CN114738700A - 一种基于涡激振动与旋转发电的路灯 - Google Patents
一种基于涡激振动与旋转发电的路灯 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及路灯技术领域，特别是涉及一种基于涡激振动与旋转发电的路灯。本发明包括储电装置、主轴、旋转发电装置、上杆、风叶、下杆、多个风筒装置、压电振动梁发电装置、齿轮齿条发电装置、非线性振荡式磁力发电装置，所述储电装置安装于灯杆的顶部，所述储电装置用于存储路灯的电量；所述主轴通过螺栓安装在所述储电装置上；所述旋转发电装置套设在所述主轴的外侧，所述旋转发电装置的顶部安装有棘轮安装底座；所述上杆与第一棘轮通过螺栓固定连接，所述第一棘轮与所述棘轮安装底座通过花键配合。本发明能够利用风能自行发电照明，能够储存电能，而且成本降低，工作可靠，大大降低了路灯使用时对自然条件的要求，适合批量生产使用。
Description
技术领域
本发明涉及路灯技术领域，特别是涉及一种基于涡激振动与旋转发电的路灯。
背景技术
在中国西北地区，由于地理位置偏僻，人烟稀少，公路两旁路灯采用传统铺设电线供电，成本较高，并且由于环境恶略，线路老化较快，需要经常性的维修。
虽然现阶段出现了一些太阳能发电的路灯，但依然需要在有光照时才能使用，如果遇到长时间阴雨天气，太阳能路灯将无法正常工作，因此需要改进。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，用于解决现有技术中的需要在有光照时才能使用，如果遇到长时间阴雨天气，太阳能路灯将无法正常工作的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，包括：
储电装置，其安装于灯杆的顶部，所述储电装置用于存储路灯的电量；
主轴，其通过螺栓安装在所述储电装置上；
旋转发电装置，其套设在所述主轴的外侧，所述旋转发电装置的顶部安装有棘轮安装底座；
上杆，其与第一棘轮通过螺栓固定连接，所述第一棘轮与所述棘轮安装底座通过花键配合，所述第一棘轮安装于所述主轴上；
风叶，其与第二棘轮通过螺栓固定连接，所述第二棘轮与所述棘轮安装底座通过花键配合，所述第二棘轮上；
下杆，其安装在所述储电装置和旋转发电装置之间，所述下杆与所述上杆之间固定连接；
多个风筒装置，其安装于所述上杆和下杆之间；
压电振动梁发电装置，其安装于所述风筒装置的内部；
齿轮齿条发电装置，其安装于所述风筒装置的上部；
非线性振荡式磁力发电装置，其安装于所述风筒装置的下部。
在本发明的一实施例中，所述储电装置包括：
电瓶外罩，其底部安装于所述灯杆上，所述电瓶外罩的顶部与所述主轴相连接，所述灯杆上安装有灯；
电瓶，其安装于所述电瓶外罩的内部。
在本发明的一实施例中，所述旋转发电装置包括：
线圈外筒，其套设在所述主轴的外侧，
线圈，其安装在所述线圈外筒上；
条形磁铁，其安装在所述主轴上。
在本发明的一实施例中，所述齿轮齿条发电装置包括：
连杆，其与风筒连接；
齿轮齿条安装外壳，其与所述连杆连接，所述连杆、风筒、齿轮齿条安装外壳构成第一万向轴结构；
齿条，其与所述齿轮齿条安装外壳构成移动副，所述齿条、连杆、风筒构成的第二万向轴结构；
第四齿轮，其通过所述齿条带动转动，所述第四齿轮带动第三齿轮转动；
第一齿轮，其与所述第三齿轮为同轴齿轮，所述第一齿轮带动第二齿轮转动，所述第二齿轮带动发电机转动。
在本发明的一实施例中，所述压电振动梁发电装置包括：
微摆致动底座，其与风筒底座构成球面副，所述风筒底座设置于所述风筒的底部；
聚偏氟乙烯压电薄膜片，其安装于所述微摆致动底座的上部。
在本发明的一实施例中，所述非线性振荡式磁力发电装置包括：
磁铁圈，其与磁铁圈底座之间为过盈配合；
定子，其与所述微摆致动底座之间为过盈配合；
推力球，其与磁铁圈底座、定子安装底座构成轴承结构；
第一螺栓，其将所述磁铁圈底座和风筒底座固定；
螺纹孔圆球，其与所述微摆致动底座通过螺纹连接。
在本发明的一实施例中，所述聚偏氟乙烯压电薄膜片、磁铁圈连接有能量采集电路，所述能量采集电路包括四个整流桥，四个整流桥连接第一电容C1、第五电阻R5、第一电感L1的一端，所述第一电容C1的另一端通过第七电阻R7连接场效应管Q1的栅极、第二电容C2的一端、稳压二极管TD的一端、负载的一端，所述稳压二极管TD的另一端、负载的另一端通过第九电阻R9连接第二电容C2、运算放大器OP、二极管Z1的一端，所述二极管Z1的另一端连接第一电感L1的另一端、场效应管Q1的漏极，所述场效应管Q1的源极连接运算放大器OP的另一端，所述第五电阻R5的另一端连接第八电阻R8的一端以及第六电阻R6的一端，所述第一电容C1的另一端、第六电阻R6的另一端接地。
如上所述，本发明的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，具有以下有益效果：
本发明的基于涡激振动与旋转发电的路灯能够利用风能自行发电照明，能够储存电能，而且成本降低，工作可靠，大大降低了路灯使用时对自然条件的要求，适合批量生产使用。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的正视结构图。
图2为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的剖视结构图。
图3为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的俯视结构图。
图4为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置的俯视结构图。
图5为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置的立体结构图。
图6为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置上部分局部视图。
图7为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的齿轮齿条发电装置局部视图。
图8为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置下部分局部视图。
图9为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的能量采集电路的电路原理图。
图中的附图标记含义如下：
1-灯杆，2-灯，3-下杆，4-磁铁圈底座，5-微摆致动底座，6-风筒，7-上杆，8-风叶，9-第二棘轮，10-第一棘轮，11-棘轮安装底座，12-线圈外筒，13-主轴，14-电瓶外罩，15-风筒底座，16-定子安装底座，17-聚偏氟乙烯压电薄膜片，18-方形连接块，19-风叶固定螺母，20-磁铁圈，21-定子，22-推力球，23-第一螺栓，24-第二螺栓，25-螺纹孔圆球，26-第一齿轮，27-第二齿轮，28-第三齿轮，29-发电机，30-齿轮齿条安装外壳，31-第四齿轮，32-齿条，33-连杆，34-电瓶，35-条形磁铁，36-压紧螺母，37-径向球轴承，38-第一推力球轴承，39-第二推力球轴承
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1、图2、图3，图1为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的正视结构图。图2为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的剖视结构图。图3为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的俯视结构图。一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，包括储电装置、主轴13、旋转发电装置、上杆7、风叶8、下杆3、多个风筒装置、压电振动梁发电装置、齿轮齿条发电装置、非线性振荡式磁力发电装置，所述储电装置安装于灯杆1的顶部，所述储电装置用于存储路灯的电量；所述主轴13通过螺栓安装在所述储电装置上；所述旋转发电装置套设在所述主轴13的外侧，所述旋转发电装置的顶部安装有棘轮安装底座11；所述上杆7与第一棘轮10通过螺栓固定连接，所述第一棘轮10与所述棘轮安装底座11通过花键配合，所述第一棘轮10安装于所述主轴13上；所述风叶8与第二棘轮9通过螺栓固定连接，所述第二棘轮9与所述棘轮安装底座11通过花键配合，所述第二棘轮9安装于所述主轴13上；所述下杆3安装在所述储电装置和旋转发电装置之间，所述下杆3与所述上杆7之间固定连接；多个风筒装置安装于所述上杆7和下杆3之间；所述压电振动梁发电装置安装于所述风筒装置的内部；多个风筒装置可以但不限于设置为四个，所述齿轮齿条发电装置安装于所述风筒装置的上部；所述非线性振荡式磁力发电装置安装于所述风筒装置的下部。
具体的，用以存储路灯所发的电。所述主轴13通过螺栓安装在储电装置上。棘轮底座通过螺栓安装在旋转发电装置上，第一棘轮10、第二棘轮9与棘轮底座通过花键配合并且安装在主轴13上，工作时，第一棘轮10将风叶8转动传导至主轴13，第二棘轮9将上杆7、下杆3四个风筒装置整体的转动传导至主轴13，利用棘轮的差速原理，前后两个机构转动速度快的带动线圈筒旋转。
请参阅图4、图5、图6、图7、图8，图4为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置的俯视结构图。图5为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置的立体结构图。图6为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置上部分局部视图。图7为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的齿轮齿条发电装置局部视图。图8为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的风筒装置下部分局部视图。所述储电装置包括电瓶外罩14和电瓶34，所述电瓶外罩14的底部安装于所述灯杆1上，所述电瓶外罩14的顶部与所述主轴13相连接，所述灯杆1上安装有灯2；电瓶34安装于所述电瓶外罩14的内部。所述旋转发电装置包括线圈外筒12、线圈和条形磁铁35，所述线圈外筒12套设在所述主轴13的外侧，所述线圈安装在所述线圈外筒12上；所述条形磁铁35安装在所述主轴13上。旋转发电装置通过推力球轴承安装在主轴13上，线圈外筒12、线圈、条形磁铁35、主轴13作为转子，其磁铁安装在主轴13上，发电时整体作为定子。
所述齿轮齿条发电装置包括连杆33、齿轮齿条安装外壳30、齿条32、第四齿轮31、第一齿轮26，所述连杆33与风筒6连接；所述齿轮齿条安装外壳30与所述连杆33连接，所述连杆33、风筒6、齿轮齿条安装外壳30构成第一万向轴结构；所述齿条32与所述齿轮齿条安装外壳30构成移动副，所述齿条32、连杆33、风筒6构成的第二万向轴结构；所述第四齿轮31通过所述齿条32带动转动，所述第四齿轮31带动第三齿轮28转动；所述第一齿轮26与所述第三齿轮28为同轴齿轮，所述第一齿轮26带动第二齿轮27转动，所述第二齿轮27带动发电机29转动。具体的，发电时，由于风筒6受到风力而产生漩涡流，导致风筒6上部以方形连接块18为中心做无规律晃动，其中风筒6、连杆33、齿轮齿条安装外壳30构成的第一万向轴结构，以及齿条32、连杆33、风筒6构成的第二万向轴结构，通过万向轴结构始终保证风筒6上部以方形连接块18为中心做无规律晃动所产生的位移能转化为齿条驱动齿轮转动的有效位移，从而第四齿轮31带动第三齿轮28，第一齿轮26带动第二齿轮27，第二齿轮27带动发电机29发电。
所述压电振动梁发电装置包括微摆致动底座5和聚偏氟乙烯压电薄膜片17，所述微摆致动底座5与风筒底座15构成球面副，所述风筒底座15设置于所述风筒6的底部；所述聚偏氟乙烯压电薄膜片17安装于所述微摆致动底座5的上部。具体的，聚偏氟乙烯压电薄膜片17贴附于压电振动梁表面上，将压电振动梁的一段通过螺栓与微摆致动底座连接，微摆致动底座5通过下部安装有螺纹孔球与风筒底座构成球面副，使得整个风筒装置能够以球面副与方形连接块18为轴线作锥面无规则晃动，由于风筒6受到风力而产生漩涡流，风筒6振动，导致风筒6下部的微摆致动底座5振动，导致安装在微摆致动底座5上的压电振动梁产生一定振动，同时致使聚偏氟乙烯压电薄膜片17产生相应应变，引发压电效应进行发电。
所述非线性振荡式磁力发电装置包括磁铁圈20、定子21、推力球22、第一螺栓23、螺纹孔圆球25，所述磁铁圈20与磁铁圈底座4之间为过盈配合；所述定子21与所述微摆致动底座5之间为过盈配合；所述推力球22与磁铁圈底座4、定子安装底座16构成轴承结构；所述第一螺栓23将所述磁铁圈底座4和风筒底座15固定；所述螺纹孔圆球25与所述微摆致动底座5通过螺纹连接。风筒6带动微摆致动底座5振动，微摆致动底座5带动安装有定子的定子底座振动，从而使定子振动切割磁感线发电。微摆致动底座5下部阶梯圆杆与定子安装底座过盈配合，定子底座与磁铁圈底座间均匀分布六个推力球22，构成推力球轴承结构，用以支撑部分风筒装置重量，磁铁圈底座与风筒底座15通过四个可调节高度的移动副连接，并通过螺栓固定，微摆致动底座5下部阶梯圆杆末端与螺纹孔圆球通过螺纹固定，螺纹孔圆球与与风筒底座表面的圆槽构成球面副，风筒底座15通过螺栓与下杆3连接。压电振动梁发电装置安装在风筒6内部，聚偏氟乙烯压电薄膜片17通过螺栓与微摆致动底座5连接，风筒6上部对称安装四个齿轮齿条发电装置，其齿轮齿条发电装置一端与风筒6内壁连接，一端与方形连接块18连接，方形连接块18与上杆7通过螺纹连接，通过压紧螺母调节方形连接块18高度。
请参阅图9，图9为本申请实施例提供的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯的能量采集电路的电路原理图。所述聚偏氟乙烯压电薄膜片17、磁铁圈20连接有能量采集电路，所述能量采集电路包括四个整流桥，四个整流桥连接第一电容C1、第五电阻R5、第一电感L1的一端，所述第一电容C1的另一端通过第七电阻R7连接场效应管Q1的栅极、第二电容C2的一端、稳压二极管TD的一端、负载的一端，所述稳压二极管TD的另一端、负载的另一端通过第九电阻R9连接第二电容C2、运算放大器OP、二极管Z1的一端，所述二极管Z1的另一端连接第一电感L1的另一端、场效应管Q1的漏极，所述场效应管Q1的源极连接运算放大器OP的另一端，所述第五电阻R5的另一端连接第八电阻R8的一端以及第六电阻R6的一端，所述第一电容C1的另一端、第六电阻R6的另一端接地。
本发明的基于涡激振动与旋转发电的路灯的工作原理为：将路灯安装在空旷地方，当风吹过路灯时，路灯上部上杆7与下杆3之间的风筒6会因为风吹过而产生漩涡流，从而使整个风筒装置，除风筒底座15产生振动，风筒装置的振动范围呈现倒圆锥，圆锥顶尖为微摆致动底座5下部阶梯圆杆末端的螺纹孔圆球与风筒底座表面的圆槽构成的球面副，圆锥底面圆形中心是风筒装置上部的方形连接块18；风筒6受风力产生振动时，风筒6带动微摆致动底座5振动，微摆致动底座5带动安装有定子的定子底座振动，从而使定子振动切割磁感线发电；微摆致动底座5振动，导致安装在微摆致动底座5上的聚偏氟乙烯压电薄膜片17振动，聚偏氟乙烯压电薄膜片17振动便能够发电，由于风筒6受到风力而产生漩涡流，导致风筒6上部以方形连接块18为中心做无规律晃动，其中风筒6、连杆、齿轮齿条安装外壳构成的万向轴结构1，以及齿条、连杆、风筒构成的万向轴结构2，通过万向轴结构始终保证风筒上部以方形连接块18为中心做无规律晃动所产生的位移能转化为齿条驱动齿轮转动的有效位移从而第一齿轮26带动第二齿轮27，第二齿轮27与第三齿轮28同轴，第三齿轮28带动第四齿轮31，第四齿轮31带动发电机29发电。风吹过风筒6时，风叶8转动，因为上杆7、下杆3之间对称安装四个风筒装置，四个风筒6会受力不均匀，从而上杆7、下杆3、四个风筒装置会整体绕主轴转动，第二棘轮9将风叶8转动传导至线圈筒，第一棘轮10将上杆7、下杆3四个风筒装置整体的转动传导至线圈外筒12，利用棘轮的差速原理，前后两个机构转动速度快的带动线圈筒旋转，线圈筒内部安装的线圈切割磁感线，从而发电。整个装置有四类发电装置，所发的电通过设计的电路呗储存在灯杆上部的电瓶中，需要路灯照明时，电瓶对路灯供电。
综上所述，本发明的基于涡激振动与旋转发电的路灯能够利用风能自行发电照明，能够储存电能，而且成本降低，工作可靠，大大降低了路灯使用时对自然条件的要求，适合批量生产使用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于，包括：
储电装置，其安装于灯杆的顶部，所述储电装置用于存储路灯的电量；
主轴，其通过螺栓安装在所述储电装置上；
旋转发电装置，其套设在所述主轴的外侧，所述旋转发电装置的顶部安装有棘轮安装底座；
上杆，其与第一棘轮通过螺栓固定连接，所述第一棘轮与所述棘轮安装底座通过花键配合，所述第一棘轮安装于所述主轴上；
风叶，其与第二棘轮通过螺栓固定连接，所述第二棘轮与所述棘轮安装底座通过花键配合，所述第二棘轮上；
下杆，其安装在所述储电装置和旋转发电装置之间，所述下杆与所述上杆之间固定连接；
多个风筒装置，其安装于所述上杆和下杆之间；
压电振动梁发电装置，其安装于所述风筒装置的内部；
齿轮齿条发电装置，其安装于所述风筒装置的上部；
非线性振荡式磁力发电装置，其安装于所述风筒装置的下部。
2.根据权利要求1所述的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于，所述储电装置包括：
电瓶外罩，其底部安装于所述灯杆上，所述电瓶外罩的顶部与所述主轴相连接，所述灯杆上安装有灯；
电瓶，其安装于所述电瓶外罩的内部。
3.根据权利要求2所述的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于，所述旋转发电装置包括：
线圈外筒，其套设在所述主轴的外侧，
线圈，其安装在所述线圈外筒上；
条形磁铁，其安装在所述主轴上。
4.根据权利要求3所述的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于，所述齿轮齿条发电装置包括：
连杆，其与风筒连接；
齿轮齿条安装外壳，其与所述连杆连接，所述连杆、风筒、齿轮齿条安装外壳构成第一万向轴结构；
齿条，其与所述齿轮齿条安装外壳构成移动副，所述齿条、连杆、风筒构成的第二万向轴结构；
第四齿轮，其通过所述齿条带动转动，所述第四齿轮带动第三齿轮转动；
第一齿轮，其与所述第三齿轮为同轴齿轮，所述第一齿轮带动第二齿轮转动，所述第二齿轮带动发电机转动。
5.根据权利要求4所述的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于，所述压电振动梁发电装置包括：
微摆致动底座，其与风筒底座构成球面副，所述风筒底座设置于所述风筒的底部；
聚偏氟乙烯压电薄膜片，其安装于所述微摆致动底座的上部。
6.根据权利要求5所述的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于，所述非线性振荡式磁力发电装置包括：
磁铁圈，其与磁铁圈底座之间为过盈配合；
定子，其与所述微摆致动底座之间为过盈配合；
推力球，其与磁铁圈底座、定子安装底座构成轴承结构；
第一螺栓，其将所述磁铁圈底座和风筒底座固定；
螺纹孔圆球，其与所述微摆致动底座通过螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于涡激振动与旋转发电的路灯，其特征在于：所述聚偏氟乙烯压电薄膜片、磁铁圈连接有能量采集电路，所述能量采集电路包括四个整流桥，四个整流桥连接第一电容C1、第五电阻R5、第一电感L1的一端，所述第一电容C1的另一端通过第七电阻R7连接场效应管Q1的栅极、第二电容C2的一端、稳压二极管TD的一端、负载的一端，所述稳压二极管TD的另一端、负载的另一端通过第九电阻R9连接第二电容C2、运算放大器OP、二极管Z1的一端，所述二极管Z1的另一端连接第一电感L1的另一端、场效应管Q1的漏极，所述场效应管Q1的源极连接运算放大器OP的另一端，所述第五电阻R5的另一端连接第八电阻R8的一端以及第六电阻R6的一端，所述第一电容C1的另一端、第六电阻R6的另一端接地。
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