一种具有自供电智能系统的跷跷板

本发明属于运动器材与新能源，具体涉及一种具有自供电智能系统的跷跷板，用于健身运动及振动能量回收。

背景技术：

1、跷跷板是一种常见的健身娱乐设施，它具有结构简单及使用便利等特点，已成为目前社区健身活动不开或缺的运动器械。但现有运动跷跷板存在一些局限性，如：功能单一，不能实现扭摆角度、扭摆频率及时间等的监测；确实声光电及语音播报、音乐播放功能，未能充分调动民众健身的积极性。因此，急需开发出智能型、多功能跷跷板，将休闲娱乐与强身健体相结合，实现跷跷板运动幅度/频率/时间/次数等的自动采集与播报、音乐播放、通过灯光强硬和闪烁频率体现运动强度及速度等。

技术实现思路

1、一种具有自供电智能系统的跷跷板，包括u型架、上摆板、换能器、激励体、平衡簧、传感器及电源箱，u型架由架底板与其上所设置的两个架立板构成，架立板与架底板垂直，两个架立板上设有轴孔；上摆板的板体上表面设有扶手和靠背、下表面上设有轴座，轴座上设有轴孔；上摆板经销轴和两个平衡簧安装在u型架上，上摆板经销轴安装在架立板上，平衡簧的上下两端分别固定在上摆板和架底板或架立板上，两个平衡簧分别位于销轴左右两侧，平衡簧的两端的安装位置可调，用于调节上摆板的平衡状态和自然频率；电源箱中设有能量转换与控制电路及语音播报系统，电源箱安装在u型架或上摆板上，u型架和上摆板上均设有led灯；传感器为振动传感器和角度传感器，传感器安装在上摆板上。

2、换能器由外侧壳、内侧壳、隔磁垫、pzt振子、线圈、被激体及复位体构成，外侧壳、内侧壳及隔磁垫由非铁磁性材料制成，pzt振子由金属片与压电片粘接而成，pzt振子由金属片与其一侧或两侧的压电片粘接而成，pzt振子的侧面设有橡胶缓冲及密封层；外侧壳上设有由隔筒隔开的壳内腔和壳外腔，壳外腔为环形腔，隔筒的高度比壳外腔外侧壁矮、即壳外腔的内侧壁比外侧壁矮；内侧壳的一侧设有阶梯腔、另一侧镶嵌有复位体，复位体镶嵌在内侧壳的底壁上；外侧壳和内侧壳经螺钉相连接并将pzt振子压接在中间，pzt振子位于内侧壳的阶梯腔的大腔中，pzt振子将线圈和被激体分别封装在壳外腔和壳内腔中，线圈固定在壳外腔中，被激体在壳内腔中可自由滚动，被激体置于线圈内；被激体、复位体及激励体均由永磁材料制成，被激体为球体或柱体，柱状的被激体的磁极沿径向分布；柱状的被激体的轴线与线圈的轴线垂直；pzt振子与被激体构成压电换能单元，线圈和被激体构成电磁换能单元，线圈和pzt振子经独立的导线组和整流桥与电源箱相连。

3、下摆板由耳板和扇形板构成，耳板经螺钉安装上摆板的轴座上，扇形板位于两个架立板之间，扇形板与架立板平行；扇形板和与其相对的架立板或架底板上分别安装有换能器和激励体，即：扇形板上安装有换能器时架立板或架底板上安装有激励体，架立板或架底板上安装有换能器时扇形板上安装有激励体；换能器和激励体安装在扇形板的侧面或弧面上，换能器和激励体安装在架底板或架立板上，相对安装的换能器和激励体构成捕能器。

4、激励体经隔磁垫安装在扇形板的侧面或架立板上，激励体和被激体位于以销轴的中心为圆心的同一圆周上；扇形板和架立板上安装有多个激励体或多个换能器时，激励体和换能器分别沿圆周方向等间隔排布；激励体的磁极沿销轴的圆周方向排布或沿销轴的轴向排布：磁极轴向配置时，两个圆周上相邻的激励体磁极为同性磁极；磁极圆周方向配置时，两个圆周上相邻的激励体磁极为异性磁极。

5、激励体经隔磁垫安装在扇形板的弧面或架底板上，激励体和被激体位于以销轴的中心为圆心的同心圆周上；扇形板和架立板上安装有多个激励体或多个换能器时，激励体和换能器分别沿圆周方向等间隔排布；激励体的磁极沿销轴的圆周方向排布或沿销轴的径向排布：磁极径向配置时，两个圆周上相邻的激励体磁极为同性磁极；磁极圆周方向配置时，两个圆周上相邻的激励体磁极为异性磁极。

6、本发明中，复位体与激励体的磁极配置方向相反，即复位体与激励体正对时其同性磁极相对；复位体、激励体及被激体的几何中心共线时，激励体对被激体的吸引力大于复位体的吸引力，被激体与激励体之间为吸引力、与复位体之间为排斥力。

7、工作中，上摆板绕销轴往复摆动，分别安装在下摆板和u型架上的换能器和激励体相对运动，被激体在激励体和复位体的联合作用下在外侧壳的壳内腔中往复地运动和滚动，从而使穿过线圈的被激体的磁力线方向交替变化，线圈切割磁力线，电磁换能单元发电；同时，被激体在壳内腔中往复运动的过程中撞击并挤压pzt振子，压电换能单元发电、压电片应力变化发电；所生成电能经转换处理后供给监测及声光系统。

8、以图2为例，被激体的激励与运动过程如下：当复位体、被激体及激励体的几何中心共线时，激励体对被激体的吸引力较大，被激体和激励体的异性磁极相对；当激励体远离被激体时其间吸引力逐渐减小，被激体与复位体间的吸引力逐渐增加，待复位体对被激体吸引力大于激励体的吸引力时，被激体被吸到复位体的一侧且磁极翻转；此后，当激励体再次靠近并与被激体相吸时，激励体再次运动到激励体一侧并撞击pzt振子，pzt振子受撞击发电、线圈切割磁力线发电。

9、本发明中，操作者坐在上摆板上且静止不动时，可通过平衡簧的安装位置调节使上摆板处于水平状态，操作者附身-起身激励后上摆板可多次自由震荡。

10、本发明中，跷跷板可用于健身娱乐，也可用于单纯的振动能量回收发电；用于单纯的振动能量回收发电时，上摆板的一端需要安装惯性质量。

11、本发明的一种具有自供电智能系统的跷跷板，可用于健身娱乐，也可用于单纯的振动能量回收发电；用于单纯的振动能量回收发电时，跷跷板的结构及尺度需根据使用环境适当调整。

12、优势与特色：具有自发电供电的传感监测、语音播报及灯光闪烁等功能。

技术特征：

1.一种具有自供电智能系统的跷跷板，包括u型架、上摆板、换能器、激励体、平衡簧、传感器、led灯及电源箱，u型架由架底板与两个架立板构成，上摆板经销轴和两个平衡簧装在u型架上；下摆板装在上摆板上，下摆板的扇形板位于两架立板之间；换能器由外侧壳、内侧壳、pzt振子、线圈、被激体及复位体构成， pzt振子由金属片与压电片粘接而成；其特征在于：外侧壳上设有壳内腔和壳外腔，内侧壳的底壁上嵌有复位体；外侧壳和内侧壳相连并将pzt振子压接在中间， pzt振子将线圈和被激体分别封装在壳外腔和壳内腔中；被激体、复位体及激励体均由永磁材料制成，被激体为球体或磁极沿径向分布的柱体；柱状被激体的轴线与线圈轴线垂直；扇形板和与其相对的架立板或架底板上分别装有换能器和激励体；复位体与激励体的磁极配置方向相反，复位体、激励体及被激体的几何中心共线时激励体对被激体的吸引力大于复位体的吸引力，被激体与激励体之间为吸引力、与复位体之间为排斥力；上摆板绕销轴往复摆动时，分别装在下摆板和u型架上的换能器和激励体相对运动，被激体在激励体和复位体的联合作用下在外侧壳的壳内腔中往复地运动和滚动，穿过线圈的被激体的磁力线方向交替变化，线圈切割磁力线发电；被激体在壳内腔中往复运动时撞击并挤压pzt振子，压电片应力变化发电，所生成电能经转换处理后供给监测及声光系统。

2.根据权利要求1所述的一种具有自供电智能系统的跷跷板，其特征在于：换能器和激励体分别装在扇形板的侧面或架立板上，激励体和被激体位于以销轴的中心为圆心的同一圆周上；激励体的磁极沿销轴圆周方向或轴向排布，磁极轴向配置时两圆周上相邻的激励体磁极为同性磁极，磁极圆周方向配置时两圆周上相邻的激励体磁极为异性磁极。

3.根据权利要求1所述的一种具有自供电智能系统的跷跷板，其特征在于：换能器和激励体分别装在扇形板的弧面或架底板上，激励体和被激体位于以销轴的中心为圆心的同心圆周上；激励体的磁极沿销轴的圆周方向或径向排布，磁极径向配置时两个圆周上相邻的激励体磁极为同性磁极，磁极圆周方向配置时两个圆周上相邻的激励体磁极为异性磁极。

技术总结本发明涉及一种具有自供电智能系统的跷跷板，属运动器材领域；主要包括U型架、上下摆板、换能器、传感器、LED灯及电源箱，上摆板装在U型架上，下摆板装在上摆板上且其扇形板位于架立板之间；换能器由内外侧壳、PZT振子、线圈、被激体及复位体构成；外侧壳上设有壳内腔和壳外腔，内侧壳上嵌有复位体；内外侧壳相连并将PZT振子压接在中间，PZT振子将线圈和被激体分别封装在壳外腔和壳内腔中；被激体、复位体及激励体为永磁体；扇形板和与其相对的架立板或架底板上分别装有换能器和激励体；上摆板绕销轴往复摆动时换能器和激励体相对运动，被激体在壳内腔中往复滚动，穿过线圈的磁力线方向及压电片应力交替变化并发电，电能供给监测及声光系统。技术研发人员：鄂世举,周积俊,于林俊,徐齐平,陈松,孟凡许,王淑云,程光明受保护的技术使用者：浙江师范大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17