CN203840136U - 能量采集器和对振动设备的操作进行监控的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种能量采集器和对振动设备的操作进行监控的装置。该能量采集器包括：杆，附接到位于所述振动设备上的轴，并带动所述轴一起进行枢转运动；配重，设置在所述杆的端部；以及发电机，连接到所述轴，并设置成将所述枢转运动转换为电能，所述振动运动具有工作频率，所述杆具有固有频率，所述杆的长度和所述配重的重量被设计为使得所述工作频率不同于所述固有频率。该能量采集器无需数据传输线路，而且即使以低频也能满意地工作。

Description

能量采集器和对振动设备的操作进行监控的装置
技术领域
本实用新型涉及将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器（energy harvester）。本实用新型还涉及对筛的操作进行监控的装置。
背景技术
适当地操作用于散装产品（bulk products）的大筛对于低成本操作是必要的。筛的损坏会造成生产损失以及需要大规模修理。因此对筛的操作进行连续监控对于安排预防性维修很重要。
在适当的条件之下，筛从左侧均匀移动到右侧。因此，对筛的适当操作进行监控的一种良好方式是在筛的特定位置安装传感器，从而连续测量并比较筛的三维运动。
筛能够在加速度高达7g、频率高达25Hz（1500RPM）的情况下操作，并能够具有超过3/4“（19.05mm)的振幅。这会给传感器带来问题，因为标准的传感器需要通过通常包含4个芯部的电缆连接至数据采集系统。这种电缆在其连结至运动筛的位置处遭受高重复的挠曲应力，这会使得芯部随时间推移而迅速断开。而且，传感器需要连接至电源，这也意味着电缆易受损坏。因此，显然需要一种向位于振动筛本体上的装置供电的方法，以避免那种类型的布线。该问题的一种可能的解决方案是使用能量采集器。能量采集器的目的是将振动筛的固有运动转换为电能，以便向位于振动筛本体上或靠近振动筛本体的电子装置供电。
在技术文献中很好地描述了由振动产生能量的能量采集器。例如，WO2010/0083746公开了一种能量采集器，其通过摆动设备和线圈来工作，从而在摆动机构摆动期间产生用于发电的感应电流。根据能量供应器的转动速度可调整摆动机构的固有频率。
然而，当与振动设备一起使用时，上面的技术和其它现有技术伴有问题。典型的能量采集器以它们的固有频率之一或其接近频率工作最佳，同时只要频率偏离这些频率，性能就显著降低或停止。如果共振型能量采集器在振动设备和供给器的特定加速度水平（3-7g）下操作，则装置将迅速地失效或要求大规模机械性预防措施以避免毁坏。因此，市场上可用的能量采集器不能承受高的加速度，或不具有适当大的操作范围以适应振动设备的特性。由于低加速度的应用，所以可用的能量采集器也没有被设计成供应大量电力。
实用新型内容
本实用新型的目的是改进上面的技术和现有技术。更具体地，本实用新型的目的是提供一种能够有效地将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器。而且，本实用新型的目的是提供一种对振动设备的操作进行监控的装置。
从以下实施例的描述中显现的这些和其他目的和/或优点通过将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器而得以全部或至少部分地实现。
在根据本实用新型的一个方案中，提供了一种将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器，其特征在于，所述能量采集器包括：杆，附接到位于所述振动设备上的轴，并带动所述轴一起进行枢转运动；配重，设置在所述杆的端部；以及发电机，连接到所述轴，并设置成将所述枢转运动转换为电能，所述振动运动具有工作频率，所述杆具有固有频率，所述杆的长度和所述配重的重量被设计为使得所述工作频率不同于所述固有频率。
优选地，所述能量采集器还包括运动限制器，设置成限制所述杆的枢转运动。
优选地，所述能量采集器还包括至少一个具有第一端和第二端的弹簧元件，所述第一端被附接到所述配重，所述第二端被设置成抵靠所述运动限制器产生反弹。
优选地，所述运动限制器包括设置在所述配重的一侧的第一阻挡元件和设置在所述配重的另一侧的第二阻挡元件。
优选地，所述能量采集器还包括：具有第一端和第二端的第一弹簧元件，所述第一端被附接到所述配重，所述第二端被设置成抵靠所述第一阻挡元件产生反弹；以及具有第一端和第二端的第二弹簧元件，所述第一端被附接到所述配重，所述第二端被设置成抵靠所述第二阻挡元件产生反弹。
优选地，所述发电机是步进驱动器。
优选地，所述发电机是线性致动器。
优选地，所述杆的所述固有频率明显高于所述工作频率。
优选地，所述能量采集器是高加速度的能量采集器。
优选地，所述振动设备是筛或供给器。
优选地，所述能量采集器还包括对所述能量采集器的工作条件进行监控的微控制器。
优选地，所述杆被设置为与所述振动设备的正负峰振动运动平行地移动。
在根据本实用新型的另一个方案中，提供了一种对振动设备的操作进行监控的装置，其特征在于，所述装置包括：传感器，用于检测所述振动设备的参数；能量采集器，将所述振动设备的振动运动转换为电能，所述能量采集器包括，杆，附接到位于所述振动设备上的轴，并带动所述轴一起进行枢转运动；配重，设置在所述杆的端部；以及发电机，连接到所述轴并设置为将所述枢转运动转换为电能，所述振动运动具有工作频率，以及所述杆具有固有频率，所述杆的长度和所述配重的重量被设计为使得所述工作频率不同于所述固有频率。
优选地，所述能量采集器相对于所述振动设备的移动能够被调整。
在根据本实用新型的又一个方案中，能量采集器包括：摆锤，设置成可枢转地附接到振动设备；运动限制器，设置成限制摆锤的枢转运动；以及发电机，连接至摆锤并设置成将枢转运动转换为电能。与现有技术不同，摆锤具有与振动设备的工作频率不同的固有频率。通过使用具有独立于振动设备的工作频率的固有频率的摆锤连同设置成限制摆锤的枢转运动的运动限制器，将迫使能量采集器以振动设备的工作频率或接近工作频率工作。摆锤从振动设备的运动开始枢转并弹离运动限制器，由此限制其移动而不会导致巨大的能量耗损。因此，摆锤的频率与振动设备的工作频率对应，且与摆锤的固有频率不同。因此，当振动设备的频率改变时，不需要调整摆锤。能量采集器可进而用来向振动设备上的传感器提供电能。因此，通过使用利用无线传输技术与控制器通信的无线传感器就能够避免连接电缆的需求。这样无需数据传输线路。能量采集器实现的另一优点是即使以低频也能满意地工作。
能量采集器可还包括至少一个具有第一端和第二端的弹簧元件，第一端附接到摆锤，第二端设置成抵靠运动限制器产生反弹。弹簧元件可用来至少部分地帮助控制摆锤的移动，因此控制摆锤的频率。
运动限制器可包括设置在摆锤的一侧的第一阻挡元件和设置在摆锤的另一侧的第二阻挡元件。另外，能量采集器可还包括第一弹簧元件，具有第一端和第二端，第一端附接到摆锤，第二端设置成抵靠第一阻挡元件产生反弹；以及第二弹簧元件，具有第一端和第二端，第一端附接到摆锤，第二端设置成抵靠第二阻挡元件产生反弹。该实施例允许有效地控制能量采集器的摆锤的频率。
发电机可以是步进驱动器，该步进驱动器是传统的装置并使用简单。发电机也可是线性致动器。有了线性致动器就不需要将筛的线性移动变换为旋转运动。
摆锤的固有频率可明显高于或低于工作频率。选择较轻的摆锤以确保固有频率与振动设备的工作频率不同。这样，摆锤的枢转运动将总是充足的，而且必要的话，可使用运动限制器以及可能弹簧元件而相对于振动设备成角度地调整摆锤的枢转运动。
摆锤可包括附接到轴的杆和设置在杆的一端的配重。这是本实用新型的简单的低成本的实施例。
能量采集器可以是高g（加速度）的能量采集器，大体在3g与7g之间操作并具有0,2”到0,8”的特定的正负峰移动（characteristic peak to peakmovement）。
振动设备可以是筛或供给器。振动筛与供给器比已知的能量采集器能够在其上承受和操作的振动设备移动得慢并具有较高的正负峰移动。本实用新型的能量采集器特别适用于振动筛或供给器，并能够承受和使用0,2”到0,8”的特定的大正负峰移动，以产生能量。
能量采集器可还包括对能量采集器的操作条件进行监控的微控制器。这样，能量采集器可被自动地监控，而无需使用者付出太多努力。
摆锤可设置成与所述振动设备的所述振动运动平行地移动。这样，摆锤的成角度的正负峰移动（angular peak to peak movement）平行于振动设备的成角度的正负峰移动。
根据本实用新型的第二方案，本实用新型涉及一种对振动设备的操作进行监控的装置。该装置包括检测振动设备的参数的传感器和根据以上描述的特征的能量采集器。能量采集器为传感器提供电能。能量采集器相对于振动设备的移动能够被调整。
本实用新型的有益效果在于，根据本实用新型的能量采集器无需数据传输线路，而且即使以低频也能满意地工作。
通常，除非本文另外明确地定义，否则权利要求书中使用的所有术语都根据它们在技术领域中的普遍意思来解释。所有涉及“一个（元件、装置、部件、工具等)”应开放地解释为涉及所述元件、装置、部件、工具等的至少一种情况，除非另外明确地说明。
如本文使用的，术语“包括”和这样的术语的变型旨在不排除其它添加件、部件、整体或步骤。
术语“振动设备”包括可产生任一种振动的任一设备，例如筛、压碎机和磨机。
术语“振动运动”包括任一种振动移动，但是总体上涉及往复或重复的运动。
摆锤的“固有频率”意味着在未受影响状态下、即在摆锤不受任一外力（例如应用中的弹簧元件等）影响的状态下的固有频率。
从以下结合附图的描述，本实用新型的各种其它特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
通过以下参照附图的本实用新型的实施例的说明性和非限制性的详细描述，本实用新型的以上及附加的目的、特征和优点将更好理解，附图中相同的附图标记将用于相似的元件，其中：
图1a是将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器的示例性实施例的立体图；
图1b是图1a的能量采集器的侧视图；以及
图2是对振动设备的操作进行监控的装置的示例性实施例的立体图。
具体实施方式
图1a示出将振动设备2（见图2）的振动运动转换为电能的能量采集器1的示例性实施例。能量采集器1包括可枢转地附接到振动设备2的摆锤3、设置成在振动设备2运动期间限制摆锤3的枢转运动的运动限制器4以及连接至摆锤3的发电机5（见图1b）。发电机5设置成将摆锤3的枢转运动转换为电能。振动设备2的振动运动具有工作频率，摆锤3具有与振动设备2的工作频率不同的固有频率。运动限制器4由设置在摆锤3的一侧的第一阻挡元件6和设置在摆锤3的另一侧的第二阻挡元件7组成。能量采集器1具有第一弹簧元件8和第二弹簧元件11，第一弹簧元件8具有第一端9和第二端10，第二弹簧元件11具有第一端12和第二端13。第一弹簧元件8的第一端9附接到摆锤3，第一弹簧元件8的第二端10设置成在能量采集器1使用期间抵靠第一阻挡元件6产生反弹。第二弹簧元件11的第一端12附接到摆锤3，第二弹簧元件11的第二端13设置成在能量采集器1使用期间抵靠第二阻挡元件7产生反弹。摆锤3包括附接到轴19的杆14。摆锤3可具有附接到杆14的下端的配重15，或者可不具有配重15。摆锤3的材料和设计被选择为使得摆锤3的频率明显高于振动设备2的工作频率。摆锤3的枢转运动与振动设备2的振动运动平行。在本实施例中，轴19连接至构成发电机5的步进驱动器。借助摆锤3的枢转运动而实现的轴19的旋转将使步进驱动器转动，进而将产生电能。能量采集器可还包括对能量采集器的工作条件进行监控的微控制器16。
图1b示出图1a的能量采集器1的侧视图。发电机5设置在能量采集器1的背侧并通过轴19连接至摆锤3。
在图2中，示出了对筛2的工作进行监控的装置17。装置17包括对筛2的参数进行检测的传感器18和如图1所示的能量采集器1。能量采集器1连接至传感器18并为传感器18提供电能。能量采集器1相对于筛2的振动运动D可调整。能量采集器1可物理旋转，以便使摆锤3的成角度的正负峰移动与振动设备2的成角度的正负峰移动对齐。
当振动设备2在使用中时，摆锤3开始枢转。借助第一阻挡元件6和第二阻挡元件7以及第一弹簧元件8和第二弹簧元件11限制枢转运动。这样，摆锤3的枢转运动将被调整为总是以与振动设备2的振动移动的频率对应的频率枢转，而不是以与摆锤3的固有频率对应的频率枢转。摆锤3进而连接至发电机5，以便将摆锤3的枢转运动转换为电能。在以上描述的示例性实施例中，发电机5由步进驱动器构成。摆锤3的轴19连接至步进驱动器。借助摆锤3的枢转运动而实现的轴19的旋转将使步进驱动器转动，由此产生电能。
以上已经参照几个实施例大概描述了本实用新型。然而，如本领域的技术人员容易理解的，以上公开内容以外的其它实施例同样可以在随附权利要求书限定的本实用新型的范围内。
例如，只要其固有频率与振动设备的振动运动的工作频率不同，摆锤可以是任何合适的形状和尺寸。其同样应用于运动限制器和可能的至少一个弹簧元件。
自然地，发电机可以是任何合适的类型，例如步进驱动器或线性致动器。
在本实用新型的另一实施例中，发电机由线性致动器构成。这里，轴包括与线性致动器的螺纹轴接合的齿轮。借助摆锤的枢转运动而实现的齿轮的旋转将因此使线性致动器的螺纹轴往复运动，由此产生电能。
能量采集器对于任何振动设备都是有用的，其尤其适用于进行大于0.2”的重复正负峰移动的设备，例如筛或供给器，其作为预期功能的一部分而执行振动或往复运动。
该书面描述用示例来公开本实用新型，包括最佳方式，并还使本领域技术人员能够制作并使用本实用新型。本实用新型的专利范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果其具有与权利要求书的文字语言没有不同的结构元件，或者如果其包括与权利要求书的文字语言不存在实质差异的等效性的结构元件，则这样的其它示例应处于权利要求书的范围内。

Claims (14)

1.一种能量采集器，用于将振动设备的振动运动转换为电能，其特征在于，所述能量采集器包括：
杆，附接到位于所述振动设备上的轴，并带动所述轴一起进行枢转运动；
配重，设置在所述杆的端部；以及
发电机，连接到所述轴，并设置成将所述枢转运动转换为电能，
所述振动运动具有工作频率，所述杆具有固有频率，所述杆的长度和所述配重的重量被设计为使得所述工作频率不同于所述固有频率。
2.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述能量采集器还包括运动限制器，设置成限制所述杆的枢转运动。
3.根据权利要求2所述的能量采集器，其特征在于，所述能量采集器还包括至少一个具有第一端和第二端的弹簧元件，所述第一端被附接到所述配重，所述第二端被设置成抵靠所述运动限制器产生反弹。
4.根据权利要求2所述的能量采集器，其特征在于，所述运动限制器包括设置在所述配重的一侧的第一阻挡元件和设置在所述配重的另一侧的第二阻挡元件。
5.根据权利要求4所述的能量采集器，其特征在于，所述能量采集器还包括：具有第一端和第二端的第一弹簧元件，所述第一端被附接到所述配重，所述第二端被设置成抵靠所述第一阻挡元件产生反弹；以及具有第一端和第二端的第二弹簧元件，所述第一端被附接到所述配重，所述第二端被设置成抵靠所述第二阻挡元件产生反弹。
6.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述发电机是步进驱动器。
7.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述发电机是线性致动器。
8.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述杆的所述固有频率明显高于所述工作频率。
9.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述能量采集器是高加速度的能量采集器。
10.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述振动设备是筛或供给器。
11.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述能量采集器还包括对所述能量采集器的工作条件进行监控的微控制器。
12.根据权利要求1所述的能量采集器，其特征在于，所述杆被设置为与所述振动设备的正负峰振动运动平行地移动。
13.一种对振动设备的操作进行监控的装置，其特征在于，所述装置包括：
传感器，用于检测所述振动设备的参数；
能量采集器，将所述振动设备的振动运动转换为电能，所述能量采集器包括，
杆，附接到位于所述振动设备上的轴，并带动所述轴一起进行枢转运动；
配重，设置在所述杆的端部；以及
发电机，连接到所述轴并设置为将所述枢转运动转换为电能，
所述振动运动具有工作频率，以及所述杆具有固有频率，所述杆的长度和所述配重的重量被设计为使得所述工作频率不同于所述固有频率。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述能量采集器相对于所述振动设备的移动能够被调整。
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