CN110190777A - 一种回转运动收集与再利用装置 - Google Patents
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Abstract
一种回转运动收集与再利用装置，该装置主要包括L形板1、托板7、拍板14、凸轮15和收集装置；本发明以超磁致伸缩薄片或压电材料薄片为核心元件，通过阶梯轴带动凸轮的回转，凸轮带动拍板的上下运动，使用超磁致伸缩薄片时，拍板的上下运动带动超磁致伸缩薄片振动，用拾取线圈拾取产生的电能，实现了将回转运动过程产生的振动能量转化为电能输出。且四个超磁致伸缩材料薄片并联连接，产生的电压也会成倍增加。和压电材料相比较，超磁致伸缩材料的机电耦合系数较高，所以有较高的能量转换效率，能达到70%。在室温下，磁致伸缩应变值也很大，因此，较小的振幅也能输出更高的电压。
Description
技术领域
本发明属于振动收集与利用的领域，涉及一种超磁致伸缩薄片材料或压电薄片材料为核心元件的通过吸收振动而产生电能的振动收集装置。
背景技术
超磁致伸缩材料被发现于20世纪70年代，由于大多为稀土构造，又称为稀土超磁致伸缩材料，该材料能够实现机-磁-电间的能量双向转换。磁致伸缩逆效应是指铁磁材料受到外界振动而产生形变的过程中，材料内部的磁通密度将产生变化，再结合法拉第电磁效应即可将变化的磁通密度转换为电能，在此过程中，超磁致伸缩材料实现了机械能向电磁能的转换因此，可以利用超磁致伸缩材料的这种特性，对回转运动中的振动进行收集，该过程不仅可以收集振动产生电能，而且同时可以消耗振动，实现了振动再利用和减振的双重目的。超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料，其具有磁致伸缩系数大、工作频率宽、能量密度高、响应速度快和磁-机转换效率高等优异特性，因此在振动收集与利用过程中具有优异的性能。
1880年，法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。
目前尚无有关利用超磁致伸缩材料或压电材料实现对回转运动的收集与再利用的并联式装置的研究。
发明内容
发明目的
为了实现对回转运动机构中的动能进行收集利用，本发明提出一种回转运动收集与再利用装置，一种以超磁致伸缩材料薄片或压电材料为核心元件的振动收集装置，通过凸轮回转运动带动拍板做直线运动，拍打安装有超磁致伸缩材料薄片的托板，缠有拾取线圈的超磁致伸缩材料薄片或压电材料将振动能量收集起来并转换为电能输出。
技术方案
一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：该装置主要包括L形板1、托板7、拍板14、凸轮15和收集装置；
L形板1为由横板和立板构成的L形结构，凸轮15通过轴承座3设置在L形板1的横板上；
托板7设置在L形板1的立板上，拍板14活动设置在托板7的下方与托板7对应且能相对于托板7做上下动作，当拍板14上升至最高点时与托板7碰撞；
拍板14的底部通过连杆6与凸轮15联动，通过凸轮15的转动带动拍板14上下动作并碰撞拍打托板7；
托板7的上端设置收集装置，所述收集装置为并联超磁致伸缩式回收装置或压电式回收装置；
并联超磁致伸缩式回收装置包括多个回收单元，每个回收单元均由一个超磁致伸缩材料薄片10以及缠绕在该超磁致伸缩材料薄片10上的拾取线圈9构成，多个回收单元为非零的偶数个，多个回收单元平均分成两组或多组，每组中的回收单元之间的拾取线圈9串联，两组或多组串联的拾取线圈9之间并联；当回收单元为两个时，两个拾取线圈9之间直接并联；
压电式回收装置包括压电式材料薄片16以及与该压电式材料薄片16连接的电荷放大器17。压电式材料薄片上下的导线接入到电荷放大器的输入端。
拍板14通过T形架13及固定架12连接在L形板1的立板上，T形架13的前端连接拍板14，T形架13的后端通过转轴设置在固定架12上使得拍板14能以该转轴为轴做上下摆动。
凸轮15为椭圆形的饼状结构，在凸轮的一个侧面上加工有环形凹槽15-1，该环形凹槽15-1的两端15-1-1为圆弧形，且两端的圆弧形直径不等；
连杆6的上端与拍板14连接，连杆6的下端设置有伸进环形凹槽15-1内的滑快5，通过凸轮15的转动，使得滑快5在环形凹槽15-1内移动进而带动连杆6及拍板14上下动作。
凸轮15为一个或两个，当凸轮15为两个时，环形凹槽15-1设置在凸轮15的内侧(如图1所示)，使得两个环形凹槽15-1相对。
在凸轮中心位置处打有完全贯穿的通孔，在通孔上加工有一个键槽，阶梯轴4穿过该通孔并与键槽配合，使得阶梯轴4形成带动凸轮15旋转的结构；阶梯轴4设置在轴承座3上，轴承座3设置在垫块2上，垫块2设置在L形板1的立板上。
超磁致伸缩材料薄片10和拾取线圈9设置在骨架8内。
骨架为长方体的薄壁结构，中心处加工有矩形凹槽，超磁致伸缩材料薄片10和拾取线圈9设置在该矩形凹槽内。
骨架的前后壁面下方沿宽度方向分别打有两个螺纹通孔8-1，骨架的左右壁面下方沿长度方向对称的打有两个导线通孔8-2。
骨架偶数对称分布在托板的上端面上，骨架底面和托板上表面面接触，二者焊接固定。
超磁致伸缩材料为矩形的薄片结构，超磁致伸缩薄片的外表面缠绕一定匝数的拾取线圈9；超磁致伸缩薄片的一端安装在骨架的凹槽内底端，四个超磁致伸缩材料并联连接，拾取线圈的连接线分别穿过骨架上左右侧面的导线通孔8-2，骨架上的螺纹通孔8-1中分别安装有预紧螺钉对超磁致伸缩薄片进行紧定。
拍板14为向上拍打托板7后能够向下复位的结构，复位分为三种形式任选其一：
第一种形式：拍板14通过自身重力自由下落至水平位置；
第二种形式：托板7通过工形保持架11设置在L形板1的立板上，T形架13与工形保持架11之间设置有复位弹簧，拍板14拍打托板7后在复位弹簧的顶力作用下下落复位至水平位置；
第三种形式：T形架13的后端通过转轴设置在固定架12上且在该转轴处设置有能将拍板14复位至水平位置的扭簧。
优点效果：
一种回转运动收集与再利用装置，该装置主要包括L形板、轴承座、垫块、阶梯轴、凸轮、连杆、拍板、托板、工形保持架、超磁致伸缩材料薄片或压电材料、圆柱形滑块和T形架。L形板的底部对称的安装有两个垫块，垫块的上表面安装轴承座，阶梯轴依次穿过两个凸轮中心处的通孔安装在轴承座上。两个圆柱形滑块分别安装在两个凸轮侧面的凹槽中，连杆的一端与滑块连接，另一端与拍板底面连接，拍板的前端面与T形架的尾部连接，T形架的头部安装在固定架内，固定架固定在L形板上，弓形保持架的一端安装在L形板的顶端螺纹孔内，另一端与托板的侧面连接，在托板的上端面均匀布置有偶数个外侧绕有拾取线圈的超磁致伸缩材料薄片或布置一个或多个压电材料薄片。
L形板为L形结构，在L形板的底面边缘处左右各打有4个完全贯穿的螺纹通孔，在L形板的侧面对称线左右两侧对称的打有6个螺纹通孔。垫块为长方体结构，在垫块上端面上沿高度方向打有两个对称的螺纹通孔,，底面螺纹孔的中心线与L形板底面螺纹孔中心线重合，二者通过螺栓连接。
轴承座带有半圆形凹槽的长方体结构。在轴承座上端面的左右两端对称打有两个完全贯通的螺纹孔，在轴承座的上端面中心位置处加工有一个半圆形的凹槽，在凹槽的内表面，左右两端各设有一个半圆形的凸耳。轴承座的底面与垫块的上表面接触，两端的螺纹孔中心线与垫块上表面的螺纹孔中心线重合，二者通过螺钉连接。
阶梯轴为左右对称的圆柱形结构，阶梯轴由a、b、c、d、e、d'、c'、b'、a'九个直径不同的轴段构成，e段为轴径最大段，d段与d’段、c段与c’段、b段与b’段、a段与a’段相对于e段成左右对称分布，且轴径对称依次减小；阶梯轴d段和d’段上分别开有键槽。在阶梯轴的b段和b’段上分别安装有两个轴承，且两个轴承的端面分别贴紧阶梯轴b段和b’段的轴肩上，轴承安装在轴承座的凹槽中。凸轮为椭圆形的饼状结构，在凸轮的一个侧面上加工有两端直径不等的环形凹槽，在凸轮中心位置处打有完全贯穿的通孔，在通孔上加工有一个键槽。
凸轮中心处的通孔与轴承的d段和d'段相接触，凸轮上带有环形凹槽侧面与阶梯轴d段和d’段的轴肩紧密接触，二者通过键固定连接。
滑块为阶梯的圆柱状结构，在直径较小的一端外表面上加工有螺纹。直径较大的一端底面与凸轮的环形凹槽内底面接触，外表面与环形凹槽的内侧面接触。连杆为长方体结构，连杆的一端端面加工为半圆形的结构，且在半圆的中心处加工有一个螺纹通孔。连杆上的螺纹孔与滑块上小端的外螺纹连接。
拍板为长方体结构，在拍板的下底面对称打有两个沿厚度方向的方形孔，在拍板的左右两侧面中心处打有螺纹孔，在拍板的后侧面上对称打有两个沿宽度方向的螺纹孔。两个连杆的方形端分别插在拍板的两个方形孔内，通过安装在左右两个侧面的螺钉对连杆和拍板进行固定连接。
T形架为左右对称的T形结构，T形架头部前壁面两端对称的打有两个螺纹通孔，T形架的尾部两侧的壁面打有圆形通孔。T形架的前壁面与拍板的后侧面进行接触，二者的螺纹孔中心线重合，两者通过螺钉进行连接。
固定架为拱形结构，固定架的中央处为弧形凸台结构，在凸台上打有一个完全贯穿的螺纹孔，在固定架的左右两端各打有一个完全贯穿的螺纹孔。固定架的底面与L形板的侧面接触，二者的螺纹孔中心线重合，通过螺钉进行连接。T形架底端的两个侧面与两个固定架的内侧表面接触，三者螺纹孔的中心线重合，通过螺栓连接。
工形保持架为左右对称，上下对称的工字型结构，在工形保持架的两端各对称的打有两个螺纹通孔。工形保持架的一端与L型板的侧面接触，二者的螺纹孔中心线重合，通过螺钉连接。托板为长方体结构，托板的后端面以长边中心线为对称中心打有两个螺纹孔。托板的后端面与工形架的另一端接触，二者的螺纹孔中心线重合通过螺钉连接。骨架为长方体的薄壁结构，中心处加工有矩形凹槽，骨架的前后壁面下方沿宽度方向分别打有两个螺纹通孔，骨架的左右壁面下方沿长度方向对称的打有两个通孔。骨架偶数对称分布在托板的上端面上，骨架底面和托板上表面面接触，二者焊接固定。
超磁致伸缩材料为矩形的薄片结构，超磁致伸缩薄片的外表面缠绕一定匝数的线圈。超磁致伸缩薄片的一端安装在骨架的凹槽内，四个超磁致伸缩材料并联连接，拾取线圈分别穿过骨架上左右侧面的通孔，骨架上的螺纹孔中分别安装有预紧螺钉对超磁致伸缩薄片进行紧定。
压电材料薄片为矩形薄片状结构，压电材料薄片一端插装在托板的矩形凹槽内，紧定螺钉穿过矩形凹槽上的螺纹通孔对压电材料薄片进行紧定；压电材料上下两端各连接一根导线，导线连接电荷放大器的输入端，将压电材料因受振动所产生的电荷转换为电压，电荷放大器置于压电材料旁。
本发明具体优点和有益效果如下：
本发明以超磁致伸缩薄片或压电材料薄片为核心元件，通过阶梯轴带动凸轮的回转，凸轮带动拍板的上下运动，使用超磁致伸缩薄片时，拍板的上下运动带动超磁致伸缩薄片振动，用拾取线圈拾取产生的电能，实现了将回转运动过程产生的振动能量转化为电能输出。且四个超磁致伸缩材料薄片并联连接，产生的电压也会成倍增加。和压电材料相比较，超磁致伸缩材料的机电耦合系数较高，所以有较高的能量转换效率，能达到70％。在室温下，磁致伸缩应变值也很大，因此，较小的振幅也能输出更高的电压。
使用压电材料薄片时，通过阶梯轴带动凸轮的回转，凸轮带动拍板的上下运动，带动压电材料薄片振动，根据压电材料得到压电效应，受到外力时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，实现了将回转运动过程产生的振动能量转化为电能输出。且本装置的特点是将回转运动转换为直线运动，然后振动发电，可实际应用的领域较广。
附图说明
图1为用于回转运动中的超磁致伸缩式振动收集装置结构示意图；
其中(a)为用于回转运动中的超磁致伸缩式振动收集装置的正面立体示意图；
b为于回转运动中的超磁致伸缩式振动收集装置的侧面立体结构示意图；
图2为托板与骨架及超磁致伸缩材料的安装结构示意图；其中a为托板与骨架及超磁致伸缩材料的安装结构立体图；b为托板与骨架及超磁致伸缩材料的安装结构剖面图；
图3为L形板的主视图；
图4为L形板的左视图；
图5为L形板的俯视图；
图6为垫块的俯视图；
图7为垫块的B-B俯视图；
图8为轴承座的结构示意图；
图9为轴承座的俯视图；
图10为轴承座的左视图；
图11为阶梯轴的主视图；
图12为阶梯轴的俯视图；
图13为凸轮的结构示意图；
图14为凸轮主视图；
图15为凸轮左视图；
图16为圆柱形滑块的主视图；
图17为圆柱形滑块的俯视图；
图18为连杆的主视图；
图19为连杆的俯视图；
图20为拍板的主视图；
图21为拍板的俯视图；
图22为T形架的主视图；
图23为T形架的俯视图；
图24为固定架的主视图；
图25为固定架的俯视图；
图26为工形保持架的主视图；
图27为工形保持架的俯视图；
图28为托板的主视图；
图29为托板的俯视图；
图30为骨架的俯视图；
图31为骨架的A-A剖视图；
图32为超磁致伸缩材料薄片的结构示意图；
图33为使用压电材料薄片时实施方式图；
图34为图33的侧视立体图。
附图标记说明：
1-L形板；2-垫块；3-轴承座；4-阶梯轴；5-圆柱形滑快；6-连杆；7-托板；8-骨架；9-拾取线圈；10-超磁致伸缩材料薄片；11-工形保持架；12-固定架；13-T形架；14-拍板；15-凸轮；16-压电式材料薄片；17-连接的电荷放大器。
具体实施方式
一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：该装置主要包括L形板1、托板7、拍板14、凸轮15和收集装置；
L形板1为由横板和立板构成的L形结构，凸轮15通过轴承座3设置在L形板1的横板上；
托板7设置在L形板1的立板上，拍板14活动设置在托板7的下方与托板7对应且能相对于托板7做上下动作，当拍板14上升至最高点时与托板7碰撞；
拍板14的底部通过连杆6与凸轮15联动，通过凸轮15的转动带动拍板14上下动作并碰撞拍打托板7；
托板7的上端设置收集装置，所述收集装置为并联超磁致伸缩式回收装置或压电式回收装置；
并联超磁致伸缩式回收装置包括多个回收单元，每个回收单元均由一个超磁致伸缩材料薄片10以及缠绕在该超磁致伸缩材料薄片10上的拾取线圈9构成，多个回收单元为非零的偶数个，多个回收单元平均分成两组或多组，每组中的回收单元之间的拾取线圈9串联，两组或多组串联的拾取线圈9之间并联；当回收单元为两个时，两个拾取线圈9之间直接并联；
压电式回收装置包括压电式材料薄片16以及与该压电式材料薄片16连接的电荷放大器17。压电式材料薄片上下的导线接入到电荷放大器的输入端。
拍板14通过T形架13及固定架12连接在L形板1的立板上，T形架13的前端连接拍板14，T形架13的后端通过转轴设置在固定架12上使得拍板14能以该转轴为轴做上下摆动。
凸轮15为椭圆形的饼状结构，在凸轮的一个侧面上加工有环形凹槽15-1，该环形凹槽15-1的两端15-1-1为圆弧形，且两端的圆弧形直径不等；
连杆6的上端与拍板14连接，连杆6的下端设置有伸进环形凹槽15-1内的滑快5。
凸轮15为一个或两个，当凸轮15为两个时，环形凹槽15-1设置在凸轮15的内侧(如图1所示)，使得两个环形凹槽15-1相对。
在凸轮中心位置处打有完全贯穿的通孔，在通孔上加工有一个键槽，阶梯轴4穿过该通孔并与键槽配合，使得阶梯轴4形成带动凸轮15旋转的结构；阶梯轴4设置在轴承座3上，轴承座3设置在垫块2上，垫块2设置在L形板1的立板上。
超磁致伸缩材料薄片10和拾取线圈9设置在骨架8内。
骨架为长方体的薄壁结构，中心处加工有矩形凹槽，超磁致伸缩材料薄片10和拾取线圈9设置在该矩形凹槽内。
骨架的前后壁面下方沿宽度方向分别打有两个螺纹通孔8-1，骨架的左右壁面下方沿长度方向对称的打有两个导线通孔8-2。
骨架偶数对称分布在托板的上端面上，骨架底面和托板上表面面接触，二者焊接固定。
超磁致伸缩材料为矩形的薄片结构，超磁致伸缩薄片的外表面缠绕一定匝数的拾取线圈9；超磁致伸缩薄片的一端安装在骨架的凹槽内底端，四个超磁致伸缩材料并联连接，拾取线圈的连接线分别穿过骨架上左右侧面的导线通孔8-2，骨架上的螺纹通孔8-1中分别安装有预紧螺钉对超磁致伸缩薄片进行紧定。
拍板14为向上拍打托板7后能够向下复位的结构，复位分为三种形式任选其一：
第一种形式：拍板14通过自身重力自由下落至水平位置；
第二种形式：托板7通过工形保持架11设置在L形板1的立板上，T形架13与工形保持架11之间设置有复位弹簧，拍板14拍打托板7后在复位弹簧的顶力作用下下落复位至水平位置；
第三种形式：T形架13的后端通过转轴设置在固定架12上且在该转轴处设置有能将拍板14复位至水平位置的扭簧。
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1：以超磁致伸缩薄片为例：
本发明的用于回转运动中的超磁致伸缩式振动收集装置，以超磁致伸缩薄片10为核心元件，如图1中(a)、(b)所示，通过外部机器带动阶梯轴4回转，阶梯轴4的回转带动凸轮15的旋转，在凸轮15凹槽内的圆柱形滑块5随着凸轮15的转动在凹槽内运动，圆柱形滑块5带动连杆6运动，连杆6再带动拍板14做往复直线运动。拍板14在运动到最高位置时拍打托板7，使托板7振动，托板7的振动带动安装在骨架8凹槽内的超磁致伸缩薄片产生振动，用拾取线圈9拾取产生的电能，实现了将回转运动过程产生的振动能量转化为电能输出的过程。本发明装置的工作原理是：当阶梯轴4回转时带动拍板14做直线上下运动，拍板14拍打托板7同时使超磁致伸缩薄片10也会发生振动，根据超磁致伸缩材料的逆效应(Villari效应)，振动会导致超磁致伸缩薄片10内部的磁化状态发生变化即内部的磁通量发生变化，根据法拉第电磁定律，变化的磁场会产生电场，因此在拾取线圈9中会产生感应电动势，实现了通过回转运动而进行发电的过程。其余各零件的结构图见图2-图32。
本发明提出了一种用于回转运动中的超磁致伸缩式振动收集装置，如图1所示，该装置主要包括L形板1、轴承座3、垫块2、阶梯轴4、凸轮15、连杆6、拍板14、托板7、工形保持架11、超磁致伸缩材料薄片10、圆柱形滑块5和T形架13。L形板1底部安装有对称分布的两个垫块2，轴承座3与垫块2固定连接，阶梯轴4依次穿过两个凸轮15中心处的通孔安装在轴承座3上，两个圆柱形滑块5分别放置在两个凸轮15侧面的凹槽中，两个圆柱形滑块5分别通过两根连杆6与拍板14固定连接；T形架13的一端安装在两个固定架12之间，另一端与拍板14固定连接；L形板1侧面顶端安装有工形保持架11，工形保持架11另一端与托板7连接，托板7上端面沿周向均匀布置有偶数个外侧绕有拾取线圈9的超磁致伸缩材料薄片10。
如图3和图4及图5所示，L形板1为L形结构，在L形板1的底面边缘处左右各打有4个完全贯穿的螺纹通孔，在L形板1的侧面对称线左右两侧对称的打有6个螺纹通孔。
如图6和图7所示，垫块2为长方体结构，在垫块2上端面上沿高度方向打有两个对称的螺纹通孔,，底面螺纹孔的中心线与L形板1底面螺纹孔中心线重合，二者通过螺栓连接。
如图8和图9及图10所示，轴承座3带有半圆形凹槽的长方体结构。在轴承座3上端面的左右两端对称打有两个完全贯通的螺纹孔，在轴承座3的上端面中心位置处加工有一个半圆形的凹槽，在凹槽的内表面，左右两端各设有一个半圆形的凸耳。轴承座3的底面与垫块2的上表面接触，两端的螺纹孔中心线与垫块2上表面的螺纹孔中心线重合，二者通过螺钉连接。
如图11和图12所示，阶梯轴4为左右对称的圆柱形结构，阶梯轴4由a、b、c、d、e、d'、c'、b'、a'九个直径不同的轴段构成，e段为轴径最大段，d段与d’段、c段与c’段、b段与b’段、a段与a’段相对于e段成左右对称分布，且轴径对称依次减小；阶梯轴4d段和d’段上分别开有键槽。在阶梯轴4的b段和b’段上分别安装有两个轴承，且两个轴承的端面分别贴紧阶梯轴4b段和b’段的轴肩上，轴承安装在轴承座3的凹槽中。
如图13、图14及图15所示，凸轮15为椭圆形的饼状结构，在凸轮15的一个侧面上加工有两端直径不等的环形凹槽，在凸轮15中心位置处打有完全贯穿的通孔，在通孔上加工有一个键槽。
凸轮15中心处的通孔与轴承的d段和d'段相接触，凸轮15上带有环形凹槽侧面与阶梯轴4d段和d’段的轴肩紧密接触，二者通过键固定连接。
如图16和图17所示，滑块为阶梯的圆柱状结构，在直径较小的一端外表面上加工有螺纹。直径较大的一端底面与凸轮15的环形凹槽内底面接触，外表面与环形凹槽的内侧面接触。
如图18和图19所示，连杆6为长方体结构，连杆6的一端端面加工为半圆形的结构，且在半圆的中心处加工有一个螺纹通孔。连杆6上的螺纹孔与滑块上小端的外螺纹连接。
如图20和图21所示，拍板14为长方体结构，在拍板14的下底面对称打有两个沿厚度方向的方形孔，在拍板14的左右两侧面中心处打有螺纹孔，在拍板14的后侧面上对称打有两个沿宽度方向的螺纹孔。两个连杆6的方形端分别插在拍板14的两个方形孔内，通过安装在左右两个侧面的螺钉对连杆6和拍板14进行固定连接。
如图22和图23所示，T形架13为左右对称的T形结构，T形架13头部前壁面两端对称的打有两个螺纹通孔，T形架13的尾部两侧的壁面打有圆形通孔。T形架13的前壁面与拍板14的后侧面进行接触，二者的螺纹孔中心线重合，两者通过螺钉进行连接。
如图24和图25所示，固定架12为拱形结构，固定架12的中央处为弧形凸台结构，在凸台上打有一个完全贯穿的螺纹孔，在固定架12的左右两端各打有一个完全贯穿的螺纹孔。固定架12的底面与L形板1的侧面接触，二者的螺纹孔中心线重合，通过螺钉进行连接。T形架13底端的两个侧面与两个固定架12的内侧表面接触，三者螺纹孔的中心线重合，通过螺栓连接。
如图26和图27所示，工形保持架11为左右对称，上下对称的工字型结构，在工形保持架11的两端各对称的打有两个螺纹通孔。工形保持架11的一端与L型板的侧面接触，二者的螺纹孔中心线重合，通过螺钉连接。
如图28和图29所示，托板7为长方体结构，托板7的后端面以长边中心线为对称中心打有两个螺纹孔。托板7的后端面与工形架的另一端接触，二者的螺纹孔中心线重合通过螺钉连接。
如图30和图31所示，骨架8为长方体的薄壁结构，中心处加工有矩形凹槽，骨架8的前后壁面下方沿宽度方向分别打有两个螺纹通孔，骨架8的左右壁面下方沿长度方向对称的打有两个通孔。骨架8偶数对称分布在托板7的上端面上，骨架8底面和托板7上表面面接触，二者焊接固定。
如图32所示，超磁致伸缩材料为矩形的薄片结构，超磁致伸缩材料薄片10的外表面缠绕一定匝数的线圈。超磁致伸缩材料薄片10的一端安装在骨架8的凹槽内，四个超磁致伸缩材料并联连接，拾取线圈9分别穿过骨架8上左右侧面的通孔，骨架8上的螺纹孔中分别安装有预紧螺钉对超磁致伸缩材料薄片10进行紧定。
结论：本发明所述的用于回转运动中的超磁致伸缩式振动收集装置能够通过回转运动实现发电的过程。
实施例2，以压电材料薄片为例：
以压电材料薄片为核心元件，通过阶梯轴带动凸轮的回转，凸轮带动拍板的上下运动为压电材料薄片提供振动，实现了将回转运动过程产生的振动能量转化为电能输出的过程。本装置的工作原理是：当阶梯轴回转时带动拍板做直线上下运动，拍板拍打托板同时使压电材料薄片也会发生振动，根据压电材料的压电效应，将机械能转换为电能，电荷通过导线传递到电荷放大器中，经过电荷放大器的整理放大转换为电压，实现了通过回转运动而进行发电的过程。
L形板底部安装有对称分布的两个垫块，轴承座与垫块固定连接，阶梯轴穿过凸轮中心处的通孔安装在轴承座上，圆柱形滑块放置在凸轮侧面的凹槽中，连杆的一端与圆柱形滑块连接，另一端与拍板底面连接；T形架的一端安装在两个固定架之间，另一端与拍板固定连接；L形板侧面顶端安装有工形保持架，工形保持架另一端与托板连接，托板上端面的凹槽内安装有压电式材料薄片。
在L形板底面沿长度和宽度方向均匀对称打有4个完全贯穿的螺纹通孔，在L形板侧面上以高度中心线为对称轴打有6个对称的螺纹通孔。
垫块为长方体结构，在垫块上端面上沿高度方向打有两个对称的螺纹通孔。4个螺栓穿过L形板底面的螺纹孔和垫块上的螺纹孔，将垫块固定在L形板的上底面上。
带有半圆凹槽的长方体结构的轴承座，半圆凹槽两端分别有伸出轴承底座前后壁面的凸耳，在轴承座上端面的左右两端分别对称打有沿高度方向完全贯通的螺纹孔；螺栓穿过轴承座上的螺纹孔和垫块上的螺纹孔，把轴承座固定在垫块上。
圆柱形阶梯轴5由a、b、c、d、c'、b'、a'七个直径不同的轴段构成，d段为轴径最大段，、c段与c’段、b段与b’段、a段与a’段相对于d段成左右对称分布，且轴径对称依次减小；阶梯轴5d段上开有键槽。两个轴承分别安装在两个轴承座内，其外圆表面与轴承座的凹槽接触，两个轴承的内圆孔分别套在阶梯轴的b段和b’段上，且两个轴承的端面分别贴紧阶梯轴5b段和b’段的轴肩上。
凸轮呈椭圆柱体结构，凸轮的一个侧面上开有两端直径不等的环形凹槽，在凸轮中心位置处打有完全贯穿的通孔，通孔上开设键槽孔；凸轮的通孔套在阶梯轴5d段，凸轮与阶梯轴之间通过键固定。
滑块为阶梯圆柱状结构，小直径段上有螺纹；大直径段的底面和凸轮的环形凹槽底面相接触，滑块的轴线和凸轮中心位置处通孔的轴线平行。
连杆为方形杆结构，连杆一端为圆角形，且在圆角的圆心处打有螺纹通孔，连杆另一端沿宽度方向截面为方形，圆柱形滑块上带有螺纹的一端安装在连杆的螺纹通孔内。
呈长方体结构的拍板，下底面中心处打有两个沿厚度方向的方形孔，拍板的后侧面上对称打有两个沿宽度方向的螺纹孔。连杆的方形端插在拍板的方形孔内，连杆与方形孔之间的配合方式为间隙配合。两个紧定螺栓分别穿过拍板左右侧面的螺纹孔，对连杆和拍板进行紧定。
呈T字结构的T形板，T形架头部前壁面两端打有两个螺纹通孔，螺栓通过该螺纹孔和拍板后壁面的螺纹孔将T形架和拍板固定连接；T形架尾部侧壁面打有圆形通孔。
固定架为拱形结构，固定架的中央处为弧形凸台结构，在凸台上打有一个完全贯穿的螺纹孔，在固定架的左右两端各打有一个完全贯穿的螺纹孔。螺栓依次穿过一个固定架凸台上的螺纹孔、T形架底端的的圆形通孔、另一个固定架凸台上的螺纹孔，螺栓将T形架固定在两个固定架的中间。两个固定架通过螺栓固定安装在L形板上。
呈工字结构的工形保持架，工形保持架头部和尾部前壁面两端分别打有四个对称的螺纹通孔；
托板为长方体结构，托板的后端面以长边中心线为对称中心沿宽度方向打有两个螺纹孔，托板上端面的中心处有一凸起矩形凹槽，以矩形凹槽的长边中心线为对称轴在薄壁结构的前后壁面打有两个对称的螺纹通孔，螺栓通过工形保持架头部的螺纹孔旋入托板带有螺纹孔的后壁面，将工形保持架和托板连接；螺栓通过工形保持架尾部的螺纹通孔旋入L形板侧板上的螺纹通孔内，将工形保持架固定在L形板上；工形保持架上端与托板的后壁面通过螺栓连接固定，工形保持架的底端通过螺栓固定在L形板上。
压电材料薄片为矩形薄片状结构，压电材料薄片一端插装在托板的矩形凹槽内，紧定螺钉穿过矩形凹槽上的螺纹通孔对压电材料薄片进行紧定；压电材料薄片上下两端各连接一根导线，导线连接电荷放大器的输入端，将压电材料因受振动所产生的电荷转换为电压，电荷放大器置于压电材料旁。
结论：本发明所述的一种压电式回转运动收集与再利用装置能够通过回转运动实现发电的过程。
本发明不存在疲劳、老化等问题，工作性能更可靠；超磁致伸缩材料的机电耦合系数较高，所以有较高的能量转换效率，能达到70％。在室温下，磁致伸缩应变值也很大，因此，较小的振幅也能输出更高的电压。
Claims (10)
1.一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：该装置主要包括L形板(1)、托板(7)、拍板(14)、凸轮(15)和收集装置；
L形板(1)为由横板和立板构成的L形结构，凸轮(15)通过轴承座(3)设置在L形板(1)的横板上；
托板(7)设置在L形板(1)的立板上，拍板(14)活动设置在托板(7)的下方与托板(7)对应且能相对于托板(7)做上下动作，当拍板(14)上升至最高点时与托板(7)碰撞；
拍板(14)的底部通过连杆(6)与凸轮(15)联动，通过凸轮(15)的转动带动拍板(14)上下动作并碰撞拍打托板(7)；
托板(7)的上端设置收集装置，所述收集装置为并联超磁致伸缩式回收装置或压电式回收装置；
并联超磁致伸缩式回收装置包括多个回收单元，每个回收单元均由一个超磁致伸缩材料薄片(10)以及缠绕在该超磁致伸缩材料薄片(10)上的拾取线圈(9)构成，多个回收单元为非零的偶数个，多个回收单元平均分成两组或多组，每组中的回收单元之间的拾取线圈(9)串联，两组或多组串联的拾取线圈(9)之间并联；当回收单元为两个时，两个拾取线圈(9)之间直接并联；
压电式回收装置包括压电式材料薄片(16)以及与该压电式材料薄片(16)连接的电荷放大器(17)。
2.根据权利要求1所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：拍板(14)通过T形架(13)及固定架(12)连接在L形板(1)的立板上，T形架(13)的前端连接拍板(14)，T形架(13)的后端通过转轴设置在固定架(12)上使得拍板(14)能以该转轴为轴做上下摆动。
3.根据权利要求1所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：
凸轮(15)为椭圆形的饼状结构，在凸轮的一个侧面上加工有环形凹槽(15-1)，该环形凹槽(15-1)的两端(15-1-1)为圆弧形，且两端的圆弧形直径不等；
连杆(6)的上端与拍板(14)连接，连杆(6)的下端设置有伸进环形凹槽(15-1)内的滑快(5)。
4.根据权利要求3所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：凸轮(15)为一个或两个，当凸轮(15)为两个时，环形凹槽(15-1)设置在凸轮(15)的内侧，使得两个环形凹槽(15-1)相对。
5.根据权利要求1所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：在凸轮中心位置处打有完全贯穿的通孔，在通孔上加工有一个键槽，阶梯轴(4)穿过该通孔并与键槽配合，使得阶梯轴(4)形成带动凸轮(15)旋转的结构；阶梯轴(4)设置在轴承座(3)上，轴承座(3)设置在垫块(2)上，垫块(2)设置在L形板(1)的立板上。
6.根据权利要求1所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：超磁致伸缩材料薄片(10)和拾取线圈(9)设置在骨架(8)内。
7.根据权利要求6所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：
骨架为长方体的薄壁结构，中心处加工有矩形凹槽，超磁致伸缩材料薄片(10)和拾取线圈(9)设置在该矩形凹槽内。
8.根据权利要求7所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：骨架的前后壁面下方沿宽度方向分别打有两个螺纹通孔(8-1)，骨架的左右壁面下方沿长度方向对称的打有两个导线通孔(8-2)。
9.根据权利要求8所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：超磁致伸缩材料为矩形的薄片结构，超磁致伸缩薄片的外表面缠绕一定匝数的拾取线圈(9)；超磁致伸缩材料薄片的一端安装在骨架的凹槽内底端，超磁致伸缩材料薄片形成两组或多组并联连接，拾取线圈的连接线分别穿过骨架上左右侧面的导线通孔(8-2)，骨架上的螺纹通孔(8-1)中分别安装有预紧螺钉对超磁致伸缩薄片进行紧定。
10.根据权利要求2所述的一种回转运动收集与再利用装置，其特征在于：拍板(14)为向上拍打托板(7)后能够向下复位的结构，复位分为三种形式任选其一：
第一种形式：拍板(14)通过自身重力自由下落；
第二种形式：托板(7)通过工形保持架(11)设置在L形板(1)的立板上，T形架(13)与工形保持架(11)之间设置有复位弹簧，拍板(14)拍打托板(7)后在复位弹簧的顶力作用下下落复位；
第三种形式：T形架(13)的后端通过转轴设置在固定架(12)上且在该转轴处设置有能将拍板(14)复位的扭簧。
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Citations (2)
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| JP2019035673A (ja) * | 2017-08-17 | 2019-03-07 | 次郎 蔭山 | 電池不要の電子時計および電子機器。 |
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