CN214533369U - 一种旋转直线压电振动能量采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种旋转直线压电振动能量采集装置。旋转直线压电振动能量采集装置包括旋转轴、设于所述旋转轴一端的后支架、套设于所述旋转轴上的弹簧和线性运动块，以及设于所述旋转轴另一端的旋转主体，所述后支架内固定连接有压电能量收集模块，所述弹簧位于所述后支架和所述线性运动块之间，所述线性运动块朝向所述旋转主体的端面设有第一铷磁铁，所述旋转主体包括前支架、旋转运动块、风扇，所述前支架安装在所述旋转轴上，所述前支架位于所述第一铷磁铁和所述旋转运动块之间。本实用新型提供的旋转直线压电振动能量采集装置，能量密度高，可移植性强，不受振源限制，使用范围广，实施结构简单，方便制作。

Description

一种旋转直线压电振动能量采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种旋转直线压电振动能量采集装置。

背景技术

近几年随着设备无线化的推广和应用，能源供给方式成为了其中极其重要的一环，传统的化学电池寿命、环保以及能量密度等问题已难以忽略，因此，发明一种新的能源供给方式对解决微小型电子无线设备的供能问题显得至关重要。

风能是自然界中普遍存在的绿色能源，利用电磁转换、静电转换以及压电转换等原理可以将风能转换为电能以供人类所利用。目前广泛应用的风力发电装置所利用的是电磁转换原理，但其结构复杂、体积庞大、制造及维护成本高。而基于压电转换原理的发电装置一般具有结构简单、能量密度高、易集成化等特点，因而其相关研究与应用备受国内外研究者的广泛关注。

关于压电能量采集装置方面的研究，人们已提出了多种方案。

(1)中国专利（公开号：CN 211598926 U）提出了一种非接触式风力压电发电装置。该实用新型采用风扇驱动旋转轴转动，在经过行星齿轮组加速后将旋转的机械能通过永久磁铁转化为压电悬臂梁的机械振动能并产生电能以向无线设备提供电源。但是自然环境下风速不断变化，在低风速环境下，风力驱动风扇转动较困难，压电发电片将无法产生足够的能量。

(2)中国专利（公开号：CN 208106652 U）提供了一种基于柔性压电材料的风能采集装置。该实用新型利用风扇驱动转轴转动，驱动转轴连接的转盘转动，利用转盘旋转的离心力带动。该实用新型的优点在于利用滑块自重和离心力使柔性压电材料发生形变。但是在风力较小或风速均匀时，柔性压电材料无法发生有效振动以产生足够的电压。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种旋转直线压电振动能量采集装置。

一种旋转直线压电振动能量采集装置，包括旋转轴、设于所述旋转轴一端的后支架、套设于所述旋转轴上的弹簧和线性运动块，以及设于所述旋转轴另一端的旋转主体，所述后支架内固定连接有压电能量收集模块，所述弹簧位于所述后支架和所述线性运动块之间，所述线性运动块朝向所述旋转主体的端面设有第一铷磁铁，所述旋转主体包括前支架、旋转运动块、风扇，所述前支架安装在所述旋转轴上，所述前支架位于所述第一铷磁铁和所述旋转运动块之间，所述风扇通过所述旋转运动块与所述旋转轴连接，所述旋转运动块朝向所述第一铷磁铁的端面设有第二铷磁铁，所述第二铷磁铁的安装位置和所述第一铷磁铁的安装位置相对应，所述第二铷磁铁的正负极安装方向和所述第一铷磁铁的正负极安装方向相同。

进一步的，所述线性运动块包括线性运动块主体和围绕所述线性运动块主体的周侧设置的3个第一星形端，所述第一铷磁铁的设置数量为3个，3个所述第一铷磁铁分别设置在3个所述第一星形端上，3个所述第一铷磁铁的正负极安装方向相同，所述旋转运动块包括旋转运动块主体和围绕所述旋转运动块主体的周侧设置的3个第二星形端，所述第二铷磁铁的设置数量为3个，3个所述第二铷磁铁分别设置在所述第二星形端上，3个所述第二铷磁铁的正负极安装方向相同。

进一步的，3个所述第一铷磁铁的外侧为N极，3个所述第二铷磁铁的外侧为N极。

进一步的，相邻两个所述第一星形端之间的夹角沿所述线性运动块主体的中心线呈120度，相邻两个所述第二星形端之间的夹角沿所述旋转运动块主体的中心线呈120度。

进一步的，每一个所述第一星形端上开设有用于安装所述第一铷磁铁的第一安装槽，每一个所述第二星形端上开设有用于安装所述第二铷磁铁的第二安装槽。

进一步的，所述线性运动块主体上开设有贯通所述线性运动块主体的两端的用于供所述旋转轴穿过第一通槽，所述第一通槽和所述线性运动块之间夹设有线性轴承。

进一步的，所述旋转直线压电振动能量采集装置还包括轴承，所述轴承包括安装在所述前支架上的轴承A和安装在所述后支架上的轴承B，所述前支架的中部开设有贯通所述前支架上下两端面的用于供所述旋转轴穿过的第二通槽，所述轴承A夹设于所述前支架和所述第二通槽之间，所述后支架的内腔中部设置安装部，所述安装部上凹设有用于供所述旋转轴伸入的凹槽，所述轴承B夹设于所述后支架和所述凹槽之间。

进一步的，所述第一通槽的中心线、所述第二通槽的中心线、所述凹槽的中心线以及所述旋转轴的中轴线重合。

进一步的，所述后支架的内表面沿所述旋转轴的中轴线从上至下依次设置设有两组夹板组，每组所述夹板组包括3个用于固定所述压电能量收集模块的夹板，每组所述夹板组的3个所述夹板围绕所述后支架的圆周方向均匀设置，每组所述夹板组的相邻两个所述夹板之间的夹角沿所述凹槽的中心线呈120度，每个所述夹板包括两个夹片，两个所述夹片之间的空间为用于夹持所述压电能量收集模块的夹持腔，所述压电能量收集模块包括悬臂梁梁基板和压电发电片，所述悬臂梁梁基板至少部分伸入至所述夹持腔并被两个所述夹片夹持固定，所述压电发电片和所述悬臂梁梁基板连接，所述压电发电片的安装位置和所述第一铷磁铁及所述第二铷磁铁相对应。

进一步的，每个所述夹板的两个所述夹片通过螺栓B和螺母B固定所述悬臂梁梁基板，所述前支架和所述后支架通过螺栓A和螺母A固定连接。

本实用新型提供的旋转直线压电振动能量采集装置，能够将风能转化为机械振动能，通过压电能量收集模块将机械振动能转化为电能，然后向其他微小型电子元器件或传感器供电，结构简单，使用范围广，可移植性强。

具体的，其利用风能带动风扇旋转产生旋转的机械能，再通过线性运动块将其转化为振动机械能，利用正压电效应产生电压，用于向其他微小型电子元器件或传感器供电。

本实用新型提供的旋转直线压电振动能量采集装置，能量密度高，可移植性强，不受振源限制，使用范围广，实施结构简单，方便制作，具有较大的研究及应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中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实用新型的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，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为本实用新型的旋转直线压电振动能量采集装置的立体结构示意图；

图2为图1所示旋转直线压电振动能量采集装置的另一视角的立体结构示意图；

图3为图1所示旋转直线压电振动能量采集装置的爆炸图(除去旋转运动块和风扇)；

图4为图1所示旋转直线压电振动能量采集装置的旋转运动块和风扇的配合关系示意图；

图5为图1所示旋转直线压电振动能量采集装置的旋转运动块和线性运动块的配合关系示意图；

图中：风扇1、旋转运动块2、第二铷磁铁3、前支架4 、轴承主体5 、轴承A51、轴承B52、线性运动块6 、线性轴承7、弹簧8、旋转轴9、螺栓A10、螺母A11、压电能量收集模块12、悬臂梁梁基板121、压电发电片122 、 螺栓B13、螺母B14、第一铷磁铁15 、后支架16。

具体实施方式

以下是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1-图5，本实用新型的一种旋转直线压电振动能量采集装置，包括旋转轴9、设于所述旋转轴一端的后支架16、套设于所述旋转轴上的弹簧8和线性运动块6，以及设于所述旋转轴另一端的旋转主体（图未标），所述后支架内固定连接有压电能量收集模块12，所述弹簧位于所述后支架和所述线性运动块之间，所述线性运动块朝向所述旋转主体的端面设有第一铷磁铁15，所述旋转主体包括前支架4、旋转运动块2、风扇1，所述前支架安装在所述旋转轴上，所述前支架位于所述第一铷磁铁和所述旋转运动块之间，所述风扇通过所述旋转运动块与所述旋转轴连接，所述旋转运动块朝向所述第一铷磁铁的端面设有第二铷磁铁3，所述第二铷磁铁的安装位置和所述第一铷磁铁的安装位置相对应，所述第二铷磁铁的正负极安装方向和所述第一铷磁铁的正负极安装方向相同。

在一个实施方式中，所述线性运动块包括线性运动块主体（图未标）和围绕所述线性运动块主体的周侧设置的3个第一星形端（图未标），所述第一铷磁铁的设置数量为3个，3个所述第一铷磁铁分别设置在3个所述第一星形端上，3个所述第一铷磁铁的正负极安装方向相同，所述旋转运动块包括旋转运动块主体（图未标）和围绕所述旋转运动块主体的周侧设置的3个第二星形端（图未标），所述第二铷磁铁的设置数量为3个，3个所述第二铷磁铁分别设置在所述第二星形端上，3个所述第二铷磁铁的正负极安装方向相同。

在一个实施方式中，3个所述第一铷磁铁的外侧为N极、3个所述第二铷磁铁的外侧为N极。

在一个实施方式中，相邻两个所述第一星形端之间的夹角沿所述线性运动块主体的中心线呈120度，相邻两个所述第二星形端之间的夹角沿所述旋转运动块主体的中心线呈120度。

在一个实施方式，每一个所述第一星形端上开设有用于安装所述第一铷磁铁的第一安装槽（图未标），每一个所述第二星形端上开设有用于安装所述第二铷磁铁的第二安装槽（图未标）。

在一个实施方式中，所述线性运动块主体上开设有贯通所述线性运动块主体的两端的用于供所述旋转轴穿过第一通槽（图未标），所述第一通槽和所述线性运动块之间夹设有线性轴承7。

在一个实施方式中，所述旋转直线压电振动能量采集装置还包括轴承5，所述轴承包括安装在所述前支架上的轴承A51和安装在所述后支架上的轴承B52，所述前支架的中部开设有贯通所述前支架上下两端面的用于供所述旋转轴穿过的第二通槽（图未标），所述轴承A夹设于所述前支架和所述第二通槽之间，所述后支架的内腔中部设置安装部（图未标），所述安装部上凹设有用于供所述旋转轴伸入的凹槽（图未标），所述轴承B夹设于所述后支架和所述凹槽之间。

在一个实施方式中，所述第一通槽的中心线、所述第二通槽的中心线、所述凹槽的中心线以及所述旋转轴的中轴线重合。

在一个实施方式中，所述后支架的内表面沿所述旋转轴的中轴线从上至下依次设置设有两组夹板组（图未标），每组所述夹板组包括3个用于固定所述压电能量收集模块的夹板（图未标），每组所述夹板组的3个所述夹板围绕所述后支架的圆周方向均匀设置，每组所述夹板组的相邻两个所述夹板之间的夹角沿所述凹槽的中心线呈120度，每个所述夹板包括两个夹片（图未标），两个所述夹片之间的空间为用于夹持所述压电能量收集模块的夹持腔（图未标），所述压电能量收集模块包括悬臂梁梁基板121和压电发电片122，所述悬臂梁梁基板至少部分伸入至所述夹持腔并被两个所述夹片夹持固定，所述压电发电片和所述悬臂梁梁基板连接，所述压电发电片的安装位置和所述第一铷磁铁及所述第二铷磁铁相对应。

在一个实施方式中，每个所述夹板的两个所述夹片通过螺栓B13和螺母B14固定所述悬臂梁梁基板。

在一个实施方式中，所述前支架和所述后支架通过螺栓A10和螺母A11固定连接。

本实用新型提供的旋转直线压电振动能量采集装置的工作过程：外界风力驱动风扇1转动后，与风扇1固定安装的旋转运动块2的转动带动安装在其星形端的第二铷磁铁3一起转动，在转动过程中安装在旋转运动块2上的第二铷磁铁3因磁极相同将周期性与安装在线性运动块6星形端上的第一铷磁铁15产生互斥力，同时弹簧8因弹性形变产生反作用力，带动线性运动块6产生线性往复运动，线性运动块6上的线性拨片因此周期性拨动悬臂梁梁基板121，造成压电发电片122产生振动，进而引起发电。

本实用新型提供的旋转直线压电振动能量采集装置，能够将风能转化为机械振动能，通过压电能量收集模块将机械振动能转化为电能，然后向其他微小型电子元器件或传感器供电，结构简单，使用范围广，可移植性强。具体的，其利用风能带动风扇旋转产生旋转的机械能，再通过线性运动块将其转化为振动机械能，利用正压电效应产生电压，用于向其他微小型电子元器件或传感器供电。本实用新型提供的旋转直线压电振动能量采集装置，能量密度高，可移植性强，不受振源限制，使用范围广，实施结构简单，方便制作，具有较大的研究及应用价值。

以上实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：包括旋转轴、设于所述旋转轴一端的后支架、套设于所述旋转轴上的弹簧和线性运动块，以及设于所述旋转轴另一端的旋转主体，所述后支架内固定连接有压电能量收集模块，所述弹簧位于所述后支架和所述线性运动块之间，所述线性运动块朝向所述旋转主体的端面设有第一铷磁铁，所述旋转主体包括前支架、旋转运动块、风扇，所述前支架安装在所述旋转轴上，所述前支架位于所述第一铷磁铁和所述旋转运动块之间，所述风扇通过所述旋转运动块与所述旋转轴连接，所述旋转运动块朝向所述第一铷磁铁的端面设有第二铷磁铁，所述第二铷磁铁的安装位置和所述第一铷磁铁的安装位置相对应，所述第二铷磁铁的正负极安装方向和所述第一铷磁铁的正负极安装方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：所述线性运动块包括线性运动块主体和围绕所述线性运动块主体的周侧设置的3个第一星形端，所述第一铷磁铁的设置数量为3个，3个所述第一铷磁铁分别设置在3个所述第一星形端上，3个所述第一铷磁铁的正负极安装方向相同，所述旋转运动块包括旋转运动块主体和围绕所述旋转运动块主体的周侧设置的3个第二星形端，所述第二铷磁铁的设置数量为3个，3个所述第二铷磁铁分别设置在所述第二星形端上，3个所述第二铷磁铁的正负极安装方向相同。

3.根据权利要求2所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：3个所述第一铷磁铁的外侧为N极，3个所述第二铷磁铁的外侧为N极。

4.根据权利要求3所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：相邻两个所述第一星形端之间的夹角沿所述线性运动块主体的中心线呈120度，相邻两个所述第二星形端之间的夹角沿所述旋转运动块主体的中心线呈120度。

5.根据权利要求4所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：每一个所述第一星形端上开设有用于安装所述第一铷磁铁的第一安装槽，每一个所述第二星形端上开设有用于安装所述第二铷磁铁的第二安装槽。

6.根据权利要求5所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：所述线性运动块主体上开设有贯通所述线性运动块主体的两端的用于供所述旋转轴穿过第一通槽，所述第一通槽和所述线性运动块之间夹设有线性轴承。

7.根据权利要求6所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：所述旋转直线压电振动能量采集装置还包括轴承，所述轴承包括安装在所述前支架上的轴承A和安装在所述后支架上的轴承B，所述前支架的中部开设有贯通所述前支架上下两端面的用于供所述旋转轴穿过的第二通槽，所述轴承A夹设于所述前支架和所述第二通槽之间，所述后支架的内腔中部设置安装部，所述安装部上凹设有用于供所述旋转轴伸入的凹槽，所述轴承B夹设于所述后支架和所述凹槽之间。

8.根据权利要求7所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：所述第一通槽的中心线、所述第二通槽的中心线、所述凹槽的中心线以及所述旋转轴的中轴线重合。

9.根据权利要求8所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：所述后支架的内表面沿所述旋转轴的中轴线从上至下依次设置设有两组夹板组，每组所述夹板组包括3个用于固定所述压电能量收集模块的夹板，每组所述夹板组的3个所述夹板围绕所述后支架的圆周方向均匀设置，每组所述夹板组的相邻两个所述夹板之间的夹角沿所述凹槽的中心线呈120度，每个所述夹板包括两个夹片，两个所述夹片之间的空间为用于夹持所述压电能量收集模块的夹持腔，所述压电能量收集模块包括悬臂梁梁基板和压电发电片，所述悬臂梁梁基板至少部分伸入至所述夹持腔并被两个所述夹片夹持固定，所述压电发电片和所述悬臂梁梁基板连接，所述压电发电片的安装位置和所述第一铷磁铁及所述第二铷磁铁相对应。

10.根据权利要求9所述的一种旋转直线压电振动能量采集装置，其特征在于：每个所述夹板的两个所述夹片通过螺栓B和螺母B固定所述悬臂梁梁基板，所述前支架和所述后支架通过螺栓A和螺母A固定连接。

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