CN111064385A - 一种低频、多方向振动的能量收集装置 - Google Patents
一种低频、多方向振动的能量收集装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111064385A CN111064385A CN201911420965.5A CN201911420965A CN111064385A CN 111064385 A CN111064385 A CN 111064385A CN 201911420965 A CN201911420965 A CN 201911420965A CN 111064385 A CN111064385 A CN 111064385A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lever
- floating block
- conversion device
- cavity
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 60
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 10
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低频、多方向振动的能量收集装置，包括腔体以及设置于腔体内部的液体、支撑柱、浮块、杠杆、转动轴、传动结构、能量转换装置；液体覆盖在腔体底部与浮块之间的区域；支撑柱的一端与腔体的底部配合固定，另一端固定于所述杠杆；浮块一面悬浮在液体的表面，另一面与杠杆的一端配合固定；杠杆远离浮块的一端通过传动结构与能量转换装置连接；能量转换装置远离传动结构的一端固定在腔体的内侧壁；当受到外界振动激励时，液体发生晃动，浮块跟随着液体的晃动而带动杠杆上下摆动，进而杠杆又会通过传动结构带动能量转换装置发生运动产生电能。应用本技术方案可实现利用单个能量转换装置将外界环境中低频、多方向振动机械能转换为电能。
Description
技术领域
本发明涉及能量转换领域，具体是指一种低频、多方向振动的能量收集装置。
背景技术
5G技术的突破以及物联网的发展，不久的未来将会在全球范围布置大量的无线传感器器形成万物相连的传感器网络，实现生活、工作中各个角落的实时监测与互通。目前，绝大多数的传感器都是采用传统的电池供电，而传统的电池存在寿命短、需要定期更换、更换麻烦、破坏环境等问题，会增加无线传感器网络的维护、回收成本，这也将制约物联网的进一步发展。为了解决采用传统电池给无线传感器供电所带来的问题，研究人员提出了振动能量收集技术作为解决该问题的方案之一。
振动能量收集技术是通过收集环境中普遍存在的振动机械能，通过压电转换、电磁转换、静电转换等方式将振动机械能转换为电能进而实现为传感器供能，整个转换的过程中安全、无污染，因此振动能量收集技术被认为是非常有潜力替代传统电池为无线电子设备供能的绿色能源技术。
振动能量收集技术中最典型结构为自由端加质量块的悬臂梁结构，该结构只能在单方向上发生振动，因此仅仅依赖悬臂梁结构只能实现单向的振动能量收集。但是在实际的应用环境中，普遍存在的振动激励是多方向的，传统的悬臂梁结构很难发挥作用。为此，研究人员提出了不同的新结构来实现多方向振动能量收集，其中有一种结构是采用在空间上阵列式分布能量转换装置，每个能量转换装置对应着不同的角度，然后将每个能量转换装置接入到能量管理电路当中；当某一位方位的能量转换装置的有效振动方向与外界激励方向接近时，该能量转换装置则可以发挥作用，实现振动机械能到电能的转换；但是其他方位布置能量转换装置的有效振动方向与激励方向偏离较远，基本不发挥作用，这个时候则会出现每个能量转换装置出现不同的工作状态，将这些不同工作状态下的能量转换装置配合在一起使用的时候，对于能量管理电路的设计复杂程度将会大大增加，要么选择增加能量管理电路的数量来一一匹配每个能量转换装置，要么提升能量管理电路的性能使其能够同时匹配上不同工作状态下的能量转换装置，不管采用以上哪种方式都将提升整个振动能量收集装置的复杂程度以及制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低频、多方向振动的能量收集装置，实现利用单个能量转换装置将外界环境中多方向振动机械能转换为电能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低频、多方向振动的能量收集装置，包括腔体以及设置于腔体内部的液体、支撑柱、浮块、杠杆、转动轴、传动结构、能量转换装置；所述杠杆绕着圆心呈旋转对称分布；多个所述的支撑柱沿中心对称分布；
所述液体覆盖在腔体底部与浮块之间的区域；所述支撑柱的一端与腔体的底部配合固定，所述支撑柱的另一端固定于所述杠杆；所述浮块一面悬浮在液体的表面，所述浮块的另一面与杠杆的一端配合固定；所述杠杆远离所述浮块的一端通过传动结构与能量转换装置连接；所述能量转换装置远离所述传动结构的一端固定在所述腔体的内侧壁；当受到外界低频、多方向的振动激励时，覆盖在腔体内部的液体发生晃动，浮块跟随着液体的晃动而带动杠杆上下摆动，进而杠杆又会通过传动结构带动与传动结构连接的能量转换装置发生运动从而产生电能。
在一较佳的实施例中：相邻的杠杆、浮块之间以及浮块与腔体之间不接触，且所述杠杆、浮块及支撑柱的数量根据腔体的结构大小以及俘能范围进行调整；在发生运动传递的时候，对应的浮块、杠杆和传动结构都通过传动结构作用在能量转换装置的同一点。
在一较佳的实施例中：所述杠杆上设置有连接孔，所述支撑柱与杠杆连接的一端设置有连接腔，所述连接腔的两侧设置有连接配合孔，所述杠杆穿过所述连接腔，一转动轴依次插入所述连接配合孔及连接孔，所述杠杆以所述转动轴为中心实现上下摆动。
在一较佳的实施例中：所述传动结构具体为牵引绳；所述牵引绳的两端分别连接所述能量转换装置与所述杠杆远离所述浮块的一端。
在一较佳的实施例中：所述杠杆设置有8个。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提出了一种低频、多方向振动的能量收集装置，其中浮块一端悬浮在液体的表面，另一端与杠杆的一端配合；杠杆的一端与浮块配合，另一端通过牵引绳与能量转换装置配合，中间通过转动轴与支撑架的一端配合；能量转换装置的一端固定在腔体的内侧壁，另一端通过牵引绳与杠杆的一端配合；八根牵引绳均连接于一个能量转换装置的同一点；当受到外界低频、多方向的振动激励时，覆盖在腔体内部的液体会发生晃动，一端悬浮在液体表面另一端与杠杆配合的浮块会跟随着液体的晃动带动杠杆围绕转动轴上下摆动，进而杠杆又会通过传动结构带动与其配合的能量转换装置发生运动从而产生电能。通过该设计不仅可以实现利用单个能量转换装置将外界环境中多方向振动机械能转换为电能，而且可以降低能量管理电路的复杂程度以及制造成本。利用单个能量转换装置实现将外界低频、多方向激励的振动机械能到电能的转换，可以有效避免在空间上阵列式分布的多个能量转换装置串并联时由于每个能量转换装置所处的工作状态不同而导致输出功率下降，也可以有效的降低能量管理电路的处理难度以及制造成本。
附图说明
图1为本发明优选实施例中低频、多方向振动的能量收集装置的整体结构示意图；
图2为本发明优选实施例中低频、多方向振动的能量收集装置的腔体内部结构示意图；
图3为本发明优选实施例中低频、多方向振动的能量收集装置的整体结构俯视示意图；
图4为本发明优选实施例中低频、多方向振动的能量收集装置的整体结构剖面示意图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种低频、多方向振动的能量收集装置，参考图1至4，包括腔体1以及设置于腔体1内部的液体2、支撑柱3、浮块4、杠杆5、转动轴6、传动结构、能量转换装置8；所述杠杆5绕着圆心呈旋转对称分布；多个所述的支撑柱3沿中心对称分布；
所述液体2覆盖在腔体1底部与浮块4之间的区域；所述支撑柱3的一端与腔体1的底部配合固定，所述支撑柱3的另一端固定于所述杠杆5；所述浮块4一面悬浮在液体2的表面，所述浮块4的另一面与杠杆5的一端配合固定；所述杠杆5远离所述浮块4的一端通过传动结构与能量转换装置8连接；所述能量转换装置8远离所述传动结构的一端固定在所述腔体1的内侧壁；当受到外界低频、多方向的振动激励时，覆盖在腔体1内部的液体2发生晃动，浮块4跟随着液体2的晃动而带动杠杆5上下摆动，进而杠杆5又会通过传动结构带动与传动结构连接的能量转换装置8发生运动从而产生电能。相邻的杠杆5、浮块4之间以及浮块4与腔体1之间不接触，且所述杠杆5、浮块4及支撑柱3的数量根据腔体1的结构大小以及俘能范围进行调整；在本实施例中，所述杠杆5设置有8个，还可以设置其他数量的杠杆5，不能以此设定本发明的保护范围。对应地，所述传动结构、浮块4以及支撑柱3均设置有8个。
在发生运动传递的时候，对应的浮块4、杠杆5和传动结构都通过传动结构作用在能量转换装置8的同一点。在本实施例中，所述传动结构具体为牵引绳7；所述牵引绳7的两端分别连接所述能量转换装置8与所述杠杆5远离所述浮块4的一端。
具体来说，所述杠杆5上设置有连接孔，所述支撑柱3与杠杆5连接的一端设置有连接腔，所述连接腔的两侧设置有连接配合孔，所述杠杆5穿过所述连接腔，一转动轴6依次插入所述连接配合孔及连接孔，所述杠杆5以所述转动轴6为中心实现上下摆动。
本发明提出了一种低频、多方向振动的能量收集装置，其中浮块4一端悬浮在液体2的表面，另一端与杠杆5的一端配合；杠杆5的一端与浮块4配合，另一端通过牵引绳7与能量转换装置8配合，中间通过转动轴6与支撑架的一端配合；能量转换装置8的一端固定在腔体1的内侧壁，另一端通过牵引绳7与杠杆5的一端配合；八根牵引绳7均连接于一个能量转换装置8的同一点；当受到外界低频、多方向的振动激励时，覆盖在腔体1内部的液体2会发生晃动，一端悬浮在液体2表面另一端与杠杆5配合的浮块4会跟随着液体2的晃动带动杠杆5围绕转动轴6上下摆动，进而杠杆5又会通过传动结构带动与其配合的能量转换装置8发生运动从而产生电能。通过该设计不仅可以实现利用单个能量转换装置8将外界环境中多方向振动机械能转换为电能，而且可以降低能量管理电路的复杂程度以及制造成本。利用单个能量转换装置8实现将外界低频、多方向激励的振动机械能到电能的转换，可以有效避免在空间上阵列式分布的多个能量转换装置8串并联时由于每个能量转换装置8所处的工作状态不同而导致输出功率下降，也可以有效的降低能量管理电路的处理难度以及制造成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (5)
1.一种低频、多方向振动的能量收集装置，其特征在于包括腔体以及设置于腔体内部的液体、支撑柱、浮块、杠杆、转动轴、传动结构、能量转换装置；所述杠杆绕着圆心呈旋转对称分布；多个所述的支撑柱沿中心对称分布；
所述液体覆盖在腔体底部与浮块之间的区域；所述支撑柱的一端与腔体的底部配合固定，所述支撑柱的另一端固定于所述杠杆；所述浮块一面悬浮在液体的表面，所述浮块的另一面与杠杆的一端配合固定；所述杠杆远离所述浮块的一端通过传动结构与能量转换装置连接；所述能量转换装置远离所述传动结构的一端固定在所述腔体的内侧壁；当受到外界低频、多方向的振动激励时，覆盖在腔体内部的液体发生晃动，浮块跟随着液体的晃动而带动杠杆上下摆动，进而杠杆又会通过传动结构带动与传动结构连接的能量转换装置发生运动从而产生电能。
2.根据权利要求1所述低频、多方向振动的能量收集装置，其特征在于：相邻的杠杆、浮块之间以及浮块与腔体之间不接触，且所述杠杆、浮块及支撑柱的数量根据腔体的结构大小以及俘能范围进行调整；在发生运动传递的时候，对应的浮块、杠杆和传动结构都通过传动结构作用在能量转换装置的同一点。
3.根据权利要求1所述的低频、多方向振动的能量收集装置，其特征在于：所述杠杆上设置有连接孔，所述支撑柱与杠杆连接的一端设置有连接腔，所述连接腔的两侧设置有连接配合孔，所述杠杆穿过所述连接腔，一转动轴依次插入所述连接配合孔及连接孔，所述杠杆以所述转动轴为中心实现上下摆动。
4.根据权利要求1所述的低频、多方向振动的能量收集装置，其特征在于：所述传动结构具体为牵引绳；所述牵引绳的两端分别连接所述能量转换装置与所述杠杆远离所述浮块的一端。
5.根据权利要求1所述的低频、多方向振动的能量收集装置，其特征在于：所述杠杆设置有8个。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911420965.5A CN111064385B (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种低频、多方向振动的能量收集装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911420965.5A CN111064385B (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种低频、多方向振动的能量收集装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111064385A true CN111064385A (zh) | 2020-04-24 |
| CN111064385B CN111064385B (zh) | 2020-12-11 |
Family
ID=70306132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911420965.5A Active CN111064385B (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种低频、多方向振动的能量收集装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111064385B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112910312A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-06-04 | 重庆大学 | 风致振动的压电式风力发电装置及压电式风力发电装置组 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008049124A2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Boise State University | Magnetomechanical transducer, and apparatus and methods of harvesting energy |
| CN103410653A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-11-27 | 中国第一重型机械股份公司 | 带增力机构的浮动海浪发电装置 |
| CN104079207A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种捕获垂直方向波浪能的压电发电装置及方法 |
| CN104421121A (zh) * | 2013-08-19 | 2015-03-18 | 潘笑阳 | 一种利用杠杆放大原理设计的振动发电装置 |
| CN105811804A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-07-27 | 厦门大学 | 一种基于绳牵引的宽频压电振动能量收集装置 |
| CN106849597A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-06-13 | 厦门大学 | 一种新型的多方向振动能量收集装置 |
| CN107947632A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 江苏大学 | 一种振动能量回收装置 |
| CN109209802A (zh) * | 2017-07-07 | 2019-01-15 | 涓ュ己 | 一种能量收集装置、方法和应用 |
| CN110056466A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-26 | 五邑大学 | 一种岸基杠杠式海浪发电装置 |
-
2019
- 2019-12-31 CN CN201911420965.5A patent/CN111064385B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008049124A2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Boise State University | Magnetomechanical transducer, and apparatus and methods of harvesting energy |
| CN103410653A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-11-27 | 中国第一重型机械股份公司 | 带增力机构的浮动海浪发电装置 |
| CN104421121A (zh) * | 2013-08-19 | 2015-03-18 | 潘笑阳 | 一种利用杠杆放大原理设计的振动发电装置 |
| CN104079207A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种捕获垂直方向波浪能的压电发电装置及方法 |
| CN105811804A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-07-27 | 厦门大学 | 一种基于绳牵引的宽频压电振动能量收集装置 |
| CN106849597A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-06-13 | 厦门大学 | 一种新型的多方向振动能量收集装置 |
| CN109209802A (zh) * | 2017-07-07 | 2019-01-15 | 涓ュ己 | 一种能量收集装置、方法和应用 |
| CN107947632A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 江苏大学 | 一种振动能量回收装置 |
| CN110056466A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-26 | 五邑大学 | 一种岸基杠杠式海浪发电装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112910312A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-06-04 | 重庆大学 | 风致振动的压电式风力发电装置及压电式风力发电装置组 |
| CN112910312B (zh) * | 2021-03-18 | 2023-03-10 | 重庆大学 | 风致振动的压电式风力发电装置及压电式风力发电装置组 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111064385B (zh) | 2020-12-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102594203B (zh) | 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置 | |
| CN103633879B (zh) | 基于柔性主梁的振动能量采集器拾振结构 | |
| CN103023378A (zh) | 宽频带多方向振动能量采集器 | |
| CN205142051U (zh) | 一种可调节式多方向振动能量收集装置 | |
| CN103731065B (zh) | 基于振动发电的自供电型无线隧道健康监测装置 | |
| CN204271949U (zh) | 浮桥监测系统自维持悬臂梁式压电电源 | |
| CN203278697U (zh) | 一种宽频带多方向振动能量采集器 | |
| CN107769614A (zh) | 一种压电式多方向振动能量采集装置 | |
| CN105553331B (zh) | 一种低频压电振动能量收集器 | |
| CN102710169B (zh) | 基于多压电振子串联的垂吊式振动俘能器 | |
| CN111064385B (zh) | 一种低频、多方向振动的能量收集装置 | |
| CN111049425B (zh) | 以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置 | |
| CN102170246A (zh) | 带柔性梁结构的振动式微型风力发电机 | |
| CN107093963A (zh) | 一种多方向超低频振动能量收集器 | |
| CN103762888A (zh) | 杠杆式超磁致伸缩振动能量收集装置 | |
| CN114039510B (zh) | 多方向宽频压电能量收集装置 | |
| CN106685263A (zh) | 基于模态分离技术的带宽可调n×3点阵式振动能量采集器 | |
| CN105305882B (zh) | 一种多方向压电振动能量收集器 | |
| CN112187098A (zh) | 一种多方向宽频带压电能量收集器 | |
| CN103762889A (zh) | 基于超磁致伸缩薄膜的杠杆式振动能量收集器 | |
| CN102983775A (zh) | 一种球体驱动的静电式振动能量收集装置 | |
| CN106856381A (zh) | 一种集束型双稳态弯曲双叉悬臂梁压电能量收集装置 | |
| CN205693581U (zh) | 压电能量收集装置 | |
| CN206775209U (zh) | 一种电磁压电复合式波浪能收集装置 | |
| CN103944447B (zh) | 三维驱动双晶片变截面的振动能量俘获自供电装置及其方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |