CN110671286B - 一种直线振动能量储放装置 - Google Patents

Abstract

一种直线振动能量储放装置，包括底座（20），底座（20）上设置有振动源（19）和能量释放机构，振动源（19）位于能量释放机构左侧，能量释放机构内部设有能量收集机构，能量释放机构左侧开设有圆孔（16），振动源（19）通过该圆孔（16）实现对能量收集机构的能量传递，在能量传递过程中，能量释放机构用于限定能量收集机构的位置。本发明运用了弹簧的弹性储能原理将机械振动能量储存起来，需要时可以释放出来，直线驱动振动源运动。这种储能方式具有成本低、效率高、无污染，可重复使用等优点。

Description

一种直线振动能量储放装置

技术领域

本发明属于非线性振动能量测试技术领域，具体涉及一种直线振动能量储放装置。

背景技术

振动是生活中常见的现象，同时也是一种可利用的能源，直线振动是外部激振力作用在物体直线方向上的一种振动形式，一般情况下主要有三种方向的直线振动，分别为水平、垂直和轴向。目前研究人员致力于将振动能量收集起来将其转化为电能，给一些微小的电子元件提供能量，根据能量采集方式的不同，可将振动能量收集器分为电磁式、压电式和静电式三种类型。

中国发明专利CN106505910A公开了一种压电式振动能量回收装置，该装置将外部振源传递来的振动转化为内部两部件间的相对直线振动，并将直线运动转化成旋转运动，表现出连续幅度下的敲击动作，进而通过压电组件进行高效的发电，该装置将采集的振动能量用于发电，给其他电子元件提供能量。

中国发明专利CN104393735A公开了一种磁性液体和永磁铁组合结构的直线振动能量采集器，该装置在外界振动的作用下，圆管内柱状永磁体在中心位置响应振动而往复运动，引起缠绕于圆管外壁的感应线圈内磁通量的变化，从而使感应线圈内产生感应电动势，实现振动能量的采集，该装置内部结构复杂，无法实现采集能量的释放。

中国发明专利CN104218731A公开了液压直线电磁式振动能量吸收转换器，该装置将振动能量吸收并转化为电能，通过利用电能实现振动能量的回收利用。

众所周知，机械结构相比电磁、压电和静电等具有环保节能、可靠性强、稳定性好的特点，目前市场上尚未有纯机械式直线振动能量储放装置。

而该直线振动能量储放装置，是将机械振动能量储存起来，待到合适的时机释放出来，驱动机构运动，并非将其转化为电能。因此需要采用机械式结构去收集振动能量，机械储能方式具有成本低、效率高、无污染和可重复使用等优点。机械式储放能量实际上是运用了弹簧的弹性储能原理，外界直线方向上的作用力使得与弹簧连接的T形导柱产生运动，T形导柱对弹簧进行压缩，进而储放直线振动的能量。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、便于制造、方便安装、可靠性强、可重复使用的直线振动能量储放装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种直线振动能量储放装置，包括底座20，底座20上设置有振动源19和能量释放机构，振动源19位于能量释放机构左侧，能量释放机构内部设有能量收集机构，能量释放机构左侧开设有圆孔16，振动源19通过该圆孔16实现对能量收集机构的能量传递，在能量传递过程中，能量释放机构用于限定能量收集机构的位置。

能量释放机构包括外套筒10、L型安装板17和棘爪9，外套筒10的中心线沿左右方向水平设置，L型安装板17的水平部通过第一螺拴18设置在底座20上，外套筒10右端敞口，L型安装板17的竖直部将外套筒10右端封堵并通过第二螺拴13与外套筒10固定连接，外套筒10左端一体设有圆环形挡板14，所述的圆孔16为圆环形挡板14的中心孔，棘爪9通过安装件铰接在外套筒10的顶部，棘爪9下端伸入到外套筒10内部并与能量收集机构传动配合。

所述的安装件包括安装套7、弹性柱销8和短螺柱11，外套筒10顶部开设有上下通透的安装孔，安装套7过盈装配在安装孔内，安装套7内壁的左侧和右侧分别开设有一个圆形槽，两个圆形槽的中心线重合且该中心线平行于外套筒10的中心线，弹性柱销8的两端装配在两个圆形槽内，弹性柱销8上左右两侧的轴肩抵住安装套7的内壁形成对弹性柱销8的轴向定位；弹性柱销8的前侧或后侧开设有螺纹孔，螺纹孔的中心线沿前后水平方向设置，短螺柱11的一端拧入螺纹孔中，棘爪9上开设有前后通透的穿孔，短螺柱11凸出弹性柱销8的一端伸入到穿孔内并与棘爪9间隙配合，短螺柱11上设有用于限定棘爪9位置的开口销12。

能量收集机构包括T形导柱1、棘条2、轴套3、套环4、弹簧5和导套6，T形导柱1、导套6和外套筒10的中心线重合，T形导柱1由同轴向一体设置左侧的圆盘部和右侧的轴部组成，圆盘部的直径大于轴部的直径，圆盘部的外圆与外套筒10的内壁滑动配合，轴套3、套环4、弹簧5自左向右依次套在T形导柱1的轴部，导套6右端固定连接在L型安装板17竖直部的左侧面，弹簧5的右侧部套在导套6外部， T形导柱1的盘部与圆环形挡板14右侧面接触时，T形导柱1的轴部右端伸入到导套6左端口内部，保证T形导柱1始终在导套6内部滑动不脱离，T形导柱1的外圆与导套6内圈间隙配合，此时轴套3右端与套环4左侧面接触，套环4右侧面与弹簧5左端接触，弹簧5右端与L型安装板17竖直部左侧面接触，即弹簧5处于自由状态，弹簧5在自由状态时的长度等于套环4与L型安装板17竖直部的左侧面之间的距离；

轴套3顶部沿轴线方向开设有顶部敞口的长条凹槽，所述的棘条2下部为条形块，棘条2下部的条形块嵌设在长条凹槽内，条形块与长条凹槽过盈配合，棘条2上部沿长度方向设有若干个棘齿，棘爪9下端与棘条2上的棘齿卡接配合。

每个棘齿的右侧齿面均为长斜面，呈左上右下走向，每个棘齿的左侧齿面均为垂直面；T形导柱1的盘部与圆环形挡板14右侧面接触时，棘爪9下端与棘条2上最右侧的一个棘齿的长斜面接触，能量收集时，振动源19产生的激振力作用于T形导柱1的盘部左侧，使T形导柱1沿轴线向右运动，棘爪9下端在棘齿的长斜面上滑过，棘爪9以短螺柱11为支点转动，T形导柱1通过轴套3驱动套环4压缩弹簧5；弹簧5被压缩的过程即为能量收集过程；能量收集完毕后，棘爪9下端右侧抵住其中一个棘齿的垂直面，棘爪9对棘齿的垂直面在T形导柱1轴向方向上的分力大于作用于棘条2上的弹簧5最大回复力，利用棘爪9与棘齿配合的单向不可逆性，实现能量收集机构的停止和再启动；

棘条2上最左侧的一个棘齿和最右侧的一个棘齿的齿间距称为最大动程，最大动程与弹簧5的最大压缩量相一致；当能量收集到某一程度时，弹簧5压缩量达到最大极限，能量释放机构的棘爪9恰好抵住棘条2的最左侧的一个棘齿的垂直面；此时无论振动源19外部激振力有多大，无法使轴套3移动，弹簧5也不会被压缩，实现装置的自动离合特性。

底座20内开设有位于外套筒10下方的两个螺纹通孔，螺纹通孔沿垂直方向设置，每个螺纹通孔内均螺纹连接有一个定位销15，定位销15的上端与外套筒10的底部支撑接触。用于能量释放机构的竖向定位。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的设计思路是将外激励所产生的振动通过轴向传递压缩弹簧收集及释放能量，能量收集机构的导套固定在L型安装板的竖直部上，在激振力振动的作用下，T形导柱左侧的圆盘部沿外套筒内壁滑动，T形导柱右侧的轴部能够沿导套轴向进行直线移动，从而保证T形导柱移动的稳定性。

二、能量收集机构的弹簧在收集完最大极限能量后，通过棘条和棘爪卡接配合的机构在直线方向的单向不可逆性，实现能量收集的自动离合。为防止把弹簧压溃，其关键是控制用来储存能量的弹簧的最大压缩量刚好等于棘齿的最大间距。能量释放过程则是通过扳动释放机构的棘爪，破坏能量收集机构的自锁状态，棘条在弹簧回弹力的作用下向左运动，释放所储存的能量。该结构的设计避免了在狭小空间额外布置动力装置，结构紧凑，工作稳定。

三、底座上开设有螺纹通孔，通过设置定位销支撑能量释放机构，可以更好的保证能量收集机构和能量释放机构的同轴度，实现稳定支撑，保证能量收集的准确性。

四、L型安装板通过螺拴分别与能量释放机构的外套筒和底座连接，并与能量收集机构的导套固定，这样的结构设计将该装置四部分连接起来，使其成为一个整体，结构紧凑，便于安装、稳定可靠。

五、本发明运用了弹簧的弹性储能原理将机械振动能量储存起来，需要时可以释放出来，直线驱动振动源运动。这种储能方式具有成本低、效率高、无污染，可重复使用等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中沿剖切面A-A剖视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1中B处放大图；

图5是图3中C处放大图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”及“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图5所示，本发明的一种一种直线振动能量储放装置，包括底座20，底座20上设置有振动源19和能量释放机构，振动源19位于能量释放机构左侧，能量释放机构内部设有能量收集机构，能量释放机构左侧开设有圆孔16，振动源19通过该圆孔16实现对能量收集机构的能量传递，在能量传递过程中，能量释放机构用于限定能量收集机构的位置。

能量释放机构包括外套筒10、L型安装板17和棘爪9，外套筒10的中心线沿左右方向水平设置，L型安装板17的水平部通过第一螺拴18设置在底座20上，外套筒10右端敞口，L型安装板17的竖直部将外套筒10右端封堵并通过第二螺拴13与外套筒10固定连接，外套筒10左端一体设有圆环形挡板14，所述的圆孔16为圆环形挡板14的中心孔，棘爪9通过安装件铰接在外套筒10的顶部，棘爪9下端伸入到外套筒10内部并与能量收集机构传动配合。

所述的安装件包括安装套7、弹性柱销8和短螺柱11，外套筒10顶部开设有上下通透的安装孔，安装套7过盈装配在安装孔内，安装套7内壁的左侧和右侧分别开设有一个圆形槽，两个圆形槽的中心线重合且该中心线平行于外套筒10的中心线，弹性柱销8的两端装配在两个圆形槽内，弹性柱销8上左右两侧的轴肩抵住安装套7的内壁形成对弹性柱销8的轴向定位；弹性柱销8的前侧或后侧开设有螺纹孔，螺纹孔的中心线沿前后水平方向设置，短螺柱11的一端拧入螺纹孔中，棘爪9上开设有前后通透的穿孔，短螺柱11凸出弹性柱销8的一端伸入到穿孔内并与棘爪9间隙配合，短螺柱11上设有用于限定棘爪9位置的开口销12。

能量收集机构包括T形导柱1、棘条2、轴套3、套环4、弹簧5和导套6，T形导柱1、导套6和外套筒10的中心线重合，T形导柱1由同轴向一体设置左侧的圆盘部和右侧的轴部组成，圆盘部的直径大于轴部的直径，圆盘部的外圆与外套筒10的内壁滑动配合，轴套3、套环4、弹簧5自左向右依次套在T形导柱1的轴部，导套6右端固定连接在L型安装板17竖直部的左侧面，弹簧5的右侧部套在导套6外部， T形导柱1的盘部与圆环形挡板14右侧面接触时，T形导柱1的轴部右端伸入到导套6左端口内部，保证T形导柱1始终在导套6内部滑动不脱离，T形导柱1的外圆与导套6内圈间隙配合，此时轴套3右端与套环4左侧面接触，套环4右侧面与弹簧5左端接触，弹簧5右端与L型安装板17竖直部左侧面接触，即弹簧5处于自由状态，弹簧5在自由状态时的长度等于套环4与L型安装板17竖直部的左侧面之间的距离；

轴套3顶部沿轴线方向开设有顶部敞口的长条凹槽，所述的棘条2下部为条形块，棘条2下部的条形块嵌设在长条凹槽内，条形块与长条凹槽过盈配合，棘条2上部沿长度方向设有若干个棘齿，棘爪9下端与棘条2上的棘齿卡接配合。

每个棘齿的右侧齿面均为长斜面，呈左上右下走向，每个棘齿的左侧齿面均为垂直面；T形导柱1的盘部与圆环形挡板14右侧面接触时，棘爪9下端与棘条2上最右侧的一个棘齿的长斜面接触，能量收集时，振动源19产生的激振力作用于T形导柱1的盘部左侧，使T形导柱1沿轴线向右运动，棘爪9下端在棘齿的长斜面上滑过，棘爪9以短螺柱11为支点转动，T形导柱1通过轴套3驱动套环4压缩弹簧5；弹簧5被压缩的过程即为能量收集过程；能量收集完毕后，棘爪9下端右侧抵住其中一个棘齿的垂直面，棘爪9对棘齿的垂直面在T形导柱1轴向方向上的分力大于作用于棘条2上的弹簧5最大回复力，利用棘爪9与棘齿配合的单向不可逆性，实现能量收集机构的停止和再启动；

棘条2上最左侧的一个棘齿和最右侧的一个棘齿的齿间距称为最大动程，最大动程与弹簧5的最大压缩量相一致；当能量收集到某一程度时，弹簧5压缩量达到最大极限，能量释放机构的棘爪9恰好抵住棘条2的最左侧的一个棘齿的垂直面；此时无论振动源19外部激振力有多大，无法使轴套3移动，弹簧5也不会被压缩，实现装置的自动离合特性。

底座20内开设有位于外套筒10下方的两个螺纹通孔，螺纹通孔沿垂直方向设置，每个螺纹通孔内均螺纹连接有一个定位销15，定位销15的上端与外套筒10的底部支撑接触。用于能量释放机构的竖向定位。

本发明具体工作过程如下：

将本发明放入轴向振动系统中，轴向振动系统的振动源19可以提供直线方向上的激振力，直接作用在T形导柱1的左侧的圆盘部上，上表面有一段棘条2的轴套3套在T形导柱1上，套环4和弹簧5套在T形导柱1的末端；棘爪9安装在外套筒10上构成了能量释放机构。当外界给与激振力时，会产生水平向右的激振力，此时推动T形导柱1向右移动，这样套环4推动弹簧5压缩，将振动能量转化为弹簧5的压缩势能储存起来。运动至某一时刻，弹簧5压缩量达到最大极限，此时装置中的棘爪9恰好卡在轴套3上棘条2的最左侧的一个棘齿左侧的垂直面，该最大极限由弹簧5最大压缩量与棘条2的最大齿间距一致来保证。之后无论外部激振力有多大，都无法使棘条2移动，弹簧5也不会压缩；即使没有外界激振力，弹簧5由于棘爪9卡住棘条2也不会回弹。若要释放弹簧5中所储存的能量，只需扣动能量释放机构上的棘爪9，棘爪9下端与棘齿脱离，棘爪9下端向左上方移动，破坏棘爪下端与棘齿的自锁状态，棘条2和T形导柱1就可以在弹簧5回弹力的作用下向左移动，由释放所储存的能量。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种直线振动能量储放装置，其特征在于：包括底座（20），底座（20）上设置有振动源（19）和能量释放机构，振动源（19）位于能量释放机构左侧，能量释放机构内部设有能量收集机构，能量释放机构左侧开设有圆孔（16），振动源（19）通过该圆孔（16）实现对能量收集机构的能量传递，在能量传递过程中，能量释放机构用于限定能量收集机构的位置；

能量释放机构包括外套筒（10）、L型安装板（17）和棘爪（9），外套筒（10）的中心线沿左右方向水平设置，L型安装板（17）的水平部通过第一螺拴（18）设置在底座（20）上，外套筒（10）右端敞口，L型安装板（17）的竖直部将外套筒（10）右端封堵并通过第二螺拴（13）与外套筒（10）固定连接，外套筒（10）左端一体设有圆环形挡板（14），所述的圆孔（16）为圆环形挡板（14）的中心孔，棘爪（9）通过安装件铰接在外套筒（10）的顶部，棘爪（9）下端伸入到外套筒（10）内部并与能量收集机构传动配合；

所述的安装件包括安装套（7）、弹性柱销（8）和短螺柱（11），外套筒（10）顶部开设有上下通透的安装孔，安装套（7）过盈装配在安装孔内，安装套（7）内壁的左侧和右侧分别开设有一个圆形槽，两个圆形槽的中心线重合且该中心线平行于外套筒（10）的中心线，弹性柱销（8）的两端装配在两个圆形槽内，弹性柱销（8）上左右两侧的轴肩抵住安装套（7）的内壁形成对弹性柱销（8）的轴向定位；弹性柱销（8）的前侧或后侧开设有螺纹孔，螺纹孔的中心线沿前后水平方向设置，短螺柱（11）的一端拧入螺纹孔中，棘爪（9）上开设有前后通透的穿孔，短螺柱（11）凸出弹性柱销（8）的一端伸入到穿孔内并与棘爪（9）间隙配合，短螺柱（11）上设有用于限定棘爪（9）位置的开口销（12）。

2.根据权利要求1所述的一种直线振动能量储放装置，其特征在于：能量收集机构包括T形导柱（1）、棘条（2）、轴套（3）、套环（4）、弹簧（5）和导套（6），T形导柱（1）、导套（6）和外套筒（10）的中心线重合，T形导柱（1）由同轴向一体设置左侧的圆盘部和右侧的轴部组成，圆盘部的直径大于轴部的直径，圆盘部的外圆与外套筒（10）的内壁滑动配合，轴套（3）、套环（4）、弹簧（5）自左向右依次套在T形导柱（1）的轴部，导套（6）右端固定连接在L型安装板（17）竖直部的左侧面，弹簧（5）的右侧部套在导套（6）外部， T形导柱（1）的盘部与圆环形挡板（14）右侧面接触时，T形导柱（1）的轴部右端伸入到导套（6）左端口内部，保证T形导柱（1）始终在导套（6）内部滑动不脱离，T形导柱（1）的外圆与导套（6）内圈间隙配合，此时轴套（3）右端与套环（4）左侧面接触，套环（4）右侧面与弹簧（5）左端接触，弹簧（5）右端与L型安装板（17）竖直部左侧面接触，即弹簧（5）处于自由状态，弹簧（5）在自由状态时的长度等于套环（4）与L型安装板（17）竖直部的左侧面之间的距离；

轴套（3）顶部沿轴线方向开设有顶部敞口的长条凹槽，所述的棘条（2）下部为条形块，棘条（2）下部的条形块嵌设在长条凹槽内，条形块与长条凹槽过盈配合，棘条（2）上部沿长度方向设有若干个棘齿，棘爪（9）下端与棘条（2）上的棘齿卡接配合。

3.根据权利要求2所述的一种直线振动能量储放装置，其特征在于：每个棘齿的右侧齿面均为长斜面，呈左上右下走向，每个棘齿的左侧齿面均为垂直面；T形导柱（1）的盘部与圆环形挡板（14）右侧面接触时，棘爪（9）下端与棘条（2）上最右侧的一个棘齿的长斜面接触，能量收集时，振动源（19）产生的激振力作用于T形导柱（1）的盘部左侧，使T形导柱（1）沿轴线向右运动，棘爪（9）下端在棘齿的长斜面上滑过，棘爪（9）以短螺柱（11）为支点转动，T形导柱（1）通过轴套（3）驱动套环（4）压缩弹簧（5）；弹簧（5）被压缩的过程即为能量收集过程；能量收集完毕后，棘爪（9）下端右侧抵住其中一个棘齿的垂直面，棘爪（9）对棘齿的垂直面在T形导柱（1）轴向方向上的分力大于作用于棘条（2）上的弹簧（5）最大回复力，利用棘爪（9）与棘齿配合的单向不可逆性，实现能量收集机构的停止和再启动；

棘条（2）上最左侧的一个棘齿和最右侧的一个棘齿的齿间距称为最大动程，最大动程与弹簧（5）的最大压缩量相一致；当能量收集到某一程度时，弹簧（5）压缩量达到最大极限，能量释放机构的棘爪（9）恰好抵住棘条（2）的最左侧的一个棘齿的垂直面；此时无论振动源（19）外部激振力有多大，无法使轴套（3）移动，弹簧（5）也不会被压缩，实现装置的自动离合特性。

4.根据权利要求1所述的一种直线振动能量储放装置，其特征在于：底座（20）内开设有位于外套筒（10）下方的两个螺纹通孔，螺纹通孔沿垂直方向设置，每个螺纹通孔内均螺纹连接有一个定位销（15），定位销（15）的上端与外套筒（10）的底部支撑接触；用于能量释放机构的竖向定位。

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