CN116169849A - 一种球形偏心式多向能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种球形偏心式多向能量收集装置，包括球体外壳和若干个能量收集装置，球体外壳设置在能量收集装置外侧，能量收集装置包括基底和至少两个偏心结构能量收集器，偏心结构能量收集器固定设置在基底上，基底设置在球体外壳内。本发明通过在各个方向设置多个能量收集装置，利用球形结构可以收集环境中各个方向的能量，提高了能量收集效率，同时避免了环境中能量的浪费。本发明通过整流桥对能量收集装置收集到的交流电转化为直流电，并将转化好的电能传输至能量存储模块进行储存，使本发明可以在一些无人值守的极端环境下，收集环境中的能量为传感器等低功率用电设备供电。

Description

一种球形偏心式多向能量收集装置

技术领域

本发明涉及能量收集的技术领域，尤其涉及一种球形偏心式多向能量收集装置。

背景技术

能源一直以来与人类的生存和生活息息相关，也是推动人类社会进步的原动力。随着科技的发展，人类对能源的需求和消耗速度在日益增长。当今世界的能源消耗主要以石油、煤炭、天然气等不可再生能源为主。然而，这些不可再生的资源总量是有限的，且过度开采会对地球环境产生深远的影响，例如全球气候变暖，土壤沙漠化、洪涝灾害等问题。因此，为了人类社会的可持续发展，寻找可再生能源是解决当今的能源与环境问题的一个重要途径。诸多可再生能源，如机械能、海洋能、风能等是广泛存在于生活环境中的绿色清洁能源，但之前由于缺少高效收集的方案而被忽视，现阶段人类对这些能量的利用率非常低。

例如公开号为CN111181346B的发明公开了一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置。该发明包括半球体，半球体表面分布着永磁体；所述半球体位于下半球壳内，且两者球心相同；所述的下半球壳上分布着与半球体表面上永磁体相对应的圆孔，所述圆孔用于插入线圈柱；所述下半球壳与上半球壳相连组成完整球壳，上半球壳内部向球心支出支撑柱，所述支撑柱通过TBS关节轴承与半球体相连，使得半球体绕着TBS关节轴承的钢球球心可做任意方向上的转动；所述半球体上相邻永磁体的朝外部分的磁极相反，相邻线圈柱上缠绕的线圈缠绕方向相反。本发明能够各个方向上外部物体的能量，能直接收集能量并将其转换为电能；整体结构稳定，形状对称，对外部装置稳定性影响小。但该发明线圈与永磁体数量较少，能量收集效率较低。

发明内容

针对现有能量收集装置无法收集各方向能量且效率较低的技术问题，本发明提出一种球形偏心式多向能量收集装置，使本发明可以收集环境中各个方向的能量，提高了能量收集效率，同时避免了环境中能量的浪费。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，包括球体外壳和若干个能量收集装置，球体外壳设置在能量收集装置外侧，能量收集装置包括基底和至少两个偏心结构能量收集器，偏心结构能量收集器固定设置在基底上，基底设置在球体外壳内。

所述偏心结构能量收集器包括转子和定子，转子和定子通过轴承活动连接，转子外侧设置有至少两个永磁体，定子外侧设置有至少两个感应线圈，永磁体与感应线圈的位置相对应。

所述定子为圆形结构，转子为半圆形结构，转子和定子的直径相等且圆心重合，轴承设置在转子和定子的圆心上。

所述转子包括支架和转子配重块，支架为半圆形支架，转子配重块为弧形板，转子配重块与支架外侧固定连接，且转子配重块与支架的圆心重合，轴承与支架的圆心相连接，永磁体均匀设置在支架圆弧内侧，转子配重块设置在永磁体内侧。

所述永磁体包括正极向上的永磁体和负极向上的永磁体，正极向上的永磁体和负极向上的永磁体交替设置在支架外侧。

所述定子外侧均设置有感应线圈孔，感应线圈固定设置在感应线圈孔内。

所述整流收集模块包括至少两个整流桥与能量存储模块，整流桥与偏心结构能量收集器相对应，偏心结构能量收集器上的感应线圈均与相对应的整流桥相连接，整流桥与能量存储模块相连接，能量存储模块为电池或储能电容。

所述球体外壳由两个固定连接的半球体外壳组成。

本装置的使用方法为：将球体外壳放置在使用环境中且使球体外壳在使用环境中滚动，使球体外壳内的基底转动，各个方向的定子位置改变，转子在惯性作用下转动从而产生电流，电流通过整流桥整流为直流电后存储在能量存储模块内。

所述使用产生电流的方法为：基底转动使转子上的永磁体与定子上的感应线圈发生相对运动产生电流。

本发明利用能量收集装置将外部的机械运动转化为偏心转子的转动，用于收集环境中各个方向的能量，为传感器或其它设备持续供电，避免了外接电源的使用。由于在环境中，本发明受到的力的方向与大小均是不规则的，驱动能量收集器产生的电压和电流的方向与幅值大小也是不同的，本发明通过在各个方向设置多个能量收集装置，利用球形结构使本发明可以收集环境中各个方向的能量，提高了能量收集效率，同时避免了环境中能量的浪费。本发明通过整流桥对能量收集装置收集到的交流电转化为直流电，并将转化好的电能传输至能量存储模块进行储存，使本发明可以在一些无人值守的极端环境下，收集环境中的能量为传感器等低功率用电设备供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明半球体外壳的结构示意图。

图3是本发明的偏心结构能量收集器的正视图

图中，1为轴承，2为基底，3为转子，4为螺纹杆，5为定子，6为支架，7为永磁体，8为转子配重，9为感应线圈，10为半球体外壳，11为螺纹孔，12为永磁体孔，13为感应线圈孔，14为轴承孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种球形偏心式多向能量收集装置，包括球体外壳和能量收集装置，球体外壳设置在能量收集装置外侧，能量收集装置包括基底2和至少两个偏心结构能量收集器，基底2为多面球体，基底2的每一面上均设置有偏心能量收集器，偏心能量收集器与多面球体固定连接。如图2所示，球体外壳由两个固定连接的半球体外壳10组成，半球体外壳10两侧设置有螺纹孔11，利用螺丝即可将两个半球体外壳10密封固定在一起，防止装置进水浸湿能量收集装置。

其中，如图3所示，偏心结构能量收集器包括轴承1、转子3、至少两个永磁体7、定子5、至少两个感应线圈9和整流收集模块，永磁体7设置在转子3外侧，感应线圈9固定设置在定子5外侧，永磁体7与感应线圈9的位置相对应，转子3通过轴承1与定子7活动连接，感应线圈9与整流收集模块相连接。定子5为圆形结构，转子3为半圆形结构，转子3和定子5直径相等且圆心重合，转子3和定子5通过轴承1连接，转子3、定子5和轴承1同心设置。转子3包括支架6和转子配重8，支架6为半圆形支架，转子配重8为半圆环形配重，支架6与转子配重8固定连接且圆心重合，支架6圆心处设置有轴承孔14，轴承1设置在轴承孔14处，永磁体7均匀设置在支架6圆弧内侧，转子配重8设置在永磁体7内侧。定子5外侧均有设置有感应线圈孔13，感应线圈9固定设置在感应线圈孔13内。整流收集模块包括至少两个整流桥与能量存储模块，整流桥与偏心结构能量收集器相对应，整流桥主要用于将能量收集装置收集到的电能转化为直流电，并将转化好的直流电传输至能量存储模块。偏心结构能量收集器上的感应线圈9均与相对应的整流桥相连接，整流桥与能量存储模块相连接，能量存储模块为电池或储能电容。

实施例2

一种球形偏心式多向能量收集装置，本实施例中，将本发明放置在使用环境中，使本发明装置可以在环境中滚动，装置内的能量收集装置转动，装置上定子5位置改变，转子3在惯性作用下转动，使转子3上的永磁体7与定子5上的感应线圈9发生相对运动产生电流，电流通过整流桥整流为直流电后存储在能量存储模块内。因为各个方向的运动是不规则的，驱动能量收集器产生的电压和电流的方向与幅值大小也是不同的，通过整流桥将发电机产生的交流电转换为直流电，并将电能存储于电池或超级电容器中，从而达到不间断高效的收集各个方向的能量。

设定球体外壳为半径10cm，厚度2mm的球壳，该球壳由亚克力材料制成，体积小巧且密封性好。能量收集装置为12面体，该12体的棱长为7cm，在能量收集装置上设置有12个偏心结构能量收集器，其中定子5外侧均匀设置有12个线圈，该线圈半径为6mm，厚度为5mm，匝数为2700。在转子3的外侧均匀设置有7个正负极交替排放的永磁体7。所测得实验结果是当装置被驱动工作时，能够产生6V的电压，30mA的电流，能够在0.04s时间内将22μF的电容充电到2.5V，用来收集到各个方向的能量可以通过整流桥储存到储能器件中。

其他结构和原理与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，包括球体外壳和若干个能量收集装置，球体外壳设置在能量收集装置外侧，能量收集装置包括基底（2）和至少两个偏心结构能量收集器，偏心结构能量收集器固定设置在基底（2）上，基底（2）设置在球体外壳内。

2.根据权利要求1所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述偏心结构能量收集器包括转子（3）和定子（5），转子（3）和定子（5）通过轴承（1）活动连接，转子（3）外侧设置有至少两个永磁体（7），定子（5）外侧设置有至少两个感应线圈（9），永磁体（7）与感应线圈（9）的位置相对应。

3.根据权利要求2所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述定子（5）为圆形结构，转子（3）为半圆形结构，转子（3）和定子（5）的直径相等且圆心重合，轴承（1）设置在转子（3）和定子（5）的圆心上。

4.根据权利要求3所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述转子（3）包括支架（6）和转子配重块（8），支架（6）为半圆形支架，转子配重块（8）为弧形板，转子配重块（8）与支架（6）外侧固定连接，且转子配重块（8）与支架（6）的圆心重合，轴承（1）与支架（6）的圆心相连接，永磁体（7）均匀设置在支架（6）圆弧内侧，转子配重块（8）设置在永磁体（7）内侧。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述永磁体（7）包括正极向上的永磁体和负极向上的永磁体，正极向上的永磁体和负极向上的永磁体交替设置在支架（6）外侧。

6.根据权利要求5所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述定子（5）外侧均设置有感应线圈孔（13），感应线圈（9）固定设置在感应线圈孔（13）内。

7.根据权利要求6所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述整流收集模块包括至少两个整流桥与能量存储模块，整流桥与偏心结构能量收集器相对应，偏心结构能量收集器上的感应线圈（9）均与相对应的整流桥相连接，整流桥与能量存储模块相连接，能量存储模块为电池或储能电容。

8.根据权利要求7所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述球体外壳由两个固定连接的半球体外壳（10）组成。

9.根据权利要求7或8所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，使用方法为：将球体外壳放置在使用环境中且使球体外壳在使用环境中滚动，使球体外壳内的基底（2）转动，各个方向的定子（5）位置改变，转子（3）在惯性作用下转动从而产生电流，电流通过整流桥整流为直流电后存储在能量存储模块内。

10.根据权利要求9所述的球形偏心式多向能量收集装置，其特征在于，所述产生电流的方法为：基底（2）转动使转子（3）上的永磁体（7）与定子（5）上的感应线圈（9）发生相对运动产生电流。

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