專利名稱：擺式發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來將擺錘的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為電能的擺式發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，由例如核能、熱能、水力、風(fēng)力、太陽輻射、燃料電池等各種能源來獲得電能。
然而，這些裝置具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
就核能發(fā)電來講，特別是近年來，隨著廢料處理的問題，已經(jīng)表示出很大的疑慮。核能的產(chǎn)生需要大型設(shè)備，就其位置來說這也是一個(gè)限制因素。結(jié)果，得到在一個(gè)新的建造場地周圍的居民的認(rèn)可是困難的。因此，未來的核能發(fā)電的前景不是沒有問題的。
熱能發(fā)電需要消耗大量的資源。例如，就一個(gè)一年產(chǎn)生1,000,000KW的電廠運(yùn)行來講，它消耗2,200,000噸煤、1,400,000噸石油或者1,100,000噸天然氣。這樣的成本很高。自從指出自然資源枯竭以來，已經(jīng)有很長時(shí)間。熱能發(fā)電的前景具有涉及價(jià)格和供應(yīng)穩(wěn)定性以及由于二氧化碳散發(fā)造成全球變暖的問題。
太陽能發(fā)電由于10％的較低工作速率、巨大的安裝空間等等，所以比較浪費(fèi)。因?yàn)殡娔艿漠a(chǎn)生取決于天氣和季節(jié)，所以保證穩(wěn)定供應(yīng)是困難的。
風(fēng)力發(fā)電需要全年至少5m的風(fēng)速，這是強(qiáng)加給地理位置的一個(gè)限制。因?yàn)?5％到30％的低發(fā)電效率和15％到20％的工作速率，所以不能期望大量的能量供給。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備需要7到10倍于太陽能發(fā)電裝置的巨大安裝面積。此外，因?yàn)槠涔ぷ魉俾嗜Q于天氣和季節(jié)，所以自然條件將會(huì)導(dǎo)致高成本和供能短缺。
水力發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電在供應(yīng)上具有穩(wěn)定性，并且不會(huì)散發(fā)二氧化碳。因此，從環(huán)境污染和破壞的觀點(diǎn)來看，這些方法是有利的。然而，在資源的可利用性、環(huán)境和地理?xiàng)l件方面存在限制，并且成本較高。
由燃料電池來發(fā)電已經(jīng)取得了技術(shù)發(fā)展，將發(fā)電效率提高到了40％到60％。然而，許多問題仍然有待解決，例如獲得低成本、保障原材料(氫氣)、改進(jìn)制造方法和提高可靠性以及基礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)整。因此，在真正意義上使這種發(fā)電形式應(yīng)用于實(shí)際尚需要時(shí)間。
考慮到上述的技術(shù)狀況，發(fā)明人力圖研究一種發(fā)電裝置，通過使用至少目前通用的部件和材料，從而將例如化石燃料這樣的自然資源的消耗降到最低，獲得低成本，并且完全不受天氣和地理?xiàng)l件強(qiáng)加給的限制。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)研發(fā)了一種發(fā)電裝置，如在此所述的那樣，其可以是用于家庭的小型裝置、用于工業(yè)上的中型裝置或者用于電廠等的大型裝置?？梢杂貌⑴诺亩鄠€(gè)這種裝置來產(chǎn)生大量的電能。該裝置將各種可利用的能量消耗降到最小，并且因此獲得最低的燃料費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、易于制造并且成本低、可以在任意地點(diǎn)安裝并且利于環(huán)境保護(hù)。
根據(jù)本發(fā)明，由擺式發(fā)電裝置可以實(shí)現(xiàn)上述的目的，該發(fā)電裝置包括其內(nèi)限定為基本密封空間的擺錘元件；用來懸掛擺錘元件以便能夠使其左右往復(fù)擺動(dòng)的平行擺桿；該基本密封的空間包括其內(nèi)裝有風(fēng)力渦輪的風(fēng)力渦輪腔，并且用于將壓縮空氣傳送給風(fēng)力渦輪腔的活塞腔，該活塞腔具有在氣密條件下可滑動(dòng)地安裝的空氣壓縮機(jī)，以便相對于擺錘元件滑動(dòng)從而將空氣壓入活塞腔，該擺錘元件和空氣壓縮機(jī)可以相對于彼此左右擺動(dòng)，從而壓縮活塞腔內(nèi)的空氣或者使其減壓，壓縮空氣從活塞腔的空氣壓縮部分流到活塞腔的空氣減壓部分，以便連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)力渦輪，風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被傳遞給發(fā)電機(jī)，該裝置進(jìn)一步包括布置在擺錘元件的下部位置和地面位置的其中一個(gè)上的場磁鐵，以及布置在另一個(gè)上的電磁鐵，該電磁鐵具有可變換的極性以吸引和排斥場磁鐵，從而促進(jìn)擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。
在上述的擺式發(fā)電裝置中，隨著擺錘元件的左右擺動(dòng)，裝在活塞腔內(nèi)的空氣壓縮機(jī)相對于擺錘元件左右滑動(dòng)。即，擺錘元件相對于保持在固定位置的空氣壓縮機(jī)左右擺動(dòng)。結(jié)果，空氣壓縮機(jī)從活塞腔的右端滑動(dòng)到左端，然后從左端返回到右端。位于移動(dòng)的空氣壓縮機(jī)前面的活塞腔內(nèi)的空氣被壓縮。相反地，位于移動(dòng)的空氣壓縮機(jī)后面的活塞腔內(nèi)的空氣被減壓。因?yàn)閿[錘元件左右擺動(dòng)，所以連續(xù)地重復(fù)空氣壓縮機(jī)相對于活塞腔的左右滑動(dòng)。因此，壓縮空氣從活塞腔經(jīng)過風(fēng)力渦輪腔流到活塞腔的減壓部分。反復(fù)且連續(xù)地反轉(zhuǎn)該氣流。這一連串氣流強(qiáng)迫且連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)力渦輪。風(fēng)力渦輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而獲得電能。
另外，該擺錘元件發(fā)電裝置包括布置在擺錘元件的下部位置和地面位置的其中之一上的場磁鐵以及布置在另一個(gè)上的電磁鐵。通過變換該電磁鐵的極性，可以對場磁鐵施加引力和排斥力，從而促進(jìn)擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的擺式發(fā)電裝置內(nèi)，擺錘元件相對于保持在固定位置的空氣壓縮機(jī)左右擺動(dòng)。在相對運(yùn)動(dòng)中，位于空氣壓縮機(jī)前面的活塞腔內(nèi)的空氣被壓縮，而位于該空氣壓縮機(jī)后面的活塞腔內(nèi)空氣被減壓。連續(xù)重復(fù)這一運(yùn)動(dòng)。結(jié)果，氣流連續(xù)地在活塞腔內(nèi)的壓縮部分和減壓部分之間反向。該連串的氣流迫使風(fēng)力渦輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)。風(fēng)力渦輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而以大大提高的效率獲得電能。
此外，通過變換電磁鐵的極性，對場磁鐵施加吸引力或者排斥力，以促進(jìn)擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。這樣可以有效地產(chǎn)生用于這種左右往復(fù)擺動(dòng)的慣性力。因此，可以使這種左右往復(fù)擺動(dòng)輕便和平穩(wěn)，從而獲得提高的發(fā)電效率。
因此，本發(fā)明提供了一種擺式發(fā)電裝置，其使用至少目前通用的部件和材料，從而將例如化石燃料這樣的自然資源的消耗降到最低，獲得低成本、安全性和可靠性，并且完全不受天氣和地理?xiàng)l件強(qiáng)加給的限制。
該發(fā)電裝置可以制造成用于家庭的小型裝置、用于工業(yè)上的中型裝置或者用于電廠等的大型裝置?？梢杂貌⑴挪贾玫亩鄠€(gè)這種裝置來產(chǎn)生大量的電能。
作為未來應(yīng)用的一個(gè)例子，隨著電動(dòng)汽車的普及，這樣的裝置可以裝在加油站或者類似的地方，以便以與供應(yīng)汽油相同的方式將電能供給電動(dòng)汽車。另外，從全球環(huán)境的角度來看，不需要自然資源的該裝置當(dāng)然是理想的。此外，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能發(fā)電機(jī)明顯不同的是，該裝置可以裝在地球上的任何地區(qū)。
特別是，這樣產(chǎn)生的電能可以用來電解海水或者淡水以提供氫氣和氧氣。這樣獲得的氫氣可以用作下一代燃料(例如用于燃料電池)。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以有效地用在各種場合，例如汽車、家庭和工業(yè)上，并且因此具有很大的工業(yè)實(shí)用性。
在上述結(jié)構(gòu)中，懸掛該擺錘元件的平行擺桿可以在其中間位置由機(jī)殼樞轉(zhuǎn)地支撐，每一根平行擺桿具有連接在其頂端的配重。
布置在其中間位置由機(jī)殼樞轉(zhuǎn)地支撐的平行擺桿的頂端的配重可以有效地產(chǎn)生慣性力，以用于擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。因此使得擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)更加輕便和平穩(wěn)，并且在延長的時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)進(jìn)行。
該擺式發(fā)電裝置有效地產(chǎn)生用于擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)的慣性力。因此使得擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)更加平穩(wěn)，并且使用較小的能量就可以在一延長的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)擺動(dòng)。這樣有助于發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率的大大提高。
在根據(jù)本發(fā)明的上述裝置中，該風(fēng)力渦輪腔可以限定出上、下壓縮空氣通道，每一個(gè)壓縮空氣通道具有一個(gè)開關(guān)閥(見圖1)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，壓縮空氣被有效地引入每一個(gè)壓縮空氣通道，以便僅僅沿著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)該風(fēng)力渦輪。因此，可以保證該風(fēng)力渦輪的旋轉(zhuǎn)效率，從而有效地產(chǎn)生電能。
根據(jù)本發(fā)明的上述裝置可以使用具有繩子(string)形式的支撐繩索，從而允許空氣壓縮機(jī)相對于擺錘元件左右滑動(dòng)。沿著空氣壓縮機(jī)的左右滑動(dòng)方向，將該空氣壓縮機(jī)固定到延伸穿過活塞腔的支撐繩索上。該支撐繩索的各相對端部固定到該擺錘元件之外的機(jī)殼上。該空氣壓縮機(jī)保持在該左右滑動(dòng)方向上的固定位置(見圖1和2)。
這種結(jié)構(gòu)簡單并且廉價(jià)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以使用支撐桿，從而允許空氣壓縮機(jī)相對于擺錘元件的左右滑動(dòng)。沿著與空氣壓縮機(jī)的左右滑動(dòng)方向垂直的前后方向，將該空氣壓縮機(jī)固定到延伸穿過活塞腔的支撐桿上。該支撐桿的各相對端部可垂直移動(dòng)地安裝到該擺錘元件之外的機(jī)殼上。該擺錘元件的前后壁限定沿著左右方向延伸的槽，該支撐桿穿過該槽向外伸出，從而允許空氣壓縮機(jī)相對于擺錘元件左右滑動(dòng)。柔性密封件布置在該槽的內(nèi)部(見圖10和11)。
該結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒖諝鈮嚎s機(jī)保持在相對固定的位置，而不會(huì)給擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)施加負(fù)載。這樣可以有效地產(chǎn)生慣性力，以便于擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。因此使得左右往復(fù)擺動(dòng)更加輕便和平穩(wěn)，并且在延長的時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)進(jìn)行。
另外，可以使用金屬桿形式的支撐元件，以允許該空氣壓縮機(jī)相對于擺錘元件的左右滑動(dòng)。沿著該空氣壓縮機(jī)的左右滑動(dòng)方向，將該空氣壓縮機(jī)固定到延伸穿過活塞腔的支撐元件上。該支撐元件的相對端部可垂直移動(dòng)地由該擺錘元件之外的機(jī)殼支撐。該空氣壓縮機(jī)保持在左右滑動(dòng)方向上的固定位置(見圖12和13)。
該結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒖諝鈮嚎s機(jī)保持在相對固定的位置，而不會(huì)給擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)施加負(fù)載。這樣可以有效地產(chǎn)生慣性力，以便于擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。因此使得左右往復(fù)擺動(dòng)更加輕便和平穩(wěn)，并且在延長的時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)電機(jī)可以布置在機(jī)殼上，并不是在擺錘元件上，并且使其可操作地與擺錘元件內(nèi)的風(fēng)力渦輪連接。在這種情況下，多個(gè)發(fā)電機(jī)可以布置在機(jī)殼上，與發(fā)電機(jī)的數(shù)量相對應(yīng)的多個(gè)風(fēng)力渦輪布置在擺錘元件內(nèi)。通過傳動(dòng)元件，發(fā)電機(jī)分別可操作地與風(fēng)力渦輪連接(見圖14)。
因此，該擺錘元件在重量上可以制造得更輕，以便能夠更加輕便地左右往復(fù)擺動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了理想的發(fā)電，或者能夠進(jìn)行大量的發(fā)電。
根據(jù)下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和好處將更加清楚。


圖1是在本發(fā)明的第一實(shí)施例中的擺式發(fā)電裝置的主要部分的放大剖面圖；圖2是在第一實(shí)施例中的發(fā)電裝置的部分剖開的正視圖，且以放大形式示出其中一部分；圖3是在第一實(shí)施例中的發(fā)電裝置的部分剖開的側(cè)視圖；圖4是用來解釋在圖1中示出的第一實(shí)施例的操作的示意圖，其中圖4A表示擺錘元件處于右上限制位置，圖4B表示擺錘元件處于左上限制位置；圖5是用來解釋在圖1中示出的第一實(shí)施例的操作的示意圖，它是說明設(shè)置在擺錘元件上的永久磁鐵和設(shè)置在機(jī)殼上的電磁鐵作用的放大的斷開剖面圖；圖6是與圖5相似且說明兩塊磁鐵的作用的放大的斷開剖面圖；圖7是與圖5相似且說明兩塊磁鐵的作用的放大的斷開剖面圖；圖8是與圖5相似且說明兩塊磁鐵的作用的放大的斷開剖面圖；圖9是與圖5相似且說明兩塊磁鐵的作用的放大的斷開剖面圖；圖10是在本發(fā)明的第二實(shí)施例中的擺式發(fā)電裝置的主要部分的部分剖開的放大正視圖；圖11是在圖10中示出的第二實(shí)施例的主要部分的部分剖開的放大側(cè)視圖；圖12是在本發(fā)明的第三實(shí)施例中的擺式發(fā)電裝置的主要部分的部分剖開的放大正視圖；圖13是在圖12中示出的第三實(shí)施例的主要部分的部分剖開的放大透視圖；
圖14是在本發(fā)明的第四實(shí)施例中的擺式發(fā)電裝置的部分剖開的正視圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的擺式發(fā)電裝置的主要部分的放大剖面圖。圖2是表示該發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)的部分剖開的正視圖。圖3是在圖2中示出的發(fā)電裝置的部分剖開的側(cè)視圖。
在這些圖中，標(biāo)號(hào)1代表擺錘元件，如圖示，其具有長方形橫截面和在正視圖中橢圓的形狀。該擺錘元件1放置且固定到支撐架2上，支撐架2具有比擺錘元件1更大的前后尺寸和左右尺寸。由從機(jī)殼3上懸掛下來的彼此在前后方向和左右方向上間隔開的四根平行的擺桿4通過支撐架2來支撐擺錘元件1。機(jī)殼3包括底座3A、設(shè)置在底座3A的左右相對端的成對的前后支柱3B以及與這四根支柱3B的頂端連接的頂框3C。
四根平行的擺桿4在其縱向中間位置連接到支軸5上，該支軸5具有足夠的尺寸以跨接成對的前后頂框3C。支撐架2包括一對前后支撐軸支座7，支座7帶有布置在其左右每一端的軸承6。支撐軸8可旋轉(zhuǎn)地支撐在每一對前后軸承6之間。四根平行擺桿4的下端固定地連接到這些支撐軸8上。這樣，就支撐住擺錘1，使其繞著由這四根平行擺桿4的支軸5和機(jī)殼3的項(xiàng)框3C之間的接觸點(diǎn)提供的支點(diǎn)可以左右擺動(dòng)。另外，這四根平行擺桿4分別具有與其頂端一體形成的配重9。每一根平行擺桿4具有越過支軸5的相同大小的上部和下部。選擇這種結(jié)構(gòu)，以便使用較小的能源在最大的時(shí)間區(qū)段內(nèi)允許擺錘元件1左右平穩(wěn)地?cái)[動(dòng)。
頂框3C具有形成在其頂面內(nèi)的圓弧凹槽3D，它與平行擺桿4的支軸5接觸。這些凹槽3D便于支軸5平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)和定位。
擺錘元件1確定基本上密封的內(nèi)部空間10。該內(nèi)部空間被在相應(yīng)于擺錘元件1的三分之一垂直尺寸的上部位置設(shè)置的隔板11垂直地分開。隔板11以上的空間限定帶有以水平姿態(tài)設(shè)置在其中的風(fēng)力渦輪12的風(fēng)力渦輪腔13。風(fēng)力渦輪12具有沿著擺錘元件1的前后方向延伸的旋轉(zhuǎn)支撐軸14。該風(fēng)力渦輪腔13包括通道隔板15，通道隔板15分別布置在風(fēng)力渦輪腔的垂直中間位置以及越過風(fēng)力渦輪12的左右相對位置上，并且逐漸變細(xì)形成尖的末端。通道隔板15的尖的末端定位成比隔板11的自由端稍微靠近風(fēng)力渦輪12。通過通道隔板15，該風(fēng)力渦輪腔13確定兩個(gè)壓縮的空氣通道，即上部壓縮空氣通道13A和下部壓縮空氣通道13B。壓縮空氣通道13A和13B在其出口13C和13D分別具有開關(guān)閥16。
上部壓縮空氣通道13A的開關(guān)閥16可樞轉(zhuǎn)地懸掛在擺錘元件1的頂壁上。下部壓縮空氣通道13B的開關(guān)閥16可樞轉(zhuǎn)地懸掛在一個(gè)通道隔板15上。每一個(gè)開關(guān)閥16僅僅在壓縮空氣的流動(dòng)方向上可以樞轉(zhuǎn)，從而阻止壓縮空氣的回流。詳細(xì)說來，如圖1中的右開關(guān)閥16所例示的那樣，它的下端可以鄰接通道隔板15，或者如左開關(guān)閥16所例示的那樣，可以由設(shè)置在通道隔板15上的止動(dòng)件13E來限制其樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在隔板11下面的空間形成具有正方形橫截面的活塞腔17，其用作壓縮空氣產(chǎn)生腔。該活塞腔17容納球形活塞18，作為空氣壓縮機(jī)的一個(gè)例子，其設(shè)置在該活塞腔17的橫向中間位置，并且具有基本上對應(yīng)于活塞腔17的內(nèi)部測量尺寸的直徑。使活塞18保持在抵抗擺錘元件1運(yùn)動(dòng)的固定位置。因此，當(dāng)擺錘元件1左右擺動(dòng)時(shí)，固定在其位置上的活塞18在活塞腔17內(nèi)左右滑動(dòng)。結(jié)果，在沿著擺錘元件1的擺動(dòng)方向的下游，活塞18壓縮跨過活塞腔17的活塞18的左右部分之一內(nèi)的空氣。隨著擺錘元件1的左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在左右腔部分內(nèi)交替地進(jìn)行壓縮運(yùn)動(dòng)。
活塞18具有由橡膠、塑料或者金屬制成的中空球或者實(shí)體球的形式。然而，為了使擺錘元件1左右往復(fù)且有效地?cái)[動(dòng)，最好該活塞18具有由橡膠或者塑料制成的中空球的形式。
活塞腔17和上部的風(fēng)力渦輪腔13彼此通過形成在隔板11的左右端和擺錘元件1的左右周邊壁1A的內(nèi)表面之間的壓縮空氣通道19而連通。因此，在活塞腔17內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)過壓縮空氣通道19流入風(fēng)力渦輪腔13。流入風(fēng)力渦輪腔13的壓縮空氣進(jìn)入上部壓縮空氣通道13A和下部壓縮空氣通道13B中的任一個(gè)內(nèi)。一連串的壓縮空氣連續(xù)流動(dòng)且迫使風(fēng)力渦輪12沿著一個(gè)方向(例如在圖中的順時(shí)針)旋轉(zhuǎn)。
發(fā)電機(jī)20裝在擺錘元件1的頂壁上。發(fā)電機(jī)20通過例如為環(huán)形帶的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)元件21可操作地連接到風(fēng)力渦輪12的旋轉(zhuǎn)支撐軸14上。這樣，通過風(fēng)力渦輪12的旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)20可以旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生電能。最好如圖3中所示，風(fēng)力渦輪12具有比發(fā)電機(jī)20的帶纏繞元件20A直徑更大的帶纏繞元件12A。這是因?yàn)榭梢源蟠筇岣唢L(fēng)力渦輪12的轉(zhuǎn)數(shù)的原因。
具有例如線或者繩這樣的繩子形式的支撐繩索22剛性地連接到活塞18上，從而穿過活塞18的中心左右延伸。如圖2所示，該支撐繩索22穿過形成在擺錘元件1的左右周邊壁1A內(nèi)的孔1B延伸到擺錘元件1的外面。如在圖2的放大部分中示出的那樣，支撐繩索22的相對的兩端與支撐框架23連接，每一個(gè)支撐框架23在機(jī)殼3的左右成對的支柱3B之間延伸。詳細(xì)說來，支撐繩索22的每一相對端部延伸穿過形成在支撐框架23內(nèi)的接納孔24到達(dá)在支撐框架23后面的位置，止動(dòng)件25剛性地連接到每一相對端部。由螺旋彈簧形成的壓縮彈簧26裝在支撐繩索22的在支撐框架23和止動(dòng)件25之間的部分上。壓縮彈簧26將張力施加給支撐繩索22，以便在沒有外力的情況下(圖4A和圖4B)持續(xù)把支撐繩索22保持在水平姿態(tài)。
活塞18具有通過安裝元件28剛性連接到其左右相對側(cè)的氣密板27，從而阻塞氣體在形成于活塞18左右兩側(cè)的活塞腔17的部分之間流動(dòng)，并且保證活塞腔17的左右部分的每一部分的氣密性。將潤滑油涂覆到活塞腔17周壁的內(nèi)表面上，以保證活塞18和氣密板27相對于擺錘元件1平穩(wěn)地左右滑動(dòng)。
氣密板27最好由例如橡膠或者軟塑料之類的柔性材料來制造。
在圖1中的標(biāo)號(hào)29代表導(dǎo)輥，其布置在擺錘元件1的左右周壁1A里面的孔1B之上。導(dǎo)輥29防止支撐繩索22與孔1B的周壁接觸，從而損害活塞18相對于擺錘元件1的左右平穩(wěn)滑動(dòng)。
用作場磁鐵的永久磁鐵30與擺錘元件1的下部橫向中間位置即支撐架2的底面一體設(shè)置。電磁鐵31設(shè)置在機(jī)殼3的機(jī)座3A的頂面上的橫向中間位置。電磁鐵31具有可轉(zhuǎn)換的左右極性，因此如后面描述的那樣，隨著擺錘元件1的左右擺動(dòng)，極性可以在北極和南極之間反轉(zhuǎn)。
雖然在圖中沒有示出，場磁鐵30和電磁鐵31的數(shù)量可以增加，從而形成兩對、三對或者更多對。增加數(shù)量的磁鐵最好沿著左右方向以預(yù)定間隔隔開布置。在大型裝置的情況下，增加數(shù)量的磁鐵最好也沿著前后方向形成兩對、三對或者更多對。
接下來，參考圖2、4A、4B和5至9來描述在上述實(shí)施例中的擺式發(fā)電裝置的操作。
當(dāng)擺錘元件1沒有左右擺動(dòng)時(shí)，各個(gè)部件位于圖2所示的它們各自的靜止位置(home position)上。也就是說，擺錘元件1位于在左右擺動(dòng)軌跡上的最下位置?；钊?8位于在活塞腔17內(nèi)的橫向中間位置。支撐繩索22在其相對的兩端具有壓縮彈簧26，該壓縮彈簧受壓從而保持施加力的作用，以便將該支撐繩索22保持在水平姿態(tài)。平行擺桿4仍然保持在垂直姿態(tài)。
當(dāng)施加作用力以便推動(dòng)擺錘元件1從該靜止?fàn)顟B(tài)左右運(yùn)動(dòng)(例如在示出的例子中向右的作用力)時(shí)，該擺錘元件1繞著平行擺桿4的支軸5從圖2中所示的最下位置擺動(dòng)到圖4A中所示的右上限制位置。此時(shí)，由支撐繩索22將在活塞腔17內(nèi)的活塞18固定地保持在橫向中間位置。結(jié)果，活塞18相對于擺錘元件1向左滑動(dòng)，并且最終到達(dá)在圖4A中所示的活塞腔17的左端。由于擺錘元件1和活塞18之間的相對滑動(dòng)，在活塞18左邊的活塞腔17的部分內(nèi)的空氣被壓縮。相反地，在活塞18右邊的活塞腔17的部分內(nèi)的空氣減壓。
在力的作用下，壓縮空氣經(jīng)過左壓縮空氣通道19向上進(jìn)入風(fēng)力渦輪腔13。然而，開關(guān)閥16關(guān)閉下部壓縮空氣通道13B的出口13D以阻擋空氣進(jìn)入。在力的作用下壓縮空氣只能流入上部壓縮空氣流通道13A。結(jié)果，由進(jìn)入的壓縮空氣來順時(shí)針地旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪12。風(fēng)力渦輪12的這種旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電能。進(jìn)入的壓縮空氣推開已經(jīng)關(guān)閉了上部壓縮空氣流通道13A的出口13C的開關(guān)閥16，并且流進(jìn)減壓區(qū)域即活塞18右邊的活塞腔17的部分。
然后在重力作用下，已經(jīng)向右擺動(dòng)到達(dá)上限制位置的擺錘元件1向下向左擺動(dòng)。擺錘元件1到達(dá)圖2所示的最下位置，并且繞著平行擺桿4的支軸5繼續(xù)擺動(dòng)到達(dá)在圖4B中示出的左上限制位置。在此時(shí)，由支撐繩索22將在活塞腔17內(nèi)的活塞18保持在橫向固定位置。結(jié)果，活塞18和擺錘元件1相對于彼此左右滑動(dòng)?；钊?8最終到達(dá)在圖4B中所示的活塞腔17的右端。由于擺錘元件1和活塞18之間的相對滑動(dòng)，在活塞18右邊的該部分活塞腔17內(nèi)的空氣被壓縮。相反地，在活塞18左邊的該部分活塞腔17內(nèi)的空氣減壓。
在力的作用下，壓縮空氣經(jīng)過右壓縮空氣通道19向上進(jìn)入風(fēng)力渦輪腔13。然而，開關(guān)閥16關(guān)閉上部壓縮空氣通道13A的出口13C以阻擋空氣進(jìn)入。在力的作用下壓縮空氣只能流入下部壓縮空氣流通道13B。結(jié)果，由進(jìn)入的壓縮空氣來順時(shí)針地旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪12。風(fēng)力渦輪12的這種旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電能。進(jìn)入的壓縮空氣推開關(guān)閉著下部壓縮空氣流通道13B的出口13D的開關(guān)閥16，并且流進(jìn)減壓區(qū)域即活塞18左邊的該部分活塞腔17。
這樣，擺錘元件1的左右往復(fù)擺動(dòng)連續(xù)地使風(fēng)力渦輪12沿著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并且最大效率地產(chǎn)生電能。
在上述操作中，隨著擺錘元件1從最低位置向上左右擺動(dòng)到右上和左上限制位置，活塞18不可避免地移動(dòng)到高于地面的增加高度上。結(jié)果，支撐繩索22從其中間部分向下拖拽的狀態(tài)(圖2)呈現(xiàn)出水平筆直的姿態(tài)(圖4)。支撐繩索22將變松，但是通過壓縮彈簧26將止動(dòng)件25壓向左右可以有效地吸收這種變松。結(jié)果，止動(dòng)件25可以相對于擺錘元件1持續(xù)地保持在固定位置。
布置在支撐架2底面上的永久磁鐵30和布置在機(jī)殼3的頂面3A上的電磁鐵31可以大大地影響擺錘元件1的左右往復(fù)擺動(dòng)。
接下來參考圖5到9來描述這些磁鐵的工作。為了便于描述，在此假設(shè)在擺錘元件上的永久磁鐵30具有在右端的北極和在左端的南極。
圖5到9表示擺錘元件1從圖4A所示的右上限制位置到達(dá)最低位置并且到達(dá)圖4B所示的左上限制位置的工作階段。
首先，如圖5所示，在擺錘元件1到達(dá)最下位置之前，這兩塊磁鐵30和31還沒有彼此相對，電磁鐵31具有設(shè)置在右端的北極和設(shè)置在左端的南極。在此階段，在擺錘元件1的永久磁鐵30左端的南極繼續(xù)被在電磁鐵31右端的北極吸引。這就促使擺錘元件1向左擺動(dòng)到最大位置。
接著，隨著擺錘元件1繼續(xù)向左擺動(dòng)到達(dá)如圖6所示的永久磁鐵30的左端與電磁鐵31的右端相對的階段，電磁鐵31的極性左右顛倒。即，電磁鐵31的右端變成南極，左端變成北極。通過轉(zhuǎn)換電磁鐵31的極性，在永久磁鐵30左端的南極和電磁鐵31右端的南極之間發(fā)生相互排斥，不會(huì)造成阻礙擺錘元件1的擺動(dòng)。進(jìn)而，使在電磁鐵31右端的南極吸引在永久磁鐵30右端的北極。這使得擺錘元件1進(jìn)一步向左擺動(dòng)。
接著如圖7所示，擺錘元件1進(jìn)一步向左擺動(dòng)到達(dá)最下位置，在此，兩塊磁鐵30和31彼此完全垂直地相對。在這一階段，電磁鐵31的極性又一次左右顛倒。即，電磁鐵31的左右極性現(xiàn)在與永久磁鐵30的左右極性一致。隨著電磁鐵31的極性變換，電磁鐵31左端的南極和永久磁鐵30左端的南極彼此排斥，并且在電磁鐵31右端的北極和在永久磁鐵30右端的北極也彼此排斥。因此，在兩塊磁鐵30和31之間不會(huì)發(fā)生吸引。結(jié)果，擺錘元件1完全沒有了制止其擺動(dòng)的力。由重力和向左運(yùn)動(dòng)的慣性力繼續(xù)使擺錘元件1向左輕便地且平穩(wěn)地?cái)[動(dòng)。
電磁鐵31的繼續(xù)保持不變直到到達(dá)圖8所示的階段，其中，擺錘元件1已經(jīng)從最低位置向左移動(dòng)到使永久磁鐵30的右端與電磁鐵31的左端相對的位置。在永久磁鐵30右端的北極繼續(xù)吸引在電磁鐵31左端的南極。這樣促使擺錘元件1向左擺動(dòng)到最大。
接下來，如圖9所示，擺錘元件1進(jìn)一步向左擺動(dòng)，從而兩塊磁鐵30和31變成不再彼此相對。立即地(immediately)在該階段之前，電磁鐵31的極性再次變換。這樣，電磁鐵31現(xiàn)在具有提供北極的左端和提供南極的右端。隨著極性的變換，在永久磁鐵30右端的北極和電磁鐵31左端的北極之間發(fā)生相互排斥。這樣導(dǎo)致一個(gè)力推動(dòng)擺錘元件1進(jìn)一步向左。由重力和向左運(yùn)動(dòng)的慣性力使擺錘元件1繼續(xù)輕便地向左且平穩(wěn)地?cái)[動(dòng)。擺錘元件1最后到達(dá)圖4B中所示的左上極限位置。
接著到達(dá)左上限制位置的擺錘元件1沿著相反的方向(向右)擺動(dòng)。按照與上面相反的順序改變電磁鐵31的極性。在這種控制下，如上所述，由重力和慣性力使擺錘元件1繼續(xù)向右輕便地且平穩(wěn)地?cái)[動(dòng)。結(jié)果，可以連續(xù)地獲得電能。
布置在平行擺桿4的頂端的配重9有效地產(chǎn)生慣性力，以便使擺錘元件1左右往復(fù)擺動(dòng)。因此，可以更加平穩(wěn)地進(jìn)行擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)，并且使用很小的能量在延長的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)這種擺動(dòng)。這有助于大大提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。
(第二實(shí)施例)接下來，在圖10和11中所示的結(jié)構(gòu)包括相對于擺錘元件1固定活塞18的不同裝置。在下面的詳細(xì)描述中，與前面實(shí)施例相同的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)示出，并且不再描述。
由直立在機(jī)殼3的機(jī)座3A上的支柱32來可垂直移動(dòng)地支撐活塞18。詳細(xì)說來，活塞18具有與其一體形成并且從其中心部分前后延伸的支臂33。支臂33從形成在擺錘元件1的前后壁1C中的橫向延伸的直線槽34中伸出。由裝在支柱32內(nèi)的支臂35通過支撐軸套36來支撐每一凸出端，從而使其只能垂直移動(dòng)。該結(jié)構(gòu)允許相對于活塞18左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
另一方面，形成在擺錘元件1中的橫向延長槽34的里面的是密封件37，密封件37具有比槽34更大的垂直和水平尺寸。這些密封件37盡可能地防止壓縮空氣從活塞腔17中泄露。密封件37由橡膠或者塑料制成，并且優(yōu)選用柔性材料制成。在垂直的中間位置將密封件37分成上部和下部，以保證支臂33和擺錘元件1的相對滑動(dòng)。
(第三實(shí)施例)下面，在圖12和13中所示的結(jié)構(gòu)包括相對于擺錘元件1來固定活塞18的另一不同的裝置。
這里的改進(jìn)是基于與圖1到9中示出的使用支撐繩索22的實(shí)施例相同的概念而作出的。然而，在圖1到9中所示的結(jié)構(gòu)使用例如繩或者線這樣的柔性材料作為支撐繩索22，而該實(shí)施例提供一種適于使用例如金屬桿或者塑料桿之類的桿件的結(jié)構(gòu)。
在下面的詳細(xì)描述中，與前述實(shí)施例相同的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)表示，并且不再進(jìn)行描述。
如在圖1到9中所示的結(jié)構(gòu)那樣，具有金屬桿形式的支撐元件22剛性地連接到活塞18上，以穿過活塞18的中心左右延伸。如圖示，支撐元件22穿過形成在擺錘元件1的左右周壁1A內(nèi)的孔1B而伸出擺錘元件1。如在圖13中放大示出的那樣，沿著附加在支撐框架23上的導(dǎo)軌38在具有金屬桿形式的支撐元件22的每一相對端部垂直引導(dǎo)該支撐元件，該支撐框架23將機(jī)殼3的前后支柱3B跨接起來。
具體說來，具有金屬桿形式的支撐元件22的每一相對端部具有與其一體形成且沿著前后方向延伸的支腿39。具有軸承形式且沿著前后方向定位的導(dǎo)向輪40鄰近支撐元件22的每一相對端部安裝，并且具有軸承形式且沿著橫向定位的導(dǎo)向輪41裝在支腿39的前后端的每一端上。如看到的那樣，由限制前后擺動(dòng)的導(dǎo)軌38的一對前后導(dǎo)軌部分38A以及限制左右擺動(dòng)的與前后導(dǎo)軌部分38A一體形成且橫向位于該部分38A之外的導(dǎo)軌部分38B來引導(dǎo)導(dǎo)向輪40和41。雖然例示的這些導(dǎo)軌部分一體形成，但是必要時(shí)它們可以分開形成。
該實(shí)施例包括上下導(dǎo)輥29，以便通過接觸由金屬桿形成的支撐元件22的上下表面來引導(dǎo)該支撐元件。將向上和向下的作用力施加到隨著擺錘元件1的左右往復(fù)擺動(dòng)而向上和向下移動(dòng)的支撐元件22上。因此，隨著擺錘元件1的上下運(yùn)動(dòng)，支撐元件22保持與孔1B的周壁不接觸。這樣可以有效地實(shí)現(xiàn)擺錘元件1和活塞18的平穩(wěn)的左右相對滑動(dòng)。
根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)，借助于導(dǎo)軌38以及導(dǎo)向輪40和41的作用，擺錘元件1的左右往復(fù)擺動(dòng)只能引起由金屬桿形成的支撐元件22的上下移動(dòng)。這樣，與具有繩或者線的形式的支撐繩索22相比，該結(jié)構(gòu)能夠相對于擺錘元件1使活塞18保持固定，同時(shí)不會(huì)對擺錘元件1的左右往復(fù)擺動(dòng)施加負(fù)載。這樣有效地保證了擺錘元件1左右往復(fù)擺動(dòng)的慣性力，以便更加輕便且平穩(wěn)地繼續(xù)擺錘元件1的左右往復(fù)擺動(dòng)。
(第四實(shí)施例)接下來，圖14中所示的結(jié)構(gòu)包括增加發(fā)電量的裝置。
在下面的詳細(xì)描述中，與前面實(shí)施例相同的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)示出，并且不再描述。
多個(gè)(在所示的例子中為三個(gè))風(fēng)力渦輪12沿著壓縮氣流的方向布置在風(fēng)力渦輪腔13中。與多個(gè)風(fēng)力渦輪12的數(shù)量相對應(yīng)的發(fā)電機(jī)20裝在機(jī)殼3的頂框3C上。通過旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)元件21分別將發(fā)電機(jī)20可操作地聯(lián)接到風(fēng)力渦輪12上。
該結(jié)構(gòu)能夠由多個(gè)發(fā)電機(jī)20立即發(fā)電，并且適用于需要大量發(fā)電的場合。
在該改進(jìn)中，相對較重的發(fā)電機(jī)20不再布置在擺錘元件1上，而是布置在機(jī)殼3上，從強(qiáng)度的角度來考慮這樣更加理想。結(jié)果，擺錘元件1的總重量大大減輕，從而能夠更加輕便地左右擺動(dòng)，以獲得需要的大量發(fā)電。
該改進(jìn)中的將發(fā)電機(jī)20布置在機(jī)殼3上的結(jié)構(gòu)當(dāng)然也可以用在圖1到13示出的實(shí)施例中。即，該結(jié)構(gòu)也可以用于一個(gè)風(fēng)力渦輪和一臺(tái)發(fā)電機(jī)的組合。
用這種擺式發(fā)電裝置得到的部分電能足以供上述的電磁鐵31極性變換使用。然而，最好根據(jù)發(fā)電量使用商用電。
在上述的每一實(shí)施例中，雖然沒有示出，但是從發(fā)電機(jī)20得到的電能可以通過穩(wěn)壓器傳送給變壓器，以便進(jìn)行變壓。另外，電能可以傳送給電容器并儲(chǔ)存在那里，以用于需要地點(diǎn)的合適目的。
另外，由擺錘元件1的前后壁1C通過軸承來支撐風(fēng)力渦輪12的旋轉(zhuǎn)支撐軸14。該支撐軸結(jié)構(gòu)最好使用公知的磁性軸承來代替普通軸承。特別是使用有效磁性軸承(active magnetic bearing)。
當(dāng)擺錘元件1在左或者右擺動(dòng)之后進(jìn)行返回?cái)[動(dòng)時(shí)，在沒有壓縮空氣流動(dòng)的情況下發(fā)生短暫的暫停。作為在暫停期間連續(xù)平穩(wěn)且有效地轉(zhuǎn)動(dòng)該風(fēng)力渦輪12而不會(huì)降低該風(fēng)力渦輪12的旋轉(zhuǎn)能量的裝置，該磁性軸承特別有效。
在上面的每一實(shí)施例中描述的根據(jù)本發(fā)明的擺式發(fā)電裝置使用至少目前通用的部件和材料，從而將例如化石燃料這樣的自然資源的消耗降到最低，從而獲得低成本，并且完全不受天氣和地理?xiàng)l件強(qiáng)加給的限制。該發(fā)電裝置可以是供家庭用的小型裝置，或者供工業(yè)使用的中型裝置，或者供電廠等使用的特大型裝置?？梢杂貌⑴挪贾玫亩鄠€(gè)裝置來產(chǎn)生大量的電能。這樣，作為未來應(yīng)用的一個(gè)例子，隨著電動(dòng)汽車的普及，這樣的裝置可以裝在加油站或者類似的地方，以便以與供應(yīng)汽油相同的方式將電能供給電動(dòng)汽車。另外，從全球環(huán)境的角度來看，不需要天然資源的該裝置當(dāng)然是理想的。此外，與風(fēng)能發(fā)電機(jī)和太陽能發(fā)電機(jī)明顯不同的是，該裝置可以裝在地球上的任何地區(qū)。
特別是，這樣產(chǎn)生的電能可以用來電解海水或者淡水以提供氫氣和氧氣。這樣獲得的氫氣可以用作接下來的發(fā)電燃料(例如燃料電池)。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以有效地用在各種場合，例如汽車、家庭和工業(yè)上。其工業(yè)實(shí)用性比現(xiàn)有的各種發(fā)電裝置要大得多。
權(quán)利要求
1.一種擺式發(fā)電裝置，其包括其內(nèi)限定為基本密封空間的擺錘元件；和用來懸掛所述擺錘元件以便使其能夠左右往復(fù)擺動(dòng)的平行擺桿；所述的基本密封空間包括其內(nèi)裝有風(fēng)力渦輪的風(fēng)力渦輪腔和將壓縮空氣傳送到所述風(fēng)力渦輪腔的活塞腔；所述的活塞腔具有在氣密條件下可滑動(dòng)地安裝的空氣壓縮機(jī)，以便相對于所述的擺錘元件滑動(dòng)從而壓縮所述活塞腔內(nèi)的空氣；所述的擺錘元件和空氣壓縮機(jī)可以相對于彼此左右擺動(dòng)，從而壓縮所述活塞腔內(nèi)的空氣或者使其減壓；壓縮空氣從所述活塞腔的空氣壓縮部分流到所述活塞腔的空氣減壓部分，以便連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)所述的風(fēng)力渦輪，將所述的風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給發(fā)電機(jī)；該裝置還包括布置在所述的擺錘元件的下部位置和地面位置之一上的場磁鐵以及布置在另一個(gè)上的電磁鐵，所述電磁鐵具有可變換的極性以吸引和排斥所述場磁鐵，從而促進(jìn)所述擺錘元件的左右往復(fù)擺動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的擺式發(fā)電裝置，其特征在于，用于懸掛所述的擺錘元件的所述平行擺桿在其中間位置由機(jī)殼可樞轉(zhuǎn)地支撐，每一根所述的平行擺桿具有連接在其頂端的配重。
全文摘要
擺錘元件相對于仍然保持在固定位置的空氣壓縮機(jī)左右擺動(dòng)。結(jié)果，空氣壓縮機(jī)相對于擺錘元件的活塞腔從活塞腔的一端滑動(dòng)到另一端。該空氣壓縮機(jī)壓縮位于空氣壓縮機(jī)的滑動(dòng)方向前面的活塞腔部分內(nèi)的空氣，并且使位于空氣壓縮機(jī)的滑動(dòng)方向后面的活塞腔部分內(nèi)的空氣減壓。連續(xù)重復(fù)該運(yùn)動(dòng)，從而在活塞腔前部內(nèi)的壓縮空氣流過風(fēng)力渦輪腔到達(dá)該活塞腔的后部。這一連串氣流強(qiáng)迫且連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)力渦輪，該風(fēng)力渦輪然后轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而獲得電能。
文檔編號(hào)F03G3/00GK1509374SQ02809970
公開日2004年6月30日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
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