CN205315214U - 小能源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小能源系统，包括：能量汲取装置，质量球，该质量球通过平衡弹簧设于底盘上，所述质量球上设有固定绳，所述固定绳一端与所述底盘连接；以及驱动棘轮机构；储能装置，其与驱动棘轮机构连接，用于贮存振动产生振动能；控制装置，其与储能装置连接，用于控制储能装置中能量的输出量；变速装置，其与控制装置连接，用于将储能装置存储的能量输出；电能转化装置，其与变速装置连接。本实用新型振动能量采集系统，质量球可以灵敏的捕获每个方向速度改变带来的位置变化产生的机械能；通过改变固定绳长短改变汲取部分的固有频率；汲取的振动能量，并以大于输入端的功率输出一定时间稳定的电能。

Description

小能源系统

技术领域

本实用新型涉及能量采集领域，特别涉及一种小能源系统。

背景技术

有些系统更换电源困难或者在偏远地区不容易到达，每更换一次电源都需要很大成本，例如嵌入到桥梁混凝土内部的无线传感器节点、植入到野生动物体内的GPS全球定位系统；有的系统更换电源比较危险，人为更换电源可能发生意外，而当前依然没有电池可以在足够长的时间内驱动电子元件，为之提供电源。从周围环境中汲取能量，作为能量源，并转化为电能，驱动电子元件，有广阔的前景。

动物行走，车辆运行，机械运转，海水波涛起伏等等现象都存在振动，而传感器等微小设备使用功率越来小，使得从环境汲取振动能量、存储并转化为电能，作为微小设备传感器的能源成为可能。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小能源系统，通过采集环境中的振动产生的振动能，以机械能的方式存储能量，而后以有序的振动输出能量，并作用于电能转化装置上，获得有序稳定的电能输出，以利用环境中的振动能量。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种小能源系统，包括：能量汲取装置，其包括：质量球，该质量球通过平衡弹簧设于底盘上，所述质量球上设有固定绳，所述固定绳一端与所述底盘连接；以及驱动棘轮机构，其包括棘爪以及与其相配合的棘轮，所述棘爪可转动的设于所述底盘上，所述固定绳另一端与所述棘爪连接，所述棘爪与振动弹簧连接，所述振动弹簧设于所述底盘上，通过所述固定绳的振动驱动所述棘爪运动，所述棘爪驱动所述棘轮转动，所述振动弹簧的恢复运动使所述棘爪回位；储能装置，其与所述驱动棘轮机构连接，用于贮存振动产生振动能；控制装置，其与所述储能装置连接，用于控制所述储能装置中能量的储存、释放以及释放速度；变速装置，其与所述控制装置连接，用于将所述储能装置存储的能量输出；以及电能转化装置，其与所述变速装置连接，用以将机械能转化为电能。

优选地，上述技术方案中，所述储能装置包括：发条输入轴；发条输入齿轮，其设于所述发条输入轴上，并于所述驱动棘轮机构中的输出齿轮相啮合传动；发条盒，其设于输出轴上，所述发条盒内的发条与所述发条输入轴连接；以及发条输出齿轮，其与所述发条盒连接，通过所述发条盒驱动所述发条输出齿轮转动；其中，所述输出齿轮驱动所述发条输入齿轮转动，进而驱动所述发条输入轴转动给所述发条盒中的发条储能。

优选地，上述技术方案中，所述控制装置包括：不完全齿轮，其设于所述发条输入轴上；销齿轮，其与所述不完全齿轮相啮合，所述销齿轮上设有凸出的销；活塞机构，该活塞机构包括活塞杆，该活塞杆端部设于所述活塞杆呈垂直状的伸出杆，所述销与所述伸出杆一端相互配合以驱动所述活塞杆运动；控制棘轮机构，其包括控制棘轮以及与其相互配合的控制棘爪，所述控制棘轮与所述发条输出齿轮和所述发条盒同轴连接，所述控制棘爪上端部设有卡槽，所述伸出杆的另一端与所述卡槽相互配合以控制所述控制棘轮的转动；当所述控制棘轮与所述控制棘爪相互脱离时，所述发条输出齿轮转动；其中，所述销转到最高点前离开所述活塞杆的伸出杆，所述不完全齿轮与所述销齿轮的齿数比等于所述发条输入轴从发条在所述发条盒内自由状态到上满劲时所转动的圈数，所述活塞杆回位时间等于发条在所述发条盒内自由状态所用的时间。

优选地，上述技术方案中，所述控制棘爪的下端设有磁块，所述磁块设于两个定位件之间，所述两个定位杆上设有与所述磁块相互配合的磁块。

优选地，上述技术方案中，所述活塞机构包括：活塞缸；活塞杆，该活塞杆端部设有活塞，所述活塞设于所述活塞缸内，所述活塞与活塞缸壁形成的空间为复原腔，所述活塞上设有阻尼孔；回位弹簧，其设于所述活塞缸内，所述回位弹簧一端与所述活塞连接；以及浮动活塞，其设于所述活塞缸内，所述浮动活塞设于所述回位弹簧的另一端，所述活塞和所述浮动活塞以及所述活塞缸壁形成的空间为压缩腔，所述压缩腔内充填有液体，所述压缩腔与所述复原腔相通，所述浮动活塞顶端与所述活塞缸壁形成的空间为浮动气室。

优选地，上述技术方案中，所述发条输出齿轮通过第一变速齿轮机构与擒纵机构连接，所述擒纵机构的输入齿轮与所述第一变速齿轮机构中的输出齿轮相互啮合。

优选地，上述技术方案中，所述变速装置包括：第二变速齿轮机构，其包括输出齿轮和输入齿轮，所述第二变速齿轮机构中的输入齿轮与所述第一变速齿轮机构中的输出齿轮相互啮合；超越机构，其包括飞轮、飞轮输入齿轮以及飞轮输出齿轮，所述飞轮与飞轮输入齿轮的配合为所述超越机构，所述飞轮输入齿轮与所述第二变速齿轮机构中的输出齿轮相互啮合；以及曲柄摇杆机构，其包括曲柄变速齿轮以及与其相互啮合的曲柄齿轮，所述曲柄变速齿轮与所述飞轮输出齿轮相互啮合，所述曲柄齿轮通过连杆与所述电能转化装置连接。

优选地，上述技术方案中，所述电能转化装置为压电片。

优选地，上述技术方案中，所述驱动棘轮机构为双动式棘轮机构。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型的小能源系统，质量球可以灵敏的捕获每个方向速度改变带来的位置变化产生的机械能；不依靠电池以纯机械办法，存储能量，与使用电池相比显著延长了系统的使用寿命；汲取无序杂乱的振动能量，并可以以大于输入端的功率输出一定时间稳定的电能。

(2)发条在储能释放的过程中，质量球可继续汲取振动能给发条储能，即储能可与释能同时进行。销推动控制棘爪释放发条盒储能之后，控制装置部分回到初位置重新开始，储能可与释能同时进行也不会造成控制失效。

附图说明

图1是根据本实用新型的小能源系统的机构示意图。

图2是根据本实用新型的小能源系统中活塞机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图2所示，根据本实用新型具体实施方式的一种小能源系统，包括：能量汲取装置1，其包括：质量球11，该质量球11通过平衡弹簧12设于底盘13的箱体上，固定绳14穿过质量球11，即将质量球11是固定于固定绳14上，固定绳14一端固定在箱体上。环境振动带动底盘13振动，从而改变质量球11与底盘13的位置关系，质量球11带动固定绳14运动。平衡弹簧12预变形产生的弹力与质量球11重力平衡，使得系统在静平衡时固定绳没有弯曲。驱动棘轮机构，优选地，所述驱动棘轮机构为双动式棘轮机构。双动式棘轮机构包括棘爪16以及与其相配合的棘轮17，棘爪16通过转轴可转动的设于底盘上，固定绳14另一端与棘爪16连接，通过固定绳14的振动驱动棘爪16在转轴上转动，振动弹簧15与转轴棘爪16连接，当质量球11改变位置时，固定绳14受到拉动，驱动棘爪16在转轴上转动。棘爪16的运动驱动棘轮17转动。棘爪16的转动带动振动弹簧发生弹性形变，由于振动弹簧的恢复性，通过振动弹簧的恢复运动驱动棘爪16运动，使得棘爪回位。通过固定绳和振动弹簧的相互作用使棘爪驱动棘轮17转动。棘轮17设于转动轴18上，转动轴18上设有输出齿轮19。储能装置2与驱动棘轮机构中的输出齿轮19连接，储能装置2用于贮存振动产生振动能。控制装置3与储能装置2连接，用于控制储能装置中能量的释放频率。变速装置4与控制装置3连接，用于将储能装置2存储的能量输出。电能转化装置，优选地，电能转化装置为压电片5。电压片5与变速装置4连接，用以将机械能转化为电能。

作为实施例进一步的技术方案，储能装置2包括：发条输入轴(图未视)；发条输入齿轮21设于发条输入轴上，并与驱动棘轮机构中的输出齿轮19相啮合。发条盒22设于输出轴上，发条盒内的发条与发条输入轴连接。发条输出齿轮23与发条盒22连接，通过发条盒22驱动发条输出齿轮23转动。其中，输出齿轮19驱动发条输入齿轮21转动，进而驱动发条输入轴转动给发条盒22中的发条储能。

作为实施例进一步的技术方案，控制装置3包括：不完全齿轮31设于发条输入轴上；销齿轮32与不完全齿轮31相啮合，销齿轮上设有凸出的销33。销齿轮32绕一个方向转动。活塞机构34包括活塞杆341，该活塞杆端部设于活塞杆呈垂直状的伸出杆342，销33与伸出杆342右端相互配合以驱动活塞杆341运动。控制棘轮机构包括控制棘轮35以及与其相互配合的控制棘爪36，棘轮35与发条输出齿轮23和发条盒22同轴连接，控制棘爪36上端部设有两个伸出爪，两个伸出爪之间形成卡槽37，伸出杆的左端与卡槽37相互配合以控制控制棘轮35的转动。优选地，控制棘爪36的下端设有磁块38，磁块设于两个定位件39之间，定位件39为定位杆磁铁，定位件包括第一定位杆磁铁39a和第二定位杆磁铁39b。

运动过程如下：与不完全齿轮配合的销齿轮上固定连接的销转动到与活塞杆的伸出杆接触，带动伸出杆推动活塞杆，控制棘爪上端设有两个伸出爪，伸出杆运动固定距离推动控制棘爪上端的上伸出爪运动，使控制棘爪的棘爪部分开始离开控制棘轮，下端开始离开第一定位杆磁铁，控制棘爪的棘爪部分完全离开控制棘轮齿的同时控制棘爪的下端与第二定位杆磁铁贴合，同时销离开活塞杆的伸出杆，发条盒和活塞机构被释放。当控制棘轮与控制棘爪相互脱离时，发条盒开始带动发条输出齿轮旋转，同时液压延时杠的活塞杆开始缓慢归位。当发条释放完能量的同时，活塞杆伸出杆推动控制棘爪的下伸出爪，使控制棘爪另一端与控制棘轮贴合，控制棘爪的棘爪贴合控制棘轮齿的同时控制棘爪的下端与第一定位杆磁铁贴合，发条盒外壳被固定，发条开始重新上劲。

其中，销转到最高点前离开活塞杆的伸出杆，不完全齿轮与销齿轮的齿数比等于发条输入轴从发条在发条盒内自由状态到上满劲时所转动的圈数，活塞杆回位时间等于发条在发条盒内自由状态所用的时间。

作为实施例进一步的技术方案，发条输出齿轮23通过第一变速齿轮机构6与擒纵机构7连接，擒纵机构7的输入齿轮71与第一变速齿轮机构中的输出齿轮61相互啮合，第一变速齿轮中的输入齿轮与发条输出齿轮23啮合传动。擒纵机构控制发条输出齿轮，使发条盒以固定的频率释放能量。

作为实施例进一步的技术方案，变速装置4包括：第二变速齿轮机构41，其包括输出齿轮411和输入齿轮，第二变速齿轮机构中的输入齿轮与第一变速齿轮机构中的输出齿轮61相互啮合。超越机构42包括飞轮421、飞轮输入齿轮(图未视)以及飞轮输出齿轮422，飞轮421与飞轮输入齿轮的配合成为所述超越机构，飞轮输入齿轮与第二变速齿轮机构中的输出齿轮411相互啮合。曲柄摇杆机构43包括曲柄变速齿轮431以及与其相互啮合的曲柄齿轮432，曲柄变速齿轮431与飞轮输出齿轮422相互啮合，曲柄齿轮432通过连杆433与压电片5连接。曲柄齿轮通过连杆带动压电片，使压电片以稳定的频率振动，输出有序稳定的电能。当飞轮输入轮没有输入动力时，飞轮可以超越飞轮输入轮而转动，使曲柄齿轮平稳转动，曲柄齿轮通过连杆带动压电片，使压电片以稳定的频率振动，输出有序稳定的电能。

作为实施例进一步的技术方案，活塞机构34包括活塞缸343；活塞杆341，该活塞杆341下端部设有伸出杆342，上端部设有活塞344，活塞344设于活塞缸343内，活塞344与活塞缸壁形成的空间为复原腔349，活塞344上设有阻尼孔340。回位弹簧345设于活塞缸343内，回位弹簧345一端与活塞344连接，另一端与浮动活塞346连接。浮动活塞346设于活塞缸343内，活塞344和浮动活塞346以及活塞缸壁形成的空间为压缩腔347，压缩腔内充填有液体，压缩腔348与复原腔相通。浮动活塞顶端与活塞缸壁形成的空间为浮动气室348。活塞杆受到压缩时，活塞向内运动，压缩腔内液体通过活塞边缘快速流向复原腔，回位弹簧收到挤压，推动浮动活塞运动，通过浮动活塞对压缩腔进行体积补偿，当活塞杆不受到外力时，由于回位弹簧和浮动气室的恢复作用，缓慢推动活塞杆运动，液体从复原腔经过阻尼孔缓慢流向压缩腔，即活塞杆缓慢复位。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种小能源系统，其特征在于，包括：

能量汲取装置，其包括：

质量球，该质量球通过平衡弹簧设于底盘上，所述质量球上设有固定绳，所述固定绳一端与所述底盘连接；以及

驱动棘轮机构，其包括棘爪以及与其相配合的棘轮，所述棘爪可转动的设于所述底盘上，所述固定绳另一端与所述棘爪连接，所述棘爪与振动弹簧连接，所述振动弹簧设于所述底盘上，通过所述固定绳的振动驱动所述棘爪运动，所述棘爪驱动所述棘轮转动，所述振动弹簧的恢复运动使所述棘爪回位；

储能装置，其与所述驱动棘轮机构连接，用于贮存振动产生振动能；

控制装置，其与所述储能装置连接，用于控制所述储能装置中能量的储存、释放以及释放速度；

变速装置，其与所述控制装置连接，用于将所述储能装置存储的能量输出；以及

电能转化装置，其与所述变速装置连接，用以将机械能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的小能源系统，其特征在于，所述储能装置包括：

发条输入轴；

发条输入齿轮，其设于所述发条输入轴上，并与所述驱动棘轮机构中的输出齿轮相啮合传动；

发条盒，其设于输出轴上，所述发条盒内的发条与所述发条输入轴连接；以及

发条输出齿轮，其与所述发条盒连接，通过所述发条盒驱动所述发条输出齿轮转动；其中，所述输出齿轮驱动所述发条输入齿轮转动，进而驱动所述发条输入轴转动给所述发条盒中的发条储能。

3.根据权利要求2所述的小能源系统，其特征在于，所述控制装置包括：

不完全齿轮，其设于所述发条输入轴上；

销齿轮，其与所述不完全齿轮相啮合，所述销齿轮上设有凸出的销；

活塞机构，该活塞机构包括活塞杆，该活塞杆端部设于所述活塞杆呈垂直状的伸出杆，所述销与所述伸出杆一端相互配合以驱动所述活塞杆运动；以及

控制棘轮机构，其包括控制棘轮以及与其相互配合的控制棘爪，所述控制棘轮与所述发条输出齿轮同轴连接，所述控制棘爪上端部设有卡槽，所述伸出杆的另一端与所述卡槽相互配合以控制所述控制棘轮的转动；当所述控制棘轮与所述控制棘爪相互脱离时，所述发条输出齿轮转动；

其中，所述销转到最高点前离开所述活塞杆的伸出杆，所述不完全齿轮与所述销齿轮的齿数比等于所述发条输入轴从发条在所述发条盒内自由状态到上满劲时所转动的圈数，所述活塞杆回位时间等于发条在所述发条盒内自由状态所用的时间。

4.根据权利要求3所述的小能源系统，其特征在于，所述控制棘爪的下端设有磁块，所述磁块设于两个定位件之间。

5.根据权利要求3所述的小能源系统，其特征在于，所述活塞机构包括：

活塞缸；

活塞杆，该活塞杆端部设有活塞，所述活塞设于所述活塞缸内，所述活塞与活塞缸壁形成的空间为复原腔，所述活塞上设有阻尼孔；

回位弹簧，其设于所述活塞缸内，所述回位弹簧一端与所述活塞连接；以及

浮动活塞，其设于所述活塞缸内，所述浮动活塞设于所述回位弹簧的另一端，所述活塞和所述浮动活塞以及所述活塞缸壁形成的空间为压缩腔，所述压缩腔内充填有液体，所述压缩腔与所述复原腔相通，所述浮动活塞顶端与所述活塞缸壁形成的空间为浮动气室。

6.根据权利要求3所述的小能源系统，其特征在于，所述发条输出齿轮通过第一变速齿轮机构与擒纵机构连接，所述擒纵机构的输入齿轮与所述第一变速齿轮机构中的输出齿轮相互啮合。

7.根据权利要求6所述的小能源系统，其特征在于，所述变速装置包括：

第二变速齿轮机构，其包括输出齿轮和输入齿轮，所述第二变速齿轮机构中的输入齿轮与所述第一变速齿轮机构中的输出齿轮相互啮合；

超越机构，其包括飞轮、飞轮输入齿轮以及飞轮输出齿轮，所述飞轮输入齿轮与所述第二变速齿轮机构中的输出齿轮相互啮合；以及

曲柄摇杆机构，其包括曲柄变速齿轮以及与其相互啮合的曲柄齿轮，所述曲柄变速齿轮与所述飞轮输出齿轮相互啮合，所述曲柄齿轮通过连杆与所述电能转化装置连接。

8.根据权利要求1所述的小能源系统，其特征在于，所述电能转化装置为压电片。

9.根据权利要求1所述的小能源系统，其特征在于，所述驱动棘轮机构为双动式棘轮机构。