CN103925181A - 利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置 - Google Patents

Abstract

利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置，属于振动能量的收集与利用技术领域，主要应用于人流量大的公共场合。本发明利用电磁与压电相结合的发电方式收集环境中的振动冲击能量，并将电能应用于电池充电与自动更换。本发明包括振动发电机构、整流升压模块及电池充电、自动更换机构；振动发电机构由外壳和设置在外壳内部的压电发电机构、电磁发电机构组成，压电发电机构由压电片固定板、压电片组和重量块组成，电磁发电机构包括齿轮增速机构、单向传动机构、带传动机构、架体及盘式发电机构，电池充电、自动更换机构由壳体、电池推板、第二复位弹簧及设置在壳体内的电池推出机构、电池检测机构、位置转换机构及电池存放、充电机构组成。

Description

利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置

技术领域

本发明属于振动能量的收集与利用技术领域，特别是涉及一种利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置，主要应用于人流量大的公共场合。

背景技术

自然界中的振动冲击无处不在，人行走时便很容易产生振动冲击，虽然日本有压电地板的展示，以色列也将压电材料应用在了道路上发电，但是现有的产品存在材料昂贵、发电率低、产品寿命低、振动采集的频率范围小等缺点，市场上很难发现此类成熟产品；随着传统能源带来的污染越发严重，振动冲击作为绝对的清洁无污染能源，它的收集与利用意义重大。

手机作为移动终端，人们生活对它越来越依赖，随着手机功能的增多，屏幕的增大，手机的耗电量也逐渐增大，一定体积和电量的手机电池已经无法满足人们日常出行的需要，移动电源虽然能够帮助手机电池续航，但存在体积、重量大，不易携带等缺点；随着手机配件标准化的进行，手机电池的充电与自动更换装置的出现成为可能，该装置被安放在人流量大的公共场合，将自动完成手机电池的充电与更换，方便人们的取用。

在火车站、地铁站等人流量大的场合，利用人行走时产生的振动冲击发电，并且将电能存储起来用于手机电池的充电与自动更换装置，做到发电与应用的完美结合，对于方便人们日常出行具有重大意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置，该装置利用电磁与压电相结合的发电方式收集环境中的振动冲击能量，并将电能应用于电池充电与自动更换。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置，包括振动发电机构、整流升压模块及电池充电、自动更换机构；振动发电机构由外壳和设置在外壳内部的压电发电机构、电磁发电机构组成，外壳的压板设置在外壳的顶部，压板与后板之间通过转动副相连接，压板与前板、侧板的顶部之间留有间隙；压电发电机构由压电片固定板、压电片组和重量块组成，压电片固定板固定在压板的底部，且压电片组的一端固定在压电片固定板上，另一端固定有重量块；在底板上固定有力臂支脚，力臂支脚通过力臂转轴与压杆的中部相铰接，压杆的一端的上部与压板相接触，下部设置有第一复位弹簧，第一复位弹簧竖直固定在底板上；压杆的另一端具有轮齿，所述轮齿与齿轮相啮合；所述电磁发电机构包括齿轮增速机构、单向传动机构、带传动机构、架体及盘式发电机构，齿轮增速机构由齿轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、动力输入轴、第一传动轴及第二传动轴组成，齿轮与第一锥齿轮同轴固定在动力输入轴上，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮与第一齿轮同轴固定在第一传动轴上，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第三齿轮同轴固定在第二传动轴上；单向传动机构由第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、第九齿轮、第三传动轴、第四传动轴及第五传动轴组成；第三齿轮与第四齿轮相啮合，第四齿轮与第五齿轮、第六齿轮同轴设置在第三传动轴上，第五齿轮与第三传动轴之间通过第一单向轴承相连接，第六齿轮与第三传动轴之间通过第二单向轴承相连接，第一、第二单向轴承自由转动方向相反设置，第五齿轮与第九齿轮相啮合，第六齿轮与第七齿轮相啮合，第七齿轮与第八齿轮同轴固定在第四传动轴上，第八齿轮与第九齿轮相啮合，第九齿轮同轴固定在第五传动轴上，带传动机构由第一传动带轮、传动带、第二传动带轮、第六传动轴及固定座组成；第一传动带轮同轴固定在第五传动轴上，第一传动带轮通过传动带与第二传动带轮相连接，第二传动带轮同轴固定在第六传动轴上，且第六传动轴通过轴承与固定座相连接，固定座固定在底板上；所述架体固定在底板上，所述第一、第二、第三、第四、第五传动轴均设置在架体内，且上、下两端均通过轴承与架体相连接；在架体上设置有通孔，动力输入轴通过轴承设置在通孔内；所述盘式发电机构由磁铁盘、磁铁盘中间轴、磁铁、线圈固定盘及线圈组成；磁铁盘中间轴与第六传动轴同轴固定连接，在磁铁盘中间轴的两端同轴固定有磁铁盘，在磁铁盘上固定有若干个沿圆周均匀分布的磁铁，且两个磁铁盘上的磁铁一一对应；在两个磁铁盘之间设置具有通孔的线圈固定盘，磁铁盘中间轴通过线圈固定盘的通孔，在线圈固定盘上固定有若干个沿圆周均匀分布的线圈，线圈与设置在磁铁盘上的磁铁一一对应，线圈固定盘及其上的线圈与磁铁盘或磁铁之间留有间隙；线圈固定盘与底板固定连接；

所述电池充电、自动更换机构由壳体、电池推板、第二复位弹簧及设置在壳体内的电池推出机构、电池检测机构、位置转换机构及电池存放、充电机构组成，电池推出机构由支架、直线电机、光杆及推块组成；支架固定在壳体上，在支架上固定有直线电机和光杆，在光杆上设置有推块，在推块上设置有推杆、通孔和螺纹孔，光杆通过推块的通孔与推块相连接，推块的螺纹孔与直线电机的丝杠相啮合；在壳体内、支架的外侧固定有位置转换机构，位置转换机构由机架、步进电机、支撑轴、槽轮拨盘及槽轮组成，机架固定在壳体内，在机架上固定有步进电机；步进电机的输出轴与槽轮拨盘的中心固定连接，槽轮拨盘与槽轮形成槽轮机构，槽轮同轴固定在支撑轴上，支撑轴的两端分别通过轴承固定在壳体内；电池存放、充电机构由电池转换块、电池仓及充电触头组成；电池转换块同轴固定在支撑轴上，电池仓固定在电池转换块的侧面上，电池仓沿周向均匀分布，在电池仓的侧方固定有充电触头，充电触头与设置在电池仓内的电池的金属触点相接触：在壳体上设置有电池进出口，每个电池仓的入口均能够在旋转中依次与电池进出口相对应，在电池进出口侧方的壳体上设置有电池推板，电池推板的一端与壳体通过转动副相连接，另一端与电池进出口相对应，在壳体与电池推板之间设置有电池推板的第二复位弹簧；电池存放、充电机构设置在位置转换机构与壳体之间，所述推块的推杆与电池进出口相对应；所述电池检测机构由单片机、储电电池及用于检测待充电电池是否安装到位的传感器组成；整流升压模块的输入端与电磁发电机构的线圈和压电发电机构的压电片组相连接，输出端与储电电池的输入端相连接，储电电池的输出端分别与充电触头、单片机、步进电机、直线电机及传感器相连接，单片机的输出端分别与步进电机、直线电机及传感器相连接。

所述整流升压模块采用的是5V同步整流升压板，5V同步整流升压板固定在振动发电机构的底板上，所述电磁发电机构的线圈设置为相同数量的两组，同组内的线圈串联连接，两组串联连接的线圈并联，并与5V同步整流升压板的第一输入口相连接，压电发电机构的压电片组的压电片设置为数量相等的两组，同组内的压电片并联连接，两组并联连接后的压电片串联连接，并与5V同步整流升压板的第二输入口相连接，5V同步整流升压板的输出口与储电电池的输入端相连接，储电电池的输出端分别与充电触头、单片机、步进电机、直线电机及传感器相连接，单片机的输出端分别与步进电机、直线电机及传感器相连接。

所述电池转换块的横截面为正多边形，所述槽轮机构每次旋转的角度与电池转换块的横截面的边对应的圆心角相同。

同一所述磁铁盘上的相邻磁铁的极性反向设置，两个磁铁盘上的对应的磁铁极性同向设置。

所述第一齿轮的分度圆直径大于第二齿轮的分度圆直径，第三齿轮的分度圆直径大于第四齿轮的分度圆直径，第五齿轮的分度圆直径大于第九齿轮的分度圆直径，第六齿轮的分度圆直径大于第七齿轮的分度圆直径。

在所述线圈固定盘的边缘设置有若干个支脚，线圈固定盘通过支脚与底板固定连接。

本发明的有益效果：

本发明采用的振动冲击发电方式实现了节能减排，绿色无污染；本发明的电池充电、自动更换机构采用的是所倡导的标准化的手机电池，可以更换，减少了人们对移动电源的依赖，方便了人们的出行；本发明采用的电池充电、自动更换机构能够提供多个更换电池，提高了电池的更换效率；本发明的应用，有利于加快城市智能化的进程。

附图说明

图1是本发明的利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置的外部结构示意图；

图2是本发明的电磁发电机构与底板连接后的结构示意图；

图3是本发明的压电发电机构、压板及后板连接后的结构示意图；

图4是去掉盘式发电机构后的本发明的电磁发电机构的结构示意图；

图5是本发明的齿轮增速机构、单向传动机构及架体连接后的结构示意图；

图6是本发明的单向传动机构的结构示意图；

图7是本发明的盘式发电机构、底板、第六传动轴及固定座连接后的结构示意图；

图8是本发明的磁铁盘、磁铁盘中间轴及磁铁连接后的结构示意图；

图9是图8的侧视图；

图10是本发明的线圈固定盘与线圈连接后的结构示意图；

图11是本发明的电池充电、自动更换机构的外部结构示意图；

图12是本发明的底座、前侧板、电池推出机构、电池检测机构、位置转换机构及电池存放、充电机构连接后的结构示意图；

图13是本发明的电池存放、充电机构的结构示意图；

图14是本发明的推块的结构示意图；

图15是本发明的5V同步整流升压板与线圈、压电片组、步进电机、直线电机及充电触头连接后的电路原理框图；

图中，1--压板，2—第一复位弹簧，3--压杆，4--力臂支脚，5--力臂转轴，6--齿轮，7--动力输入轴，8—第一传动轴，9--轴承，10—第二传动轴，11—第三传动轴，12—第四传动轴，13--六角螺栓，14—第五传动轴，15—第一合页，16—第一固定板，17--传动带，18--线圈固定盘，19--磁铁盘，20—第二合页，21—第六传动轴，22--磁铁盘中间轴，23--磁铁，24--侧板，25--后板，26--前板，27--整流升压模块，28--底板，29—第二固定板，30—第一支撑块，31—第一螺钉，32—第二螺钉，33—第一齿轮，34—第二齿轮，35—第三齿轮，36—第四齿轮，37—第五齿轮，38—第六齿轮，39—第七齿轮，40—第八齿轮，41—第九齿轮，42—第一传动带轮，43--线圈，44--固定座，45—第一单向轴承，46—第二单向轴承，47—第二支撑块，48—第一锥齿轮，49—第二锥齿轮，50—第二传动带轮，51--压电片固定板，52--压电片组，53--重量块，54--上盖板，55--侧壁板，56--前侧板，57—第二复位弹簧，58--电池推板，59--电池进出口，60--底座，61--电池转换块，62--电池仓，63--充电触头，64--槽轮，65--槽轮拨盘，66--机架，67--步进电机，68--支架，69--直线电机，70--光杆，71--推块，72--支撑轴,73--轮齿，74—推杆，75—支脚，76-储电电池，77-传感器，78-单片机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图15所示，一种利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置，包括振动发电机构、电池充电、自动更换机构及整流升压模块；振动发电机构由外壳和设置在外壳内部的压电发电机构、电磁发电机构组成，外壳为矩形壳体，包括底板28和压板1，底板28设置在外壳的底部，在底板28的上部固定设置有前板26、后板25和两个侧板24，前板26设置在后板25的前方，两个侧板24固定在前板26和后板25之间，压板1设置在外壳的顶部，压板1与后板25之间通过第一合页15、第二合页20相连接，压板1与前板26、侧板24的顶部之间留有间隙，压板1能够以合页的转轴为中心转动，从而驱动压电发电机构和电磁发电机构发电；压电发电机构由压电片固定板51、压电片组52和重量块53组成，压电片固定板51固定在压板1的底部，压电片组52与压板1平行设置，且压电片组52的一端固定在压电片固定板51上，另一端固定有重量块53，当压板1做低振幅高频振动时，压板1带动压电发电机构高频振动并发电；在底板28上固定设置有力臂支脚4，力臂支脚4通过第二螺钉32固定在底板28上，力臂支脚4通过力臂转轴5与压杆3的中部相铰接，压杆3可以绕力臂转轴5转动，压杆3的一端的上部与压板1相接触，当压板1绕第一、第二合页做高振幅低频转动时，压板1带动压杆3转动，并驱动电磁发电机构发电，压杆3的下部设置有第一复位弹簧2，第一复位弹簧2竖直固定在底板28上；压杆3的另一端具有轮齿73，所述轮齿73与齿轮6相啮合；所述电磁发电机构包括齿轮增速机构、单向传动机构、带传动机构、架体及盘式发电机构，齿轮增速机构由齿轮6、第一锥齿轮48、第二锥齿轮49、第一齿轮33、第二齿轮34、第三齿轮35、动力输入轴7、第一传动轴8及第二传动轴10组成，齿轮6采用台阶齿轮，第一锥齿轮48和第二锥齿轮49均采用台阶锥齿轮，齿轮6与第一锥齿轮49均通过紧定螺钉同轴固定在动力输入轴7上，第一锥齿轮48与第二锥齿轮49相啮合，第二锥齿轮49与第一齿轮33同轴固定在第一传动轴8上，第一齿轮33与第二齿轮34相啮合，第二齿轮34与第三齿轮35同轴固定在第二传动轴10上；单向传动机构由第四齿轮36、第五齿轮37、第六齿轮38、第七齿轮39、第八齿轮40、第九齿轮41、第三传动轴11、第四传动轴12及第五传动轴14组成；第三齿轮35与第四齿轮36相啮合，第四齿轮36与第五齿轮37、第六齿轮38同轴固定在第三传动轴11上，第五齿轮37与第三传动轴11之间通过第一单向轴承45相连接，第六齿轮38与第三传动轴11之间通过第二单向轴承46相连接，且第一、第二单向轴承的外圈分别与第五、第六齿轮固定连接，第一、第二单向轴承的内圈与第三传动轴11固定连接，第一、第二单向轴承自由转动方向相反，第五齿轮37与第九齿轮41相啮合，第六齿轮38与第七齿轮39相啮合，实现了第五传动轴14的单向运动；第七齿轮39与第八齿轮40同轴固定在第四传动轴12上，第八齿轮40与第九齿轮41相啮合，第九齿轮41同轴固定在第五传动轴14上，带传动机构由第一传动带轮42、传动带17、第二传动带轮50、第六传动轴21及固定座44组成；第一传动带轮42同轴固定在第五传动轴14上，第一传动带轮42通过传动带17与第二传动带轮50相连接，第二传动带轮50同轴固定在第六传动轴21上，且第六传动轴21通过轴承与固定座44相连接，固定座44通过第一螺钉31固定在底板28上；架体由第一支撑块30、第二支撑块47、第一固定板16及第二固定板29组成；架体通过六角螺栓13固定在底板28上；第一支撑块30、第二支撑块47竖直设置，第一固定板16、第二固定板29水平设置，且第一固定板16固定在第一支撑块30、第二支撑块47的底部，第二固定板29固定在第一支撑块30、第二支撑块47的顶部，在第一固定板16的底部设置有凸台，所述凸台固定在底板28上，所述第一、第二、第三、第四、第五传动轴的上、下两端均通过台阶轴承9分别与第二固定板29、第一固定板16相连接；在第一支撑块30上横向设置有通孔，动力输入轴7通过轴承与第一支撑块30的通孔相连接；所述盘式发电机构由磁铁盘19、磁铁盘中间轴22、磁铁23、线圈固定盘18及线圈43组成；磁铁盘中间轴22与第六传动轴21同轴固定连接，在磁铁盘中间轴22的上、下两端同轴固定设置有磁铁盘19，在磁铁盘19上固定有若干个沿圆周均匀分布的磁铁23，且设置在两个磁铁盘19上的磁铁23一一对应；在两个磁铁盘19之间设置具有通孔的线圈固定盘18，磁铁盘中间轴22通过线圈固定盘18的通孔，在线圈固定盘18上固定有若干个沿圆周均匀分布的线圈43，线圈43与设置在磁铁板19上的磁铁23一一对应，线圈固定盘18及其上的线圈43与磁铁盘19或磁铁23之间留有间隙；在线圈固定盘18的边缘固定有若干个支脚75，支脚75通过螺栓固定在底板28上；

所述电池充电、自动更换机构由壳体、电池推板58、第二复位弹簧57及设置在壳体内的电池推出机构、电池检测机构、位置转换机构及电池存放、充电机构组成，所述壳体为中空矩形结构，壳体的顶面为上盖板54，壳体的底面为底座60，壳体的四个侧面均为侧壁板55，设置在前部的侧壁板55为前侧板56；电池推出机构由U型支架68、直线电机69、光杆70及推块71组成；U型支架68固定在底座60上，在U型支架68上固定有直线电机69，在U型支架68的两侧壁之间固定有两个平行设置的光杆70，在光杆70上设置有推块71，在推块71上设置有推杆74、通孔和螺纹孔，光杆70通过推块71的通孔与推块71相连接，推块71的螺纹孔与直线电机69的丝杠相啮合；直线电机69转动，并通过丝杠带动推块71做直线往复运动，实现电池的推出与推块71的复位；在底座60上、U型支架68的侧壁外侧固定有位置转换机构，位置转换机构由机架66、步进电机67、支撑轴72、槽轮拨盘65及槽轮64组成，在机架66上固定有步进电机67；步进电机67的输出轴与槽轮拨盘65的中心固定连接，槽轮拨盘65与槽轮64相啮合，槽轮拨盘65与槽轮64形成槽轮机构，槽轮64同轴固定在支撑轴72上，支撑轴72的两端分别通过轴承与机架66、前侧板56相连接；步进电机67的输出轴带动与槽轮拨盘65啮合的槽轮64转动，从而带动支撑轴72转动，槽轮拨盘65、槽轮64与步进电机67的配合使用，可以弥补步进电机67的开环误差，提高支撑轴72的旋转精度；在支撑轴72上设置有电池存放、充电机构，电池存放、充电机构由电池转换块61、电池仓62及充电触头63组成；电池仓62固定在电池转换块61的侧面上，且与电池转换块61的侧面形成矩形通孔，用于放置电池；电池仓62在电池转换块61上沿周向均匀分布，每个电池仓62的远离前侧板56的开口均固定有充电触头63，充电触头63与设置在电池仓62内的电池的金属触点相接触；在所述前侧板56上设置有电池进出口59，每个电池仓62的入口均能够在旋转中依次与电池进出口59相对应，在所述前侧板56上、电池进出口59的上方设置有L型的电池推板58，电池推板58的一端与前侧板56通过第三合页相连接，电池推板58的另一端与电池进出口59相对应，且能够通过电池进出口59运动到壳体的内部，在所述前侧板56上固定有第二复位弹簧57的一端，第二复位弹簧57的另一端固定在电池推板58上，电池推板58在第二复位弹簧57的作用下复位；所述推块71的推杆74设置在朝向电池进出口59的一侧，且与电池进出口59相对应；所述电池检测机构由单片机78、光传感器77及储电电池76组成，单片机78、光传感器77及储电电池76均固定在底座60上，且光传感器77位于电池转换块61与前侧板56之间，用于检测待充电电池是否安装到位。

所述整流升压模块27采用的是5V同步整流升压板，5V同步整流升压板固定在振动发电机构的底板28上，所述电磁发电机构的线圈43设置为相同数量的两组，同组内的线圈43串联连接，两组串联连接的线圈43并联，并与5V同步整流升压板的第一输入口相连接，既保证了发电电压值，又降低了线圈43的自身内阻，提高了发电效率；所述压电发电机构的压电片组52的压电片设置为数量相等的两组，同组内的压电片并联连接，两组并联连接后的压电片串联连接，并与5V同步整流升压板的第二输入口相连接，既保证了压电片的发电电压，又降低了压电片的自身内阻，提高了发电效率；5V同步整流升压板的输出口与储电电池76的输入端相连接，储电电池76的输出端分别与充电触头63、单片机78、步进电机67、直线电机69及光传感器77相连接，单片机78的输出端分别与步进电机67、直线电机69及光传感器77相连接。

所述电池转换块61的横截面为正多边形，所述槽轮机构每次旋转的角度与电池转换块61的横截面的边对应的圆心角相同。

同一所述磁铁盘19上的相邻磁铁23的极性反向设置，两个磁铁盘19上的对应的磁铁23极性同向设置。

所述第一齿轮33的分度圆直径大于第二齿轮34的分度圆直径，第三齿轮35的分度圆直径大于第四齿轮36的分度圆直径，第五齿轮37的分度圆直径大于第九齿轮41的分度圆直径，第六齿轮38的分度圆直径大于第七齿轮39的分度圆直径，实现齿轮的增速、传动。

所述步进电机67的型号为28BYJ-48-5VDC；所述直线电机69的型号为D9x08J2。

所述单片机78采用的是51单片机，所述光传感器77采用的是红外对射管，所述储电电池76为5V可充电电池。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

如图1～图15所示，安装本发明时，在人流量密集场合的地基上开出槽体，用于放置本发明的一体化装置，在本发明的压板1上部铺上橡胶垫，既保护了本发明的一体化装置，又方便行人行走，可以将若干个本发明的振动发电机构相互连接起来使用，振动发电机构的分布满足最大可能收集环境中的振动冲击能量的要求，电池充电、自动更换机构安放在适合人取用的位置、高度。

当人们走过振动发电机构的分布区时，产生了振动冲击；首先，振动会引起压板1上固定的压电发电机构的重量块53产生振动，重量块53的振动会引起压电片组52产生变形，由于压电效应的存在将机械能转化为电能；同时，振动引起压板1的上下运动，从而带动压杆3往复转动，压杆3将动力传入电磁发电机构，动力经过电磁发电机构的齿轮增速机构、单向传动机构、带传动机构传至第六传动轴21，第六传动轴21带动磁铁盘19转动，线圈43切割磁感线，将机械能转化为电能；压电发电结构和电磁发电结构产生的电能通过5V同步整流升压板将电能输出；输出的电能经过导线存储到储电电池76，储电电池76给电池仓62中的电池充电，同时给单片机78供电，使单片机78处于工作状态；当光传感器77检测到电池完全放入到电池仓62后，光传感器77发出信号给单片机78，单片机78控制步进电机67和直线电机69工作。

电池充电、自动更换机构的工作过程如下：当待充电电池通过电池进出口59放入电池仓62时，更换电池的用户将电池推板58用手压下，电池推板58将会把电池完全推入到电池仓62内，然后，电池推板58在第二复位弹簧57的作用下复位；当电池完全放入到电池仓62时，光传感器77检测到电池，并将信号传送给单片机78，单片机78控制步进电机67带动与其输出轴固定的槽轮拨盘65运转一周，槽轮拨盘65控制槽轮64旋转相应的角度，使装有已充满电的电池的电池仓62对准电池进出口59，然后单片机78控制直线电机69运转，带动与其丝杠啮合的推块71作直线运动，推块71的推杆74将已充满电的电池吐出，用户取走电池，最后推块71自动复位，完成电池的充电与自动更换。

单向传动机构的工作原理如下：当第四齿轮36的旋转方向与第二单向轴承46绕第三传动轴11的自由转动方向(从俯视角度为逆时针转动)相同时，第四齿轮36的旋转方向与第一单向轴承45绕第三传动轴11的自由转动方向(从俯视角度为顺时针转动)相反，则第三传动轴11通过第二单向轴承46带动第六齿轮38转动，第六齿轮38与第四齿轮36的转动方向相同(从俯视角度均为逆时针转动)，第六齿轮38带动与之啮合的第七齿轮39转动，从而带动与第七齿轮39同轴的第八齿轮40同向转动，第八齿轮40带动与之啮合的第九齿轮41转动，即第五传动轴14转动，且转动方向与第四齿轮36的转动方向相同(从俯视角度均为逆时针转动)，与第九齿轮41啮合的第五齿轮37为顺时针转动，与第一单向轴承45自由转动方向相同，实现了第五齿轮37与第九齿轮41的正确啮合；

当第四齿轮36旋转方向与第一单向轴承45绕第三传动轴11的自由转动方向(从俯视角度为顺时针转动)相同时，第四齿轮36的旋转方向与第二单向轴承46绕第三传动轴11的自由转动方向(从俯视角度为逆时针转动)相反，则第三传动轴11通过第一单向轴承45从而带动第五齿轮37转动，第五齿轮37与第四齿轮36的转向(从俯视角度为顺时针转动)相同，第五齿轮37带动与之啮合的第九齿轮41转动，其转动方向与第五齿轮37、第四齿轮36方向相反(从俯视角度为逆时针转动)，与第五传动轴14的转向(从俯视角度为逆时针转动)相同，第九齿轮41带动与之啮合的第八齿轮40转动，第八齿轮40带动与之同轴的第七齿轮39做同向转动，第七齿轮39带动与之啮合的第六齿轮38转动，转动方向与第八齿轮40、第七齿轮39方向相反，与第九齿轮41转向(从俯视角度为逆时针转动)相同，与第二单向轴承46绕第三传动轴11的自由转动方向相同，实现了第五齿轮37与第九齿轮41的正确啮合；所以无论第四齿轮36在与之啮合的第三齿轮35的带动下做何种方向的运动，第九齿轮41与其所在的第五传动轴14的运动方向都是不变的(从俯视角度为逆时针转动)，此单向传动机构实现了第五传动轴14的单向运动，充分利用了压板1向下运动与复位时的机械能。

Claims (6)

1.一种利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置，其特征在于包括振动发电机构、整流升压模块及电池充电、自动更换机构；振动发电机构由外壳和设置在外壳内部的压电发电机构、电磁发电机构组成，外壳的压板设置在外壳的顶部，压板与后板之间通过转动副相连接，压板与前板、侧板的顶部之间留有间隙；压电发电机构由压电片固定板、压电片组和重量块组成，压电片固定板固定在压板的底部，且压电片组的一端固定在压电片固定板上，另一端固定有重量块；在底板上固定有力臂支脚，力臂支脚通过力臂转轴与压杆的中部相铰接，压杆的一端的上部与压板相接触，下部设置有第一复位弹簧，第一复位弹簧竖直固定在底板上；压杆的另一端具有轮齿，所述轮齿与齿轮相啮合；所述电磁发电机构包括齿轮增速机构、单向传动机构、带传动机构、架体及盘式发电机构，齿轮增速机构由齿轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、动力输入轴、第一传动轴及第二传动轴组成，齿轮与第一锥齿轮同轴固定在动力输入轴上，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮与第一齿轮同轴固定在第一传动轴上，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第三齿轮同轴固定在第二传动轴上；单向传动机构由第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、第九齿轮、第三传动轴、第四传动轴及第五传动轴组成；第三齿轮与第四齿轮相啮合，第四齿轮与第五齿轮、第六齿轮同轴设置在第三传动轴上，第五齿轮与第三传动轴之间通过第一单向轴承相连接，第六齿轮与第三传动轴之间通过第二单向轴承相连接，第一、第二单向轴承自由转动方向相反设置，第五齿轮与第九齿轮相啮合，第六齿轮与第七齿轮相啮合，第七齿轮与第八齿轮同轴固定在第四传动轴上，第八齿轮与第九齿轮相啮合，第九齿轮同轴固定在第五传动轴上，带传动机构由第一传动带轮、传动带、第二传动带轮、第六传动轴及固定座组成；第一传动带轮同轴固定在第五传动轴上，第一传动带轮通过传动带与第二传动带轮相连接，第二传动带轮同轴固定在第六传动轴上，且第六传动轴通过轴承与固定座相连接，固定座固定在底板上；所述架体固定在底板上，所述第一、第二、第三、第四、第五传动轴均设置在架体内，且上、下两端均通过轴承与架体相连接；在架体上设置有通孔，动力输入轴通过轴承设置在通孔内；所述盘式发电机构由磁铁盘、磁铁盘中间轴、磁铁、线圈固定盘及线圈组成；磁铁盘中间轴与第六传动轴同轴固定连接，在磁铁盘中间轴的两端同轴固定有磁铁盘，在磁铁盘上固定有若干个沿圆周均匀分布的磁铁，且两个磁铁盘上的磁铁一一对应；在两个磁铁盘之间设置具有通孔的线圈固定盘，磁铁盘中间轴通过线圈固定盘的通孔，在线圈固定盘上固定有若干个沿圆周均匀分布的线圈，线圈与设置在磁铁盘上的磁铁一一对应，线圈固定盘及其上的线圈与磁铁盘或磁铁之间留有间隙；线圈固定盘与底板固定连接；

所述电池充电、自动更换机构由壳体、电池推板、第二复位弹簧及设置在壳体内的电池推出机构、位置转换机构、电池检测机构及电池存放、充电机构组成，电池推出机构由支架、直线电机、光杆及推块组成；支架固定在壳体上，在支架上固定有直线电机和光杆，在光杆上设置有推块，在推块上设置有推杆、通孔和螺纹孔，光杆通过推块的通孔与推块相连接，推块的螺纹孔与直线电机的丝杠相啮合；在壳体内、支架的外侧固定有位置转换机构，位置转换机构由机架、步进电机、支撑轴、槽轮拨盘及槽轮组成，机架固定在壳体内，在机架上固定有步进电机；步进电机的输出轴与槽轮拨盘的中心固定连接，槽轮拨盘与槽轮形成槽轮机构，槽轮同轴固定在支撑轴上，支撑轴的两端分别通过轴承固定在壳体内；电池存放、充电机构由电池转换块、电池仓及充电触头组成；电池转换块同轴固定在支撑轴上，电池仓固定在电池转换块的侧面上，电池仓沿周向均匀分布，在电池仓的侧方固定有充电触头，充电触头与设置在电池仓内的电池的金属触点相接触：在壳体上设置有电池进出口，每个电池仓的入口均能够在旋转中依次与电池进出口相对应，在电池进出口侧方的壳体上设置有电池推板，电池推板的一端与壳体通过转动副相连接，另一端与电池进出口相对应，在壳体与电池推板之间设置有电池推板的第二复位弹簧；电池存放、充电机构设置在位置转换机构与壳体之间，所述推块的推杆与电池进出口相对应；所述电池检测机构由单片机、储电电池及用于检测待充电电池是否安装到位的传感器组成；整流升压模块的输入端与电磁发电机构的线圈和压电发电机构的压电片组相连接，输出端与储电电池的输入端相连接，储电电池的输出端分别与充电触头、单片机、步进电机、直线电机及传感器相连接，单片机的输出端分别与步进电机、直线电机及传感器相连接。

2.根据权利要求1所述的利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置,其特征在于所述整流升压模块采用的是5V同步整流升压板，5V同步整流升压板固定在振动发电机构的底板上，所述电磁发电机构的线圈设置为相同数量的两组，同组内的线圈串联连接，两组串联连接的线圈并联，并与5V同步整流升压板的第一输入口相连接，压电发电机构的压电片组的压电片设置为数量相等的两组，同组内的压电片并联连接，两组并联连接后的压电片串联连接，并与5V同步整流升压板的第二输入口相连接，5V同步整流升压板的输出口与储电电池的输入端相连接，储电电池的输出端分别与充电触头、单片机、步进电机、直线电机及传感器相连接，单片机的输出端分别与步进电机、直线电机及传感器相连接。

3.根据权利要求1所述的利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置,其特征在于所述电池转换块的横截面为正多边形，所述槽轮机构每次旋转的角度与电池转换块的横截面的边对应的圆心角相同。

4.根据权利要求1所述的利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置,其特征在于同一所述磁铁盘上的相邻磁铁的极性反向设置，两个磁铁盘上的对应的磁铁极性同向设置。

5.根据权利要求1所述的利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置,其特征在于所述第一齿轮的分度圆直径大于第二齿轮的分度圆直径，第三齿轮的分度圆直径大于第四齿轮的分度圆直径，第五齿轮的分度圆直径大于第九齿轮的分度圆直径，第六齿轮的分度圆直径大于第七齿轮的分度圆直径。

6.根据权利要求1所述的利用振动冲击能量供电池充电与更换的一体化装置,其特征在于在所述线圈固定盘的边缘设置有若干个支脚，线圈固定盘通过支脚与底板固定连接。