一种双摆振动能量收集器

1.本发明涉及振动能量收集技术领域，尤其涉及一种将外部环境振动转化为电能的双摆振动能量收集器。


背景技术：

2.近些年，振动能量收集的研究取得了巨大的发展，形成了电磁式、压电式和摩擦式几种能量收集器的设计；其中电磁式能量收集器输出性能较好，但大多涉及复杂的机械系统。
3.中国专利公开号cn 103996329 a公开了一种双摆轴单摆用于理解摆动过程中的能量转换关系，但其摆杆被固定在底板上不能运动；现有论文“energy harvesting from chaos in base excited double pendulum”（mechanical systems and signal processing，2019，124：49
–
64）公开了一种双段摆式能量收集器，双摆结构提高了其能量输出，但是该装置的大部分体积被摆杆占据，空间利用率较低。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，设计了一种双摆振动能量收集器。一方面，本申请采用两段摆式结构，通过u形连杆的运动放大摆杆的运动，提高装置的能量输出效率；另一方面，摆杆的末端等间隔分布有多个安装孔，可通过调节摆锤到转轴的距离调节装置的共振频率，拓宽装置的频率工作范围，增强了对环境振动频率的适应性，以改善并丰富现有的振动能量收集装置。
5.本发明解决技术问题所采取的技术方案为：本发明包括第一摆锤、第二摆锤、摆杆、u形连杆、转轴、减速电机和弹簧。
6.在所述的u形连杆上部架设有转轴，所述转轴的两端连接减速电机；所述的转轴与摆杆的一端固定，摆杆的另一端连接有第一摆锤；所述的u形连杆顶部设置有用于放大第一摆锤运动幅度的第二摆锤；所述的u形连杆底部与底板铰接。
7.所述的u形连杆侧壁安装有四个弹簧，单侧各安装两个弹簧，弹簧的另一端安装在底板上，四个所述弹簧用于保持u形连杆在无外部激励情况下处于自然垂直状态。
8.所述的第一摆锤用于带动转轴转动，从而使得所述的减速电机的主轴转动；所述减速电机内部转子转动，切割定子产生的磁感线，转子线圈内部产生感应电动势，外接负载形成闭合回路，形成感应电流，输出电能。
9.进一步说，所述的摆杆通过平键与转轴相连，转轴的两端通过联轴器与减速电机相连。
10.进一步说，所述摆杆上等间隔分布有多个安装孔，便于第一摆锤安装于摆杆的不同位置，通过调节第一摆锤到所述转轴的距离，从而收集器调节共振频率，拓宽收集器的频率工作范围，增强对环境激励的适应性。
11.本发明与背景技术相比，具有有益的效果是：
本发明的装置采用两段摆式结构，通过u形连杆的运动放大摆杆的运动，提高装置的能量输出；同时，摆杆的末端等间隔分布有多个安装孔，可通过调节摆锤到转轴的距离调节装置的共振频率，拓宽装置的频率工作范围，增强了对环境振动频率的适应性；此外，该装置整体结构稳定，形状对称，泛用性好，可以安装在多种振动装置中进行发电。
附图说明
12.图1是本发明的双摆振动能量收集器斜视图。
13.图2是本发明装置主视图。
14.图3是本发明装置左视图。
15.图中：1、减速电机，2、转轴，3、u形连杆，4、摆杆，5、第一摆锤，6、底板，7、铰接件，8、弹簧，9、第二摆锤。
具体实施方式
16.图1~图3给出了一种双摆振动能量收集器，实施例中的装置包括摆锤、摆杆、u形连杆、转轴、减速电机和弹簧。
17.所述摆锤包括第一摆锤5和第二摆锤9。第一摆锤5通过螺栓固定安装在摆杆4末端，摆杆4首端开有圆孔和键槽，通过平键与转轴2相连，转轴上有套筒，用于对限制中间的摆杆，使得摆杆不会沿转轴产生轴向偏移；转轴2通过轴承悬架于u形连杆3上，且转轴的两端掏空用于安装两个减速电机的轴；所述转轴2的两端通过联轴器与减速电机1相连。第二摆锤9通过螺栓安装于u形连杆3上方；两个减速电机1分别安装在u形连杆3两侧，u形连杆3底部通过铰接件安装在壳体底板6上，且u形连杆3可围绕铰接件7转动；u形连杆安装有四个弹簧8，单侧各安装两个弹簧8，弹簧8的另一端也通过铰接件安装在底板6上，用于保持u形连杆在无外部激励情况下处于自然垂直状态。
18.所述第一摆锤的末端等间隔分布有多个安装孔，便于第一摆锤进行上下移动，调节第一摆锤到转轴的距离，从而调节装置的共振频率，能够拓宽装置的频率工作范围，增强对环境激励的适应性。
19.本发明的工作原理如下：将该装置通过底盘的固定孔位安装在振动平台内，在振动平台运动过程中，第一摆锤和第二摆锤会由于惯性的存在，随着平台的运动产生前后往复运动，且在弹簧的作用下限制了u形连杆的摆动幅度，使其在无外部激励情况下处于自然垂直状态。
20.当第二摆锤做往复摆动时，第一摆锤在u形连杆的运动及惯性的作用下逐渐由静止状态达到往复摆动，且双摆结构使得第一摆锤相较于第二摆锤产生更大的运动幅度；随着第一摆锤的往复摆动，在平键连接下带动转轴产生往复转动；转轴的两端各连接有减速电机，通过齿轮组将低速高扭矩输入转化成高速低扭矩输出，带动电机的主轴转动。根据电磁感应定律，电机内部转子转动，切割定子产生的磁感线，转子线圈内部产生感应电动势，外接负载形成闭合回路，形成感应电流，输出电能。
21.在运动的过程中，由于外部环境的振动是无规律的，所以要搭载一个整流器用于将不规则交流电转换为直流电收集起来。
22.综上，本发明利用双摆结构，设计了一种双摆振动能量收集器，这种设计结构简
单，折叠双轴式体积较小，且双摆的丰富动态特性为能量收集提供了优势。
23.最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种双摆振动能量收集器，其特征在于：包括第一摆锤、第二摆锤、摆杆、u形连杆、转轴、减速电机和弹簧；在所述的u形连杆上部架设有转轴，所述转轴的两端连接减速电机；所述的转轴与摆杆的一端固定，摆杆的另一端连接有第一摆锤；所述的u形连杆顶部设置有用于放大第一摆锤运动幅度的第二摆锤；所述的u形连杆底部与底板铰接；所述的u形连杆侧壁安装有四个弹簧，单侧各安装两个弹簧，弹簧的另一端安装在底板上，四个所述弹簧用于保持u形连杆在无外部激励情况下处于自然垂直状态；所述的第一摆锤用于带动转轴转动，从而使得所述的减速电机的主轴转动；所述减速电机内部转子转动，切割定子产生的磁感线，转子线圈内部产生感应电动势，外接负载形成闭合回路，形成感应电流，输出电能。2.根据权利要求1所述的一种双摆振动能量收集器，其特征在于：所述的摆杆通过平键与转轴相连，转轴的两端通过联轴器与减速电机相连。3.根据权利要求1或2所述的一种双摆振动能量收集器，其特征在于：所述摆杆上等间隔分布有多个安装孔，便于第一摆锤安装于摆杆的不同位置，通过调节第一摆锤到所述转轴的距离，从而收集器调节共振频率，拓宽收集器的频率工作范围，增强对环境激励的适应性。

技术总结
本发明公开了一种双摆振动能量收集器。本发明采用两段摆式结构，通过U形连杆的运动放大摆杆的运动，提高装置的能量输出效率；另一方面，摆杆的末端等间隔分布有多个安装孔，可通过调节摆锤到转轴的距离调节装置的共振频率，拓宽装置的频率工作范围，增强了对环境振动频率的适应性，以改善并丰富现有的振动能量收集装置。收集装置。收集装置。


技术研发人员：王滔 娄虎 刘硕 蔡勇
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/21