一個振動能量回收發電裝置研究趙偉辰1,楊浩然2,唐麗媛3,孔祥雪4（1.哈爾濱工程大學動力與能源工程學院,黑龍江哈爾濱150001;2.哈爾濱工程大學自動化學院,黑龍江哈爾濱150001;3.哈爾濱工程大學水聲工程學院,黑龍江哈爾濱150001;4.哈爾濱工程大學動力與能源工程學院,黑龍江哈爾濱150001）摘要:在經濟高速發展、能源日益匱乏今天,可再生能源已逐步成為社會關注焦點。振動是自然界中存在一個極為普遍可再生能源,然而,這種能源卻被減振設備吸收,或被忽略而浪費。通常減震器把機械振動運動能量轉化為無法回收利用熱能。若不把振動能量轉化為熱能,而是轉化為電能,則可達成再生能源之目,大大提升燃料使用率。為了有效利用這種能源,從車輛減震器振動能量回收方面出發,立意研究此振動能量回收裝置平臺。研制與開發用于汽車振動能量回收裝置,對改善汽車行業節能情況,提升環境質量含有現實意義。關鍵詞:振動1;能量回收2;節能減排3;汽車減震4StudyonavibrationenergyrecoverypowergenerationdeviceZhaoWeichen1,YangHaoran2,TangLiyuan3,KongXiangxue4（1.HarbinEngineeringUniversity,150001,China;2.HarbinEngineeringUniversity,150001,China;3.HarbinEngineeringUniversity,150001,China;4.HarbinEngineeringUniversity,150001,China)Abstract:Withtherapiddevelopmentofeconomyandenergyshortage,renewableenergyhasgraduallybecomethefocusofsocialattention..Vibrationisaverycommonrenewableenergyinnature,however,thisenergyhasbeenabsorbedbytheshockabsorber,orneglectedandwasted..Generalshockabsorbersconverttheenergyofmechanicalvibrationintoheatenergywhichisunabletorecover..Ifthevibrationenergyisconvertedintoheatenergy,itcanbeconvertedintoelectricity,thenitcanreachthepurposeofrenewableenergy,andgreatlyimprovetheutilizationoffuel..Inordertoeffectivelyusetheenergy,fromtheaspectofvehicleshockabsorbervibrationenergyrecovery,conceptionofthevibrationenergyrecoverydeviceplatform.Theresearchanddevelopmentofthedevicefortheenergyrecoveryofautomobilevibrationisofpracticalsignificanceforimprovingtheenergysavingoftheautomobileindustryandimprovingtheenvironmentquality.Keywords:vibration1;energyrecovery2;energysaving3;automobileshockabsorption4振動是自然界中存在一個極為普遍可再生能源,然而,這種能源卻被減振設備吸收,或被忽略而浪費。通常減震器把機作品起源:國家大學生創新創業訓練計劃第三屆“TRIZ”杯大學生創新方法大賽一等獎作者介紹:趙偉辰(1994.8),男,級,輪機工程專業指導老師:佟岳軍(1962),男,高級工程師,工程訓練中心械振動運動能量轉化為無法回收利用熱能。若不把振動能量轉化為熱能,而是轉化為電能,則可達成再生能源之目,大大提升燃料使用率。為了有效利用這種能源,我們從車輛減震器振動能量回收方面出發,立意研究此振動能量回收裝置平臺。研制與開發用于汽車振動能量回收裝置,對改善汽車行業節能情況,提升環境質量含有現實意義。1研究內容與試驗1項目研究方案確立1.1項目研究內容1.1.1振動能量搜集方法分析對振動能量回收方法進行分析,以得出具體數據,為以后機械機構設計和關鍵傳動機構研究打下基礎。依據能量轉換機理不一樣,振動發電裝置能夠分成壓電式、電磁式和靜電式三類。壓電式廣泛應用于100Hz和1000Hz頻率下,其制造工藝比較復雜并和CMOS技術不兼容。而靜電式需要外加電源進行初始充電,限制了其應用范圍。相比較而言,當在低頻振動環境中用于無線傳感器功率電源使用時,電磁式振動發電裝置含有低成本、高性能特點。1.1.2電磁式振動發電機構設計本裝置利用振動產生能量,經過往復運動機構將能量儲存在飛輪中,利用飛輪結構將微小運動放大,并利用飛輪本身慣性實現連續轉,同時經過齒輪組使得飛輪轉動帶動線圈轉動,因為固定永磁體,線圈將做切割磁感線運動,從而產生感應電壓,再與整流二極管相連,即可進入電量搜集階段。1.1.3電路電源設計將搜集電信號進行整流,濾波,穩壓,從而將電能搜集起來,見圖2、圖3。圖1-1電能搜集原理及電路安排圖1-2具體電路1.1.4測試評定與調試對已設計完成振動能量回收發電裝置不停進行調試,以達成預期功效,同時對其安全性不停改善與校正,使其安全性能夠得到保障,而且不影響減震器原有功效。1.2裝置制作過程及性能1.2.1裝置設計步驟圖1-3裝置設計步驟圖1.2.2TRIZ理論分析圖1-4系統完備性檢驗圖1-5九屏幕分析法圖1-6功效模型分析圖1-7資源分析1圖1-8資源分析22裝置設計方案驗證2.1裝置結構圖2-1裝置設計主視圖振動能量回收發電裝置包含:發電機（1）、上導向套筒（2）、凸輪（3）、下底板（4）、上頂板（5）、彈簧（6）、下導向套筒（7）、發電機（8）、飛輪（9）、中間立柱（10）、下層立柱（11）、齒輪齒條（12）、軸支座（13）、中間板（14）、減速電機電源（15）、減速電機（16）。下底板（4）四面圖2-2裝置設計左視圖開有螺紋孔,經過四根下層立柱（11）與中間板（14）相連,凸輪（3）安裝在減速電機（16）上,與減速電機電源（15）一起固定在下底板（4）上。上導向套筒（2）、下導向套筒（7）分別經過螺紋與上頂板（5）和中間板（14）固定在一起,套筒中放入彈簧（6）與齒條,中間板（14）中間開有圓孔,四面開有螺紋安裝孔。上頂板（5）中間開有齒條導向孔,四面開有螺紋安裝孔。軸固定在軸支座（13）中確保位置固定。齒輪齒條（12）、飛輪（9）與單向軸承分別安方在軸上,并將齒輪齒條（12）配合好。圖2-3完整結構2.2工作原理振動能量回收發電裝置包含下層振動源,由減速電機電源為減速電機供電帶動凸輪轉動,利用凸輪本身高度差,將凸輪轉動轉化為帶動齒條與墊板上下往復運動。上頂板齒條導向孔確保齒條做上下往復直線運動,上導向套筒固定彈簧使彈簧不發生偏移,下導向套筒起到為墊圈移動導向作用,使墊圈在上下往復運動中不會偏移,彈簧固定在上頂板與墊圈中間為墊圈回復到原位置提供動力。上層能量搜集裝置中齒條與齒輪嚙合帶動齒輪轉動,將齒條上下往復直線運動轉化為齒輪轉動,帶動周做圓周運動。經過單向軸承使軸最右側飛輪只能夠做單向旋轉運動,飛輪為軸連續性轉動提供慣性力,將不連續振動轉化為較為均勻定軸轉動,確保軸連續旋轉。飛輪右側與自制發電機相連,軸連續轉動帶動發電機發電。2.3生命曲線每個系統進化都要經歷嬰兒期、成長久、成熟期、衰退期,其也表現了諸項性能參數發展改變規律。下面利用技術系統生命曲線（S曲線）,用橫軸表示時間,縱軸表示系統性能參數、專利等級、專利數量和經濟效益等4個方面,如圖三所表示:圖2-4生命曲線圖自20世紀70年代起,中國外很多學者就開始了對汽車振動能量回收懸架研究,但到現在為止,該技術沒有商業應用。中國外學者和企業已圍繞有效回收振動能量和確保足夠減振性能等關鍵問題進行了探索和嘗試,取得了部分有價值結果,并在樣機試制和試驗驗證上取得了較大進展。依據這些特征能夠判定本產品處于成長久早期。3裝置組裝及測量圖3-1組裝試驗樣機完成對振動能量回收研究,進行數據分析和驗證電壓范圍:12-30V額定電壓:24V空載:轉速:12rpm電流:50mA負載轉矩:轉速:10rpm電流:100mA扭矩:14kg*cm功率:2.5W減速比:506重量:200g最大輸出電壓:DC5.5v

最大輸出電流:600mA經過測量:機器振動源運轉10分鐘,可打電話5-8分鐘或待機3-5小時致謝在完成此次國家大學生創新創業訓練計劃過程中我們學到了很多東西。首先要感謝我們指導老師佟岳軍老師,她在我們制作過程中,給予了很大幫助。在開始早期,我們存在很多問題,是在老師幫助下進行修改和完善。在此對老師獻上最衷心地感謝。其次我們要感謝對我們軟件學習提供過幫助學長學姐們。最終,我要再次感謝對我提供過制作工具同學和老師,以及在整體系統調試中對我進行過指導全部老師和同學。參考文件MIT,

Morepowerfrombumpsintheroad,

(Feb.10,)

Zuoetal.,

Vehicleshockabsorberreoversenergyfrombumpsintheroad,at(Mar17,)LeiZuo,etal.,

Designandcharacterizationofanelectromagneticenergyharvesterforvehiclesuspensions,