CN115603541B - 一种树木摇摆发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电技术领域，且公开了一种树木摇摆发电装置。包括能量收集器、夹臂、夹具基座和夹臂进给杆；4个能量收集器均布在夹具基座的圆周上；收集器底座固定在夹具基座上；线圈固定在长套筒与短套筒组成的封闭套筒内；长套筒和短套筒分别通过弹簧一和弹簧二与收集器外壳相连接；磁铁固定杆穿过弹簧二和短套筒上的通孔与收集器底座固定连接；钕铁硼磁铁固定在磁铁固定杆上；弹簧片固定杆穿过弹簧一和收集器外壳上的通孔与长套筒固定连接；弹簧片固定在弹簧片固定杆上；弹簧片与收集器外壳固定连接；弹簧片上固定设置有压电片。本发明采用电磁技术和压电技术实现树干摇摆的机械能向电能的高效转化，并且在树干向不同的方向摇摆时都能收集能量。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种树木摇摆发电装置。
背景技术
随着我国科技信息技术的快速发展以及国家对森林生态环境问题的逐步重视，森林环境监测技术应用越来越广泛。在野外环境下，森林监测系统无法被持续供电，一旦蓄电池电量耗尽，系统就陷入瘫痪。因此必须采用有效的发电方式为其持续供电。太阳能是较为常用的发电方式，但在茂密的森林中，由于硕大树冠的遮挡，透过树冠的阳光很少，采用太阳能发电系统进行发电时，存在发电效率低的问题。而在森林中树木的摇摆经常发生，因此通过树木摇摆进行发电，具有广阔的发展和应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种树木摇摆发电装置，将树木摇摆的机械能转化成电能。
为解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现：
一种树木摇摆发电装置，包括能量收集器、夹臂1、夹具基座2和夹臂进给杆3；所述夹具基座2为圆环结构，由两个半圆环结构通过螺栓固定连接而成；所述能量收集器的数量为4个，且均布在夹具基座2的圆周上；所述能量收集器包括弹簧片固定杆4、长套筒6、短套筒7、线圈8、收集器底座9、磁铁固定杆10、钕铁硼磁铁11、收集器外壳12、滚轮导轨基座13、固定板14、长螺栓15、滚轮16、导轨17、深沟球轴承18和弹簧片19；所述收集器底座9通过螺钉固定连接在夹具基座2上；所述收集器外壳12与收集器底座9固定连接；所述收集器外壳12内固定设置有导轨17；所述导轨17为工字梁结构；所述短套筒7的端面中心位置开设有通孔；所述收集器外壳12的端面中心位置加工有通孔；所述长套筒6与短套筒7的截面尺寸相同；所述长套筒6与短套筒7通过螺栓固定连接成为封闭套筒；所述线圈8固定在长套筒6与短套筒7组成的封闭套筒内；所述长套筒6通过弹簧一5与收集器外壳12相连接；所述弹簧一5与收集器外壳12上的通孔同心；所述短套筒7通过弹簧二21与收集器外壳12相连接；所述弹簧二21与短套筒7上的通孔同心；所述磁铁固定杆10的一端加工有螺纹；所述磁铁固定杆10的无螺纹端穿过弹簧二21和短套筒7上的通孔与收集器底座9固定连接；所述磁铁固定杆10与弹簧二21和短套筒7上的通孔均为间隙配合；所述磁铁固定杆10与短套筒7上的通孔同心；所述钕铁硼磁铁11的中心位置设置有通孔；所述磁铁固定杆10穿过钕铁硼磁铁11上的通孔，并由两个螺母将钕铁硼磁铁11夹持固定在磁铁固定杆10上的螺纹处；所述滚轮导轨基座13固定连接在长套筒6的底部；所述固定板14通过长螺栓15与滚轮导轨基座13固定连接；所述深沟球轴承18的内圈通过螺母固定在长螺栓15上；所述深沟球轴承18的外圈与滚轮16过盈配合进行固定连接；所述滚轮16为V形槽结构；所述导轨17的工字梁结构置于滚轮16的V形槽内；所述滚轮16可沿导轨17滚动；所述滚轮16的数量为4个；所述4个滚轮16均布于导轨17的两侧。
所述弹簧片19为十字交叉拱形结构；所述弹簧片19的中心开设有通孔；弹簧片固定杆4的一端加工有螺纹；所述弹簧片固定杆4的无螺纹端穿过弹簧一5和收集器外壳12上的通孔固定连接在长套筒6顶端的中心位置；所述弹簧片固定杆4与弹簧一5和收集器外壳12上的通孔均为间隙配合；所述弹簧片固定杆4与收集器外壳12上的通孔同心；所述弹簧片固定杆4的有螺纹端穿过弹簧片19上的通孔；所述弹簧片19通过两个螺母固定在弹簧片固定杆4上的螺纹处；所述弹簧片19的十字交叉拱形结构各个分支通过紧定螺钉与收集器外壳12固定连接；所述弹簧片19的十字交叉拱形结构各个分支上均固定设置有压电片20。
所述夹具基座2的内侧开设有4个工字凹槽；所述4个工字凹槽均布在夹具基座2的圆周方向上；所述夹臂1为工字形结构；所述夹臂1的数量为4个；所述夹臂1安装在夹具基座2的工字凹槽内，并可沿夹具基座2径向方向运动；所述夹臂1与夹具基座2的工字凹槽为间隙配合；所述夹具基座2的工字凹槽处加工有螺纹通孔；所述夹臂进给杆3上加工有螺纹；所述夹臂进给杆3穿过夹具基座2上的螺纹通孔后与夹臂1通过轴承连接；所述夹臂进给杆3相对于夹臂1可进行转动，但不能轴向移动；所述夹臂进给杆3上螺纹与夹具基座2上的螺纹通孔相连接。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种树木摇摆发电装置，采用电磁技术和压电技术实现树干摇摆的机械能向电能的高效转化；4个能量收集器间隔90°设置在夹具基座的圆周方向上，能够在树干向不同的方向摇摆时都能收集能量，具有较强的适应性。
附图说明
图1是本发明一种树木摇摆发电装置的结构示意图
图2是本发明一种树木摇摆发电装置夹臂的示意图
图3是本发明一种树木摇摆发电装置能量收集器的内部示意图
图4是本发明一种树木摇摆发电装置滚轮的结构示意图
图5是本发明一种树木摇摆发电装置弹簧片的结构示意图
附图中：
1—夹臂、2—夹具基座、3—夹臂进给杆、4—弹簧片固定杆、 5—弹簧一、 6—长套筒、7—短套筒、8—线圈、9—收集器底座、10—磁铁固定杆、11—钕铁硼磁铁、12—收集器外壳、13—滚轮导轨基座、14—固定板、15—长螺栓、16—滚轮、17—导轨、18—深沟球轴承、19—弹簧片、20—压电片、21—弹簧二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述，但它们不是对本发明的限制：
如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种树木摇摆发电装置，包括能量收集器、夹臂1、夹具基座2和夹臂进给杆3；所述夹具基座2为圆环结构，由两个半圆环结构通过螺栓固定连接而成；所述能量收集器的数量为4个，且均布在夹具基座2的圆周上；所述能量收集器包括弹簧片固定杆4、长套筒6、短套筒7、线圈8、收集器底座9、磁铁固定杆10、钕铁硼磁铁11、收集器外壳12、滚轮导轨基座13、固定板14、长螺栓15、滚轮16、导轨17、深沟球轴承18和弹簧片19；所述收集器底座9通过螺钉固定连接在夹具基座2上；所述收集器外壳12与收集器底座9固定连接；所述收集器外壳12内固定设置有导轨17；所述导轨17为工字梁结构；所述短套筒7的端面中心位置开设有通孔；所述收集器外壳12的端面中心位置加工有通孔；所述长套筒6与短套筒7的截面尺寸相同；所述长套筒6与短套筒7通过螺栓固定连接成为封闭套筒；所述线圈8固定在长套筒6与短套筒7组成的封闭套筒内；所述长套筒6通过弹簧一5与收集器外壳12相连接；所述弹簧一5与收集器外壳12上的通孔同心；所述短套筒7通过弹簧二21与收集器外壳12相连接；所述弹簧二21与短套筒7上的通孔同心；所述磁铁固定杆10的一端加工有螺纹；所述磁铁固定杆10的无螺纹端穿过弹簧二21和短套筒7上的通孔与收集器底座9固定连接；所述磁铁固定杆10与弹簧二21和短套筒7上的通孔均为间隙配合；所述磁铁固定杆10与短套筒7上的通孔同心；所述钕铁硼磁铁11的中心位置设置有通孔；所述磁铁固定杆10穿过钕铁硼磁铁11上的通孔，并由两个螺母将钕铁硼磁铁11夹持固定在磁铁固定杆10上的螺纹处；所述滚轮导轨基座13固定连接在长套筒6的底部；所述固定板14通过长螺栓15与滚轮导轨基座13固定连接；所述深沟球轴承18的内圈通过螺母固定在长螺栓15上；所述深沟球轴承18的外圈与滚轮16过盈配合进行固定连接；所述滚轮16为V形槽结构；所述导轨17的工字梁结构置于滚轮16的V形槽内；所述滚轮16可沿导轨17滚动；所述滚轮16的数量为4个；所述4个滚轮16均布于导轨17的两侧。
所述弹簧片19为十字交叉拱形结构；所述弹簧片19的中心开设有通孔；弹簧片固定杆4的一端加工有螺纹；所述弹簧片固定杆4的无螺纹端穿过弹簧一5和收集器外壳12上的通孔固定连接在长套筒6顶端的中心位置；所述弹簧片固定杆4与弹簧一5和收集器外壳12上的通孔均为间隙配合；所述弹簧片固定杆4与收集器外壳12上的通孔同心；所述弹簧片固定杆4的有螺纹端穿过弹簧片19上的通孔；所述弹簧片19通过两个螺母固定在弹簧片固定杆4上的螺纹处；所述弹簧片19的十字交叉拱形结构各个分支通过紧定螺钉与收集器外壳12固定连接；所述弹簧片19的十字交叉拱形结构各个分支上均固定设置有压电片20。
所述夹具基座2的内侧开设有4个工字凹槽；所述4个工字凹槽均布在夹具基座2的圆周方向上；所述夹臂1为工字形结构；所述夹臂1的数量为4个；所述夹臂1安装在夹具基座2的工字凹槽内，并可沿夹具基座2径向方向运动；所述夹臂1与夹具基座2的工字凹槽为间隙配合；所述夹具基座2的工字凹槽处加工有螺纹通孔；所述夹臂进给杆3上加工有螺纹；所述夹臂进给杆3穿过夹具基座2上的螺纹通孔后与夹臂1通过轴承连接；所述夹臂进给杆3相对于夹臂1可进行转动，但不能轴向移动；所述夹臂进给杆3上螺纹与夹具基座2上的螺纹通孔相连接。
一种树木摇摆发电装置的工作过程如下：通过夹臂进给杆3调节夹臂1，使夹臂1夹紧在近树冠处的树干上，这种情况下，树木摇摆发电装置会随着树木的摇摆而摇摆。在摇摆刚发生时，长套筒6与短套筒7组成的封闭套筒、固定在封闭套筒内的线圈8、弹簧片固定杆4和弹簧片19在惯性力作用下保持静止状态，而收集器底座9、收集器外壳12、磁铁固定杆10以及固定在磁铁固定杆10上的钕铁硼磁铁11则随着树木的摇摆而产生运动，因此，钕铁硼磁铁11与线圈8产生了相对位移，则线圈8周围的磁场发生了变化，根据电磁感应原理，线圈8会产生感应电动势进行发电；同时，弹簧片19与收集器外壳12也产生了相对位移，弹簧片19会发生变形，则固定在弹簧片19上的压电片20也会随之发生变形，则压电片20会产生电动势进行发电。随着时间的推移，弹簧一5和弹簧二21通过长套筒6、弹簧片固定杆4以及短套筒7带动线圈8和弹簧片19移动，但由于弹簧一5和弹簧二21的蓄能作用，使得钕铁硼磁铁11与线圈8之间、弹簧片19与收集器外壳12之间的相对位置始终在发生变化，从而使得线圈8周围的磁场和压电片20的形状在不断发生变化，从而在线圈8和压电片20内产生电动势进行发电。当树木停止摆动时，收集器底座9、收集器外壳12、磁铁固定杆10以及固定在磁铁固定杆10上的钕铁硼磁铁11停止运动，由于弹簧一5和弹簧二21的蓄能作用，会继续带动长套筒6与短套筒7组成的封闭套筒、固定在封闭套筒内的线圈8、弹簧片固定杆4和弹簧片19进行衰减往复运动，在线圈8和压电片20内产生电动势，直到多次往复运动后达到静止状态。至此，完成了树木的单次摇摆发电过程。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施范例，凡依本发明申请专利的范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种树木摇摆发电装置，其特征在于，包括能量收集器、夹臂（1）、夹具基座（2）和夹臂进给杆（3）；所述夹具基座（2）为圆环结构，由两个半圆环结构通过螺栓固定连接而成；所述能量收集器的数量为4个，且均布在夹具基座（2）的圆周上；所述能量收集器包括弹簧片固定杆（4）、长套筒（6）、短套筒（7）、线圈（8）、收集器底座（9）、磁铁固定杆（10）、钕铁硼磁铁（11）、收集器外壳（12）、滚轮导轨基座（13）、固定板（14）、长螺栓（15）、滚轮（16）、导轨（17）、深沟球轴承（18）和弹簧片（19）；所述收集器底座（9）通过螺钉固定连接在夹具基座（2）上；所述收集器外壳（12）与收集器底座（9）固定连接；所述收集器外壳（12）内固定设置有导轨（17）；所述导轨（17）为工字梁结构；所述短套筒（7）的端面中心位置开设有通孔；所述收集器外壳（12）的端面中心位置加工有通孔；所述长套筒（6）与短套筒（7）的截面尺寸相同；所述长套筒（6）与短套筒（7）通过螺栓固定连接成为封闭套筒；所述线圈（8）固定在长套筒（6）与短套筒（7）组成的封闭套筒内；所述长套筒（6）通过弹簧一（5）与收集器外壳（12）相连接；所述弹簧一（5）与收集器外壳（12）上的通孔同心；所述短套筒（7）通过弹簧二（21）与收集器外壳（12）相连接；所述弹簧二（21）与短套筒（7）上的通孔同心；所述磁铁固定杆（10）的一端加工有螺纹；所述磁铁固定杆（10）的无螺纹端穿过弹簧二（21）和短套筒（7）上的通孔与收集器底座（9）固定连接；所述磁铁固定杆（10）与弹簧二（21）和短套筒（7）上的通孔均为间隙配合；所述磁铁固定杆（10）与短套筒（7）上的通孔同心；所述钕铁硼磁铁（11）的中心位置设置有通孔；所述磁铁固定杆（10）穿过钕铁硼磁铁（11）上的通孔，并由两个螺母将钕铁硼磁铁（11）夹持固定在磁铁固定杆（10）上的螺纹处；所述滚轮导轨基座（13）固定连接在长套筒（6）的底部；所述固定板（14）通过长螺栓（15）与滚轮导轨基座（13）固定连接；所述深沟球轴承（18）的内圈通过螺母固定在长螺栓（15）上；所述深沟球轴承（18）的外圈与滚轮（16）过盈配合进行固定连接；所述滚轮（16）为V形槽结构；所述导轨（17）的工字梁结构置于滚轮（16）的V形槽内；所述滚轮（16）可沿导轨（17）滚动；所述滚轮（16）的数量为4个；所述4个滚轮（16）均布于导轨（17）的两侧。
2.根据权利要求1所述的树木摇摆发电装置，其特征在于，所述弹簧片（19）为十字交叉拱形结构；所述弹簧片（19）的中心开设有通孔；弹簧片固定杆（4）的一端加工有螺纹；所述弹簧片固定杆（4）的无螺纹端穿过弹簧一（5）和收集器外壳（12）上的通孔固定连接在长套筒（6）顶端的中心位置；所述弹簧片固定杆（4）与弹簧一（5）和收集器外壳（12）上的通孔均为间隙配合；所述弹簧片固定杆（4）与收集器外壳（12）上的通孔同心；所述弹簧片固定杆（4）的有螺纹端穿过弹簧片（19）上的通孔；所述弹簧片（19）通过两个螺母固定在弹簧片固定杆（4）上的螺纹处；所述弹簧片（19）的十字交叉拱形结构各个分支通过紧定螺钉与收集器外壳（12）固定连接；所述弹簧片（19）的十字交叉拱形结构各个分支上均固定设置有压电片（20）。
3.根据权利要求1所述的树木摇摆发电装置，其特征在于，所述夹具基座（2）的内侧开设有4个工字凹槽；所述4个工字凹槽均布在夹具基座（2）的圆周方向上；所述夹臂（1）为工字形结构；所述夹臂（1）的数量为4个；所述夹臂（1）安装在夹具基座（2）的工字凹槽内，并可沿夹具基座（2）径向方向运动；所述夹臂（1）与夹具基座（2）的工字凹槽为间隙配合；所述夹具基座（2）的工字凹槽处加工有螺纹通孔；所述夹臂进给杆（3）上加工有螺纹；所述夹臂进给杆（3）穿过夹具基座（2）上的螺纹通孔后与夹臂（1）通过轴承连接；所述夹臂进给杆（3）相对于夹臂（1）可进行转动，但不能轴向移动；所述夹臂进给杆（3）上螺纹与夹具基座（2）上的螺纹通孔相连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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