CN113967357A - 一种多功能不倒翁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能不倒翁,属新能源及玩具领域;上壳由上壳内外壁构成,上壳内外壁的外露面上设有发光二极管;上壳内壁的内侧均布有线圈,上壳内壁的下方设有外球壳立柱,外球壳立柱的端部设有球销壳;下壳壁内侧均布有线圈、外侧底壁上设有惯性壳;内球壳的内壳壁构成内球腔,内球腔顶部设有端口、底部内侧设有内壳隔板,内壳隔板与其下方内壳壁间镶嵌有惯性块;内壳壁外侧均布有磁铁;球头销由球头与阶梯轴构成;上壳内壁和下壳壁的端部相对安装并构成外球壳,上下半球腔构成外球腔;带声音播放单元的电路板和压环装在球销壳上下两侧,球头经压环安装在球销腔内,球头销的阶梯轴装在内壳上,碟弹簧上下两端分别顶靠在压环和内壳隔板上。
Description
技术领域
本发明属于新能源与儿童玩具技术领域,具体涉及一种多功能不倒翁。
背景技术
不倒翁是最常见的儿童玩具之一,因其具有球面底座及头轻脚重的特点,受到外界扰动后可实现多次往复摇摆并最终恢复直立状态,故深受人们的喜爱。近年来,为了进一步提升不倒翁的趣味性,人们逐渐将声光要素融入了不倒翁的设计中,开发了形形色色带音乐及会发光的不倒翁玩具。遗憾的是,这些新型的不倒翁需要电池供电,电量耗尽时无法继续提供音乐和灯光。因此,具有自发电的发光及发声功能的不倒翁将更受人们的欢迎。
发明内容
一种多功能不倒翁,主要包括上壳、下壳、内球壳、二极管、线圈、惯性壳、磁铁、惯性块、球头销、压环、碟弹簧及带发声系统的电路板。
上壳由上壳外壁和上壳内壁构成,上壳外壁比上壳内壁小且位于上壳内壁的上方,上壳内壁与上壳外壁构成壁间空腔,上壳外壁和上壳内壁的外露面上设有发光二极管;上壳内壁自身形成上半球腔,上半球腔的端口朝下,上壳内壁的内侧均布有线圈,上壳内壁的下方设有外球壳立柱,外球壳立柱的端部设有球销壳,球销壳的球销腔与上半球腔的球心相同。
下壳的下壳壁围成端口朝上的下半球腔,下壳壁的内侧均布有线圈、外侧底壁上设有惯性壳,惯性壳的外表面和下壳壁的外表面的半径及球心分别相同。
内球壳的内壳壁构成内球腔,内球腔的顶部设有端口、底部内侧设有内壳隔板,内壳隔板与其下方的内壳壁之间镶嵌有惯性块,内壳隔板和惯性块上设有相互连通的销孔,内壳壁的底部设有螺纹孔,所述销孔和螺纹孔同轴;内壳壁的外侧均布有磁铁,磁铁和线圈均为圆柱形且其直径相同;内球壳上两个相邻磁铁间的最近距离以不小于磁铁的直径,上壳和下壳上两相邻线圈间的最近距离不大于线圈的直径。
上壳、下壳及内球壳均由轻质高分子材料经注塑工艺加工而成,发光二极管及线圈在注塑过程中嵌入上壳或下壳中,磁铁和惯性块在注塑过程中嵌入内球壳中;惯性壳和惯性块由金属材料制成。
球头销由球头与其一侧的阶梯轴构成,阶梯轴的端部设有螺纹。
上壳内壁和下壳壁的端部相对并经螺钉连接,上壳内壁和下壳壁构成外球壳,上半球腔和下半球腔构成外球腔;电路板和压环经螺钉安装在球销壳的上下两侧,球头销的球头经压环安装在球销腔内,压环与球头的接触面亦为球面;碟弹簧的上下两端分别顶靠在压环和内壳隔板上,碟弹簧的小径端套在压环的凸台上;球头销的阶梯轴经螺纹安装在内壳上,阶梯轴套在内壳隔板和惯性块上的销孔中,阶梯轴的端部经螺纹与内壳壁连接。
非工作的自然状态下,球头销的阶梯轴处于铅垂面内,径向相邻的线圈和磁铁同轴,即径向相邻的线圈和磁铁的轴线重叠,线圈与磁铁构成电磁发电单元,各个线圈经单独的导线组和整流器与电路板相连,电路板经不同的导线组与发光二极管相连。
不倒翁受外界扰动且外球壳摇摆时,内球壳因受系统惯性力作用而保持相对静止,从而使线圈和磁铁产生相对运动,线圈切割磁力线并将机械能转换成电能,所生成的电能经整流后输送给电路板,再经进一步转换处理供给发光二极管和声音播放单元。
本发明的不倒翁,除用作儿童玩具外还可用于收集车辆振动、船舶颠簸等环境能量并为其定位跟踪系统供电,也可用于单纯的海浪及风等具有多向扰动特征的环境能量收集;作为单纯的能量收集装置,外球壳可自由摇动或固定,外球壳固定时内球壳可自由摆动。
本发明中,球头销、碟弹簧、内球壳、惯性块及磁铁构成惯性系统,惯性系统的固有频率由球头销、碟弹簧、内球壳、惯性块及磁铁的结构与性能参数及共同决定;为获得足够大的震荡幅值、提高发电能力,惯性系统的固有频率应尽量与激励频率相近,需根据惯性系统的结构参数确定其固有频率,即,式中:ζ为阻尼比,r和R分别为碟弹簧小端和内球壳的半径,K为碟弹簧的刚度,x和y分别为磁铁和惯性块的质心到球头中心的距离,m1、m2和m3分别为内球壳、磁铁和惯性块的质量,n为磁铁数量,λ为修正系数。
优势与特色:自供电的发声发光效果,提升了不倒翁的趣味性;换能元件沿球形表面配置,任意方向摆动均可发电,发电能力、功率计可靠性高;非玩具功能下,可用于任意方向振动及波浪发电,动力学特性易于通过器件的结构参数及安装位置设计获得。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中不倒翁的结构剖面示意图;
图2是本发明一个较佳实施例中带有二极管和线圈的上壳剖面示意图;
图3是本发明一个较佳实施例中带有二极管的下壳剖面示意图;
图4是本发明一个较佳实施例中带有磁铁和惯性块的内球壳剖面示意图;
图5是本发明一个较佳实施例中的球头销的结构示意图;
图6是本发明一个较佳实施例中内球壳的安装过程示意图。
具体实施方式
一种多功能不倒翁,主要包括上壳a、下壳b、内球壳c、二极管d、线圈e、惯性壳f、磁铁g、惯性块h、球头销i、压环j、碟弹簧k及带发声系统的电路板p。
上壳a由上壳外壁a2和上壳内壁a1构成,上壳外壁a2比上壳内壁a1小且位于上壳内壁a1的上方,上壳内壁a1与上壳外壁a2构成壁间空腔a4,上壳外壁a2和上壳内壁a1的外露面上设有发光二极管d;上壳内壁a1自身形成上半球腔a3,上半球腔a3的端口朝下,上壳内壁a1的内侧均布有线圈e,上壳内壁a1的下方设有外球壳立柱a5,外球壳立柱a5的端部设有球销壳a6,球销壳a6的球销腔a7与上半球腔a3的球心相同。
下壳b的下壳壁b1围成端口朝上的下半球腔b2,下壳壁b1的内侧均布有线圈e、外侧底壁上设有惯性壳f,惯性壳f的外表面和下壳壁b1的外表面的半径及球心分别相同。
内球壳c的内壳壁c1构成内球腔c2,内球腔c2的顶部设有端口c3、底部内侧设有内壳隔板c4,内壳隔板c4与其下方的内壳壁c1之间镶嵌有惯性块h,内壳隔板c4和惯性块h上设有相互连通的销孔,内壳壁c1的底部设有螺纹孔,所述销孔和螺纹孔同轴;内壳壁c1的外侧均布有磁铁g,磁铁g和线圈e均为圆柱形且其直径相同;内球壳c上两个相邻磁铁g间的最近距离以不小于磁铁g的直径,上壳a和下壳b上两相邻线圈e间的最近距离不大于线圈e的直径。
上壳a、下壳b及内球壳c均由轻质高分子材料经注塑工艺加工而成,发光二极管d及线圈e在注塑过程中嵌入上壳a或下壳b中,磁铁g和惯性块h在注塑过程中嵌入内球壳c中;惯性壳f和惯性块h由金属材料制成。
球头销i由球头i1与其一侧的阶梯轴i2构成,阶梯轴i2的端部设有螺纹。
上壳内壁a1和下壳壁b1的端部相对并经螺钉连接,上壳内壁a1和下壳壁b1构成外球壳,上半球腔a3和下半球腔b2构成外球腔;电路板p和压环j经螺钉安装在球销壳a6的上下两侧,球头销i的球头i1经压环j安装在球销腔a7内,压环j与球头i1的接触面亦为球面;碟弹簧k的上下两端分别顶靠在压环j和内壳隔板c4上,碟弹簧k的小径端套在压环j的凸台上;球头销i的阶梯轴i2经螺纹安装在内壳壁c1上,阶梯轴i2套在内壳隔板c4和惯性块h上的销孔中,阶梯轴i2的端部经螺纹与内壳壁c1连接。
非工作的自然状态下,球头销i的阶梯轴i2处于铅垂面内,径向相邻的线圈e和磁铁g同轴,即径向相邻的线圈e和磁铁g的轴线重叠,线圈e与磁铁g构成电磁发电单元,各个线圈经单独的导线组和整流器与电路板p相连,电路板p经不同的导线组与发光二极管d相连。
不倒翁受外界扰动且外球壳摇摆时,内球壳c因受系统惯性力作用而保持相对静止,从而使线圈e和磁铁g产生相对运动,线圈e切割磁力线并将机械能转换成电能,所生成的电能经整流后输送给电路板p,再经进一步转换处理供给发光二极管d和声音播放单元。
本发明的不倒翁,除用作儿童玩具外还可用于收集车辆振动、船舶颠簸等环境能量并为其定位跟踪系统供电,也可用于单纯的海浪及风等具有多向扰动特征的环境能量收集;作为单纯的能量收集装置,外球壳可自由摇动或固定,外球壳固定时内球壳c可自由摆动。
Claims (5)
1.一种多功能不倒翁,其特征在于:上壳由上壳外壁和上壳内壁构成,上壳外壁和上壳内壁的外露面上设有发光二极管;上壳内壁形成上半球腔,上壳内壁的内侧均布有线圈,上壳内壁的下方设有外球壳立柱,外球壳立柱的端部设有球销壳,球销壳的球销腔与上半球腔的球心相同;下壳的下壳壁围成下半球腔,下壳壁的内侧均布有线圈、外侧底壁上设有惯性壳;内球壳的内壳壁构成内球腔,内球腔的顶部设有端口、底部内侧设有内壳隔板,内壳隔板与其下方的内壳壁之间镶嵌有惯性块;内壳壁的外侧均布有磁铁;球头销由球头与其一侧的阶梯轴构成;上壳内壁和下壳壁的端部相对安装并构成外球壳,上半球腔和下半球腔构成外球腔;带声音播放单元的电路板和压环装在球销壳上下两侧,球头销的球头经压环安装在球销腔内;碟弹簧上下两端分别顶靠在压环和内壳隔板上;球头销的阶梯轴装在内壳上。
2.根据权利要求1所述的一种多功能不倒翁,其特征在于:磁铁和线圈均为圆柱形且其直径相同;内球壳上两个相邻磁铁间的最近距离以不小于磁铁的直径,上壳和下壳上两相邻线圈间的最近距离不大于线圈的直径。
3.根据权利要求1所述的一种多功能不倒翁,其特征在于:上壳、下壳及内球壳均由轻质高分子材料经注塑工艺加工而成,惯性壳和惯性块由金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种多功能不倒翁,其特征在于:非工作时球头销的阶梯轴处于铅垂面内,径向相邻的线圈和磁铁同轴。
5.根据权利要求1所述的一种多功能不倒翁,其特征在于:用作儿童玩具,或用于收集车辆振动、船舶颠簸等环境能量并为其定位跟踪系统供电,或用于单纯的海浪及风等具有多向扰动特征的环境能量收集。
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