭端内壁中心处设有内柱5。外圈3的侧壁内表面和内柱5的表面上均镶嵌有磁铁组。一具体实施例中，外圈3的侧壁内表面沿着圆周方向间隔60度圆心角均匀分布6组磁铁组，其中，每组磁铁组均设有三个磁铁。内柱5表面上沿着周向间隔60度圆心角均匀分布6组磁铁组，每组磁铁组均有3个磁铁。

内圈4呈薄壁圆筒状，内圈4的一端固定于链轮31且两者同心，另一端通过轴承34与外圈3相配合以使外圈3和内圈4能够相对转动。沿内圈4周向均匀(间隔圆心角60度)开设了6组矩形槽7，每一组有3个矩形槽7沿内圈4的径向布置，相应的，径向设置的3个压电组件8构成一个压电发电组。一个压电组件8通过矩形槽7与内圈4形成固连配合，即发电组件8的中部与矩形槽7形成过盈配合。压电组件8与矩形槽7一一对应，共有6组即18个压电组件8安装在内圈4上。

压电组件8包括悬臂梁81(可使用黄铜薄片)、4片压电片82和两个磁铁83。悬臂梁81是一个厚度为0.4mm的黄铜薄片，悬臂梁81的中部固连在内圈4的矩形槽7，在悬臂梁81的两个自由端上分别安装一个磁铁83，悬臂梁81的上下表面沿中间位置对称粘贴有4片压电片82。

本发明所记载的发电装备的工作原理(图5仅为示意工作原理的需要，将绳索13和货物14同时示出，并不表示绳索13和货物14有何种装配关系)，如下所述。当电机11带动提升轴12转动以使绳索13运载的货物14上升时，棘轮机构20的棘轮内圈62做逆时针运动，棘轮拨片63不起作用。当电机11带动提升轴12转动以使绳索13运载的货物14下降时，棘轮机构20的棘轮内圈62做顺时针运动，棘轮拨片63带动外棘轮61转动，以带动压电发电箱内部最上方的压电发电装置30的链轮31旋转，进而带动联动链条33传动，联动链条33传动带动其他各压电发电装置30的链轮31旋转。最终使得各压电发电装置30的内圈4与外圈3发生相对转动。安装在内圈4上的压电发电组与外圈3的侧壁内表面、以及压电发电组和内柱5表面之间均有一个很小的间隙。当内圈4和外圈3相对转动时，悬臂梁81两端的磁铁83分别与外圈3的侧壁内表面上的磁铁和内柱5上的磁铁发生相互作用。在磁力作用下，悬臂梁81会发生形变，从而使贴附于悬臂梁81表面上的压电片82也跟着发生形变。根据正压电效应，受压(或受拉)的压电片将输出电能。

压电组件8的具体振动发电过程如下所述。当内圈4和外圈3发生相对转动时，外圈3上的磁铁84相对压电组件8的磁铁83上下振动。当外圈3上的磁铁84靠近悬臂梁81上的磁铁83时，磁铁之间产生相互作用力，这个作用力驱使悬臂梁81发生弯曲。当磁铁83继续相对运动逐渐远离悬臂梁时，作用力减弱，悬臂梁81被释放。被释放之后的悬臂梁81会以其固有频率自由振动。提升轴12的旋转频率通常较低，但是提升轴12旋转的过程中，悬臂梁81每一次被外圈3上的磁铁84拨动以后，都会以其固有频率自由振动，这个固有频率远远高于提升轴12旋转的频率。这就实现了频率的提升，最终能实现压电发电装置输出功率和能量转换效率的提升。

我国真正能利用的压电技术的应用并不多，所以深层次的探究和研发出适合重力势能压电发电的装置，可以有效地利用压电效应进行发电，可以实现资源更加合理的有效利用。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。