CN116566244A - 一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置。利用屈曲梁失稳状态，收集缓慢加载的能量，通过对梁端施加反向弯矩的方式使屈曲梁突跳，将缓慢积累的弹性势能快速释放。能量收集器包括铰链压力传导机构、屈曲梁能量转化装置、弹簧复位机构、发电组件等，压力传导机构包括踏板与铰链机构，负责收集力并传递给屈曲梁。能量转化装置包括带有半圆形凹陷的屈曲梁，以及屈曲梁与铰链机构间的连接件。屈曲梁受力向下弯曲储能，铰链机构对连接件持续施压。当铰链机构经过底面凹陷时，连接件会受压倾斜同时对屈曲梁施加反向弯矩，弯矩增大到一定程度时，屈曲梁发生突跳，由向下弯曲快速变为向上弯曲，安装在梁上的发电组件进行发电。
Description
技术领域
本发明属于压电效应发电及电磁发电领域，具体涉及一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置
背景技术
目前，传统的微小型设备供电通常采用接入电源充电或更换电池的方式，更换电池或外接电源充电都会对一些要求连续工作的设备造成影响。而且，这些能源的生产方式大部分还依赖着化石能源，这属于不可再生能源，会对环境造成巨大危害。
于是，如何利用环境中随处可见的能量，如风能、潮汐能、太阳能、人运动的机械能、汽车行驶过程中的动能等所带来的能量，转化为电能，直接为微小设备供能成为了人们的关注方向，能量采集器便应运而生。
发明内容
本发明的目的是提供一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，采用对受压弯曲的屈曲梁端部施加反向弯矩的方式，造成屈曲梁突跳。该装置可将缓慢收集的弹性势能瞬间释放，转化了能量形态，提高发电效率。
本发明采用的技术方案如下
一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，所述能量收集器主要包括铰链压力传导机构、屈曲梁能量转化装置、复位弹簧机构、自带圆弧形凹陷的底盘、发电组件。所述铰链压力传导机构位于底盘上方，通过滑轨连接。所述屈曲梁能量转化装置位于铰链压力传导机构两侧，底盘上方。
进一步地，所述铰链压力传导机构包括两个由三根铰链首尾相连构成的梯形机构、四个滑轮、一个踏板，所述等腰梯形机构由三根铰链首尾相连构成，两侧铰链与底面角度不高于45°，所述梯形机构每个顶点分别引出一根横梁与对应的另一个梯形顶点相连接；所述滑轮分别安装在两个等腰梯形与底面接触的铰链尾部；所述踏板安装在铰链机构的顶部。
进一步地，所述屈曲梁能量转化装置包括一根中间带有凹陷的屈曲梁、铰链与屈曲梁连接件组成；所述连接件右侧与铰链机构相连，左侧连接屈曲梁；所述屈曲梁左侧与底盘连接，右侧与该连接件相连，在无压力作用时，与水平面平行。
进一步地，所述复位弹簧机构位于所述铰链传导机构构成的梯形内部，与所述铰链传导机构底部两侧的横梁相连，与水平面平行。
进一步地，所述自带圆弧形凹陷的底盘对称放置在铰链压力传导机构两侧，其滑轨与铰链压力传导机构的滑轮配合。
进一步地，所述发电组件包括：压电片、线圈、磁铁。所述压电片固定于所述屈曲梁两侧；所述线圈固定于所述屈曲梁中间位置；所述磁铁位于所述底盘上，围绕所述线圈安装。
本发明的发电原理如下：
当踏板受力，力传递给铰链机构，铰链机构将力传递给屈曲梁，由于铰链与底面夹角小于45°，有放大位移的效果，可以使屈曲梁更易弯曲；屈曲梁中部带有半圆型凹陷，缺口向上，可诱导屈曲梁向下弯曲，进行储能，屈曲梁受向下弯矩；当铰链滑轮经过底盘凹陷处时，屈曲梁与铰链连接件受到铰链压力作用会顺时针旋转一定角度，此时所述连接件会对屈曲梁施加反向弯矩，随着所述连接件旋转角度变大，所述屈曲梁受反向弯矩增大，屈曲梁会发生突跳，由向下弯曲快速变为向上弯曲。此时所述屈曲梁中部线圈切割磁感线发电，所述屈曲梁两侧压电片弯曲发电，达到俘能效果。
本发明的优点在于
(1)屈曲梁受压弯曲后突跳这一过程，可以将缓慢积累的弹性势能快速释放，将能量转化为更有利于发电的形式。
(2)采用对一根梁端部施加反向弯矩的方式，实现屈曲梁突跳，触发方式简单。
(3)铰链传导机构中两侧铰链与平面夹角小于45°，可将位移放大，提高屈曲梁弯曲效率。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实例的附图与本申请的实例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置示意图
图2是铰链压力传导机构示意图
图3是屈曲梁部位放大示意图
图4是屈曲梁形态变化流程图
附图标记说明
具体实施方式
下面参考图1—图4描述本发明实施的一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置的具体结构与发电原理。
如图1为本发明的一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，所述能量收集器主要由底盘1、带有缺陷的屈曲梁2、压电片3、线圈4、带有凹陷的导轨5、屈曲梁与铰链机构连接件6、滑轮7、铰链传导机构8、底盘9、复位弹簧10构成。
如图2所示为铰链压力传导机构，该结构顶部设置踏板(9)，踏板下方是由铰链构成的两个平行放置的梯形结构(8)，该结构由三根等长铰链(8)首尾连接，组成一个梯形结构，两梯形机构相对应的各顶点通过横梁连接，一共四根。与底面接触的铰链末端安装滑轮(7)，与底盘导轨(5)配合。铰链机构(8)内部安装弹簧复位装置(10)，与梯形结构两侧底部横梁连接。
如图3所示为带有凹陷的屈曲梁(2)示意图，该屈曲梁(2)由3d打印机使用pla材质制成，屈曲梁截面为矩形，中间部分为设由半圆凹陷，缺口向上，用于引导屈曲梁弯曲方向。屈曲梁中间安装线圈(4)，用于切割磁感线发电，两侧底部安装有压电片(3)。
如图4所示屈曲梁受压前后的四种形态示意图。
值得注意的是，所述铰链压力传导机构与屈曲梁(2)相连，受压的同时可将压力传递给屈曲梁(2)使其弯曲，由于其侧面铰链与底面(1)夹角小于45°，可将受压产生的位移放大。与此同时，该机构经过底面凹陷处时，还会对屈曲梁(2)施加反向弯矩，使其反向弯曲。
此外，屈曲梁(2)中部半圆形缺陷设计，缺口向上，使屈曲梁(2)受压时稳定向下弯曲，在受到所述铰链压力传导机构传递的反向弯矩后，发生突跳现象。
施加的压力消失后，装置受复位弹簧(10)拉力，回到初始状态。
虽然本发明所揭示的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭示的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (3)
1.一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，其特征在于：利用屈曲梁失稳过程收集缓慢加载的能量，屈曲梁边缘受到反向弯矩，产生突跳，将缓慢积累的弹性势能快速释放，带动梁上线圈快速切割磁感线产生电流，同时压电片快速弯曲，利用压电效应进行发电；所述装置包括：包括带有凹陷的底盘(1)、带有缺陷的屈曲梁(2)、压电片(3)、线圈(4)、凹陷导轨(5)、铰链与屈曲梁之间的连接件(6)、滑轮(7)、铰链压力传导装置(8)、踏板(9)、复位弹簧(10)；所述装置工作原理如下：当所述踏板(9)受到缓慢加载的压力，会将压力传递给铰链机构(8)；所述铰链机构(8)将竖直方向的压力转化为水平方向的压力并作用给屈曲梁(2)，所述屈曲梁(2)中间有半圆形凹陷，凹陷缺口向上，使其受水平压力时向下弯曲，受向下的弯矩，屈曲梁(2)储能；当铰链下方滑轮(7)经过底面凹陷(5)处时，连接件(6)受铰链机构(8)的压力作用会顺时针旋转一定角度，此时所述连接件(6)会对屈曲梁(2)施加反向弯矩，随着连接件(6)旋转角度变大，屈曲梁(2)受反向弯矩增大，屈曲梁(2)会发生突跳，由向下弯曲快速变为向上弯曲；此时所述屈曲梁中部线圈(4)切割磁感线发电、所述屈曲梁两侧压电片(3)弯曲发电，达到俘能效果。
2.根据权利要求1所述的一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，其特征在于：所述屈曲梁(2)在工作过程中收集缓慢加载的能量，此时梁身受力弯曲，当被连接件(6)触发后，梁身快速反向变形，将已收集能量快速释放。
3.根据权利要求1所述的一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，其特征在于：所述连接件(6)起到了传递压力以及诱发屈曲梁快速反向跳跃的作用；所述踏板(9)受缓慢加载压力时，所述连接件(6)受铰链机构(8)水平方向压力，并传递至屈曲梁(2)使其弯曲；铰链机构下方滑轮(7)经过导轨凹陷(5)处，铰链机构(8)对连接件(6)施压使其顺时针弯曲，此时连接件(6)对屈曲梁(2)施加反向弯矩，诱发屈曲梁(2)反向跳跃。
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|---|---|---|---|---|
| CN117973079A (zh) * | 2024-03-28 | 2024-05-03 | 山东科技大学 | 一种层状组合顶板储能计算方法及系统 |
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2023
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