CN205921503U - 一种能量收集装置及地震监测系统、无源智能可穿戴系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能量收集装置及地震监测系统、无源智能可穿戴系统。能量收集装置包括主齿轮、加速齿轮、换向齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、驱动齿轮；主齿轮齿轮轴穿有单摆杆，单摆杆下方设有配重块；加速齿轮内齿、外齿分别与主齿轮、换向齿轮啮合；换向齿轮位于相互啮合的第一传动齿轮和第二传动齿轮夹角间，根据加速齿轮转向分别与第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合；第一传动齿轮驱动驱动齿轮转动，驱动齿轮的齿轮轴为发电机的电机轴。地震监测系统作为应急电源系统的能量收集装置。无源智能可穿戴系统包括能量收集装置和与其连接的电容储能装置。本实用新型可充分利用震动，高效利用单摆能量，无系统延迟且不受信号强度影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及能量收集装置领域，具体是指一种能量收集装置及地震监测系统、无源智能可穿戴系统。
背景技术
随着科技的进步，无源智能嵌入式系统，比如基于WISP和FASENS的无源系统，已经得到了飞速的发展，广泛应用于我们生活的各个领域，例如工程，医疗，航天等等领域。这些系统的主要优点是可以自供能，依靠阅读器发射的能量或者吸收射频当中微弱的能量工作，从而省去了布线的烦恼也弥补了电池供电系统的不足。但是，无源系统通过天线或者其他方式吸收的能量非常有限，常常会带来较高的系统延迟。对于通过天线吸收能量的系统，其能量获取情况还要受到信号强度的影响，这又大大限制了这一类系统的应用范围。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：克服现有技术上述缺陷，提供一种能量收集装置及地震监测系统、无源智能可穿戴系统。本实用新型可充分利用我们生活中广泛存在的震动，能够高效利用单摆能量，而且不存在系统延迟且不受信号强度影响。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种能量收集装置，包括安装板、安装于安装板正面的齿轮组件和安装于安装板背面的发电机；所述齿轮组件包括主齿轮、加速齿轮、换向齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮和驱动齿轮；所述主齿轮的齿轮轴上穿有单摆杆，所述单摆杆下方设有配重块；所述主齿轮与加速齿轮内齿啮合，所述加速齿轮外齿驱动换向齿轮；所述第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合，所述换向齿轮位于 第一传动齿轮和第二传动齿轮两者夹角之中，所述换向齿轮可根据加速齿轮转向转变而前后换向并分别与第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合；所述第一传动齿轮驱动驱动齿轮转动，所述驱动齿轮的齿轮轴为安装于安装板背面发电机的电机轴。
作为一种优选的方式，所述第一传动齿轮和驱动齿轮两者夹角处设有活动齿轮。当第一传动齿轮的线速度大于驱动齿轮的线速度时，第一传动齿轮驱动活动齿轮带动驱动齿轮转动；当第一传动齿轮的线速度小于驱动齿轮的线速度时，第一传动齿轮与活动齿轮脱离，驱动齿轮在自身惯性作用下自行运转。
作为一种优选的方式，所述发电机为盘式无铁芯电机或外转子无刷交流电机。
作为一种优选的方式，所述发电机设有飞轮机构。
作为一种优选的方式，所述发电机与整流板连接。
作为一种优选的方式，所述单摆杆为螺杆，所述配重块与单摆杆螺纹连接。
作为一种优选的方式，所述配重块为流线型。
一种地震监测系统，采用上述的一种能量收集装置作为应急电源系统。地震的发生往往会给建筑物造成一定程度的影响，且几乎不可预料。然而地震的发生还有可能导致电路中断等等影响，于是有人设想过在建筑物中安装无源地震监测系统用于监控和数据采集甚至发送数据，无源地震监测系统通过电池或者其他无源供能系统供电，但是谁也不能保证这样的系统在地震到来的那一刻有足够的能量进行工作。本实用新型设计的一种地震监测系统，通过采用上述的一种能量收集装置作为应急电源系统，在地震发生时能够有效利用地震震动，高效利用单摆能量，保障能够成功采集数据并且记录或者发送，解决了现有无源地震监测系统供能的问题。
一种无源智能可穿戴系统，包括上述的一种能量收集装置和与其连接的电容储能装置。现有的无源智能可穿戴系统由于其小巧的体积限制了电池的容量，虽然现有的无源智能可穿戴系统的平均功耗非常低，但是其续航能力仍然堪忧。通过增设上述的一种能量收集装置和与其连接的电容储能装置，在不使用时，无源智能可穿戴系统通过单摆结构发电，通过上述的一种能量收集装置的独特的齿轮组件结构，其可以最大限度上高效利用单摆能量，提升续航能力，满足日常使用需求。
本实用新型与现有技术相比，本实用新型可充分利用我们生活中广泛存在的震动，能够高效利用单摆能量，而且不存在系统延迟且不受信号强度影响。
附图说明
图1为实施例1中齿轮组件安装示意图。
图2为实施例1中发电机的安装示意图。
图3为实施例1的结构示意图。
其中：1—驱动齿轮，2—活动齿轮，3—第一传动齿轮，4—换向齿轮，5—第二传动齿轮，6—加速齿轮，7—主齿轮，8—单摆杆，9—配重块，10—整流板，11—发电机，12—安装板，13—电机轴。
具体实施方式
下面结合附图进行进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此：
实施例1：
参见图1、图2和图3，一种能量收集装置，包括安装板12、安装于安装板12正面的齿轮组件和安装于安装板12背面的发电机11；所述齿轮组件包括主齿轮7、加速齿轮6、换向齿轮4、第一传动齿轮3、第二传动齿轮5和驱动 齿轮1；所述主齿轮7的齿轮轴上穿有单摆杆8，所述单摆杆8下方设有配重块9；所述主齿轮7与加速齿轮6内齿啮合，所述加速齿轮6外齿驱动换向齿轮4；所述第一传动齿轮3与第二传动齿轮5啮合，所述换向齿轮4位于第一传动齿轮3和第二传动齿轮5两者夹角之中，所述换向齿轮4可根据加速齿轮6转向转变而前后换向并分别与第一传动齿轮3和第二传动齿轮5啮合；所述第一传动齿轮3驱动驱动齿轮1转动，所述驱动齿轮1的齿轮轴为安装于安装板12背面发电机11的电机轴13。
在本实施例中，为了方便设计我们全部采用了0.5模的齿轮，0.5模指每个齿的大小为0.5模，其直观的计算是0.5模10齿的齿轮其外径为0.5*10＝5MM。主齿轮7设置为132齿；加速齿轮6内齿设置为12齿，外齿设置为28齿；换向齿轮4设置为14齿；第一传动齿轮3和第二传动齿轮5均设置为51齿；驱动齿轮1设置为36齿。主齿轮7和加速齿轮6分别起到传动和加速的作用，除加速齿轮6外其余齿轮都不具有加速功能。上述设置的好处在于给换向齿轮4一个较高的齿轮线速度，以便在单摆轻微摆动的时候就可以实现换向齿轮4的换向操作。其原因在于换向齿轮4要稳定运行不卡齿，那就必须在其左右都要留出一个模数，即0.5模的距离，那么其左右换向位移就为两个齿距的大小即1mm，由于加速齿轮6驱动换向齿轮4换向的过程类似于单滑轮模型，齿轮外侧转动量为齿轮轴位移量的两倍，所以加速齿轮6必须转过4个齿才能实现换向齿轮4的前后换向。在本次设计中单摆转动一圈将会驱动加速齿轮6的外齿转动132/12*28＝308个齿，也就意味着单摆要至少摆动4/308*360＝4.67度才能实现换向，同时单摆速度过慢的时候这个角度会有所增加，其增加的原因是换向时所需要克服一定的摩擦力以及油的粘度也会对换向造成一定影响。好在较为轻微的震动也会让单摆的摆动超过5度，因此设计可 以实现换向齿轮4换向。
配重块9受震动开始进行往复运动，配重块9通过单摆杆8带动主齿轮7转动，主齿轮7与加速齿轮6内齿啮合，通过加速齿轮6可实现齿轮线速度的提升。加速齿轮6的外齿与换向齿轮4啮合，第一传动齿轮3与第二传动齿轮5啮合，换向齿轮4可根据加速齿轮6转向转变而前后换向并分别与第一传动齿轮3和第二传动齿轮5啮合，以本实施例为例，当换向齿轮4顺时针转动时，换向齿轮4通过换向与第一传动齿轮3啮合，此时第一传动齿轮3逆时针转动；当换向齿轮4逆时针转动时，换向齿轮4通过换向与第二传动齿轮5啮合，此时第一传动齿轮3逆时针转动。通过换向齿轮4可实现第一传动齿轮3只向一个方向转动，其转动方向不局限于本实施例中所指逆时针转动，进而使单摆在左右摆动的时候只会驱动发电机11朝一个方向运转，克服了现有单摆发电装置由于发电机11必须随着单摆来回摆动而正反向运转，导致许多能量就消耗在电机的反向的缺陷，提高了单摆能量的有效利用率。通过第一传动齿轮3可带动驱动齿轮1进行运转，由于驱动齿轮1的齿轮轴为发电机11的电机轴13，因此驱动齿轮1在转动的过程中，发电机11将会进行发电，以电能的形式将单摆能量储存下来。在本实施例中，齿轮组件和发电机11分别安装在安装板12的两面的目的在于使安装板12两侧重量平衡。
作为一种优选的方式，所述第一传动齿轮3和驱动齿轮1两者夹角处设有活动齿轮2。当第一传动齿轮3的线速度大于驱动齿轮1的线速度时，第一传动齿轮3驱动活动齿轮2带动驱动齿轮1转动；当第一传动齿轮3的线速度小于驱动齿轮1的线速度时，第一传动齿轮3与活动齿轮2脱离，驱动齿轮1在自身惯性作用下自行运转。通过在第一传动齿轮3和驱动齿轮1两者夹角处设有活动齿轮2，可避免单摆减速时，驱动齿轮1受第一传动齿轮3影响发生减 速，大大提升了机械能的传动效率，减少了单摆能量的浪费，平稳了发电机11的输出电机，为高效转换为电能做好了准备。
作为一种优选的方式，在本实施例中，所述发电机11为盘式无铁芯电机或外转子无刷交流电机。
作为一种优选的方式，所述发电机11设有飞轮机构。外转子无刷交流电机容易提供更高的电压，同时能量转换效率很高，可达到85——95％，但是它的缺点是有磁阻，每次要从平衡位置启动需要更大的输入动力，适合应用于一些震动相对强烈的场合，同时，因为磁阻大，减速厉害，所以需要飞轮机构平稳输出。
作为一种优选的方式，所述发电机11与整流板10连接。通过发电机11与整流板10连接，整流板10对发电机11的输出电流进行整流，可方便单摆能量转换获得的电能的使用。
作为一种优选的方式，所述单摆杆8为螺杆，所述配重块9与单摆杆8螺纹连接。单摆杆8为螺杆，配重块9与单摆杆8螺纹连接，可便于调整单摆力矩，方便使用。
作为一种优选的方式，所述配重块9具有低阻力外形。通过将配重块9为流线型，可减少单摆杆8在摆动过程中配重块9受空气流体阻力，减少单摆能量损耗，提高单摆能量的利用率。
一种地震监测系统，采用上述的一种能量收集装置作为应急电源系统。地震的发生往往会给建筑物造成一定程度的影响，且几乎不可预料。然而地震的发生还有可能导致电路中断等等影响，于是有人设想过在建筑物中安装无源地震监测系统用于监控和数据采集甚至发送数据，无源地震监测系统通过电池或者其他无源供能系统供电，但是谁也不能保证这样的系统在地震到来的那一刻 有足够的能量进行工作。本实用新型设计的一种地震监测系统，通过采用上述的一种能量收集装置作为应急电源系统，在地震发生时能够有效利用地震震动，高效利用单摆能量，保障能够成功采集数据并且记录或者发送，解决了现有无源地震监测系统供能的问题。
一种无源智能可穿戴系统，包括上述的一种能量收集装置和与其连接的电容储能装置。现有的无源智能可穿戴系统由于其小巧的体积限制了电池的容量，虽然现有的无源智能可穿戴系统的平均功耗非常低，但是其续航能力仍然堪忧。通过增设上述的一种能量收集装置和与其连接的电容储能装置，在不使用时，无源智能可穿戴系统通过单摆结构发电，通过上述的一种能量收集装置的独特的齿轮组件结构，其可以最大限度上高效利用单摆能量，提升续航能力，满足日常使用需求。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种能量收集装置，其特征在于：包括安装板(12)、安装于安装板(12)正面的齿轮组件和安装于安装板(12)背面的发电机(11)；所述齿轮组件包括主齿轮(7)、加速齿轮(6)、换向齿轮(4)、第一传动齿轮(3)、第二传动齿轮(5)和驱动齿轮(1)；所述主齿轮(7)的齿轮轴上穿有单摆杆(8)，所述单摆杆(8)下方设有配重块(9)；所述主齿轮(7)与加速齿轮(6)内齿啮合，所述加速齿轮(6)外齿驱动换向齿轮(4)；所述第一传动齿轮(3)与第二传动齿轮(5)啮合，所述换向齿轮(4)位于第一传动齿轮(3)和第二传动齿轮(5)两者夹角之中，所述换向齿轮(4)可根据加速齿轮(6)转向转变而前后换向并分别与第一传动齿轮(3)和第二传动齿轮(5)啮合；所述第一传动齿轮(3)驱动驱动齿轮(1)转动，所述驱动齿轮(1)的齿轮轴为安装于安装板(12)背面发电机(11)的电机轴(13)。
2.根据权利要求1所述的一种能量收集装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(3)和驱动齿轮(1)两者夹角处设有活动齿轮(2)。
3.根据权利要求1所述的一种能量收集装置，其特征在于：所述发电机(11)为盘式无铁芯电机或外转子无刷交流电机。
4.根据权利要求1所述的一种能量收集装置，其特征在于：所述发电机(11)设有飞轮机构。
5.根据权利要求1所述的一种能量收集装置，其特征在于：所述发电机(11)与整流板(10)连接。
6.根据权利要求1所述的一种能量收集装置，其特征在于：所述单摆杆(8)为螺杆，所述配重块(9)与单摆杆(8)螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种能量收集装置，其特征在于：所述配重块(9)为流线型。
8.一种地震监测系统，其特征在于：采用权利要求1～7任一项所述的一种能量收集装置作为应急电源系统。
9.一种无源智能可穿戴系统，其特征在于：包括权利要求1～7任一项所述的一种能量收集装置和与其连接的电容储能装置。
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| CN201620785864.3U CN205921503U (zh) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | 一种能量收集装置及地震监测系统、无源智能可穿戴系统 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106059194A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-10-26 | 成都布阿泽科技有限公司 | 一种高效利用单摆能量的能量收集装置及其应用产品 |
| CN108576185A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-09-28 | 浙江大学舟山海洋研究中心 | 一种船载液氮速冷装置及使用方法 |
| CN114526206A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-05-24 | 西南交通大学 | 一种基于地震能量的摆动式发电装置及其发电方法 |
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| CN114526206A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-05-24 | 西南交通大学 | 一种基于地震能量的摆动式发电装置及其发电方法 |
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