一种基于双棘轮的振动能俘获装置

本发明属于振动能量俘获，具体涉及一种基于双棘轮的振动能俘获装置。

背景技术：

1、随着电子设备和传感技术的飞速发展，人们对便携式电源的需求不断增加，对低功耗设备和传统电池续航的要求也日益提高。在环保意识不断提升的背景下，绿色能源备受关注，因此能量收集技术备受青睐。其中，振动能能量采集技术是一种常见且有效的方式，利用人体运动、交通运输、机器振动等运动能量来源，将动能转化为电能。这种技术的优点在于使用方便、无需外部电源和电池，为低功耗电子设备提供可靠的续航能力。在一些特殊场合，如无线传感器网络、远程监控等应用中，振动能能量俘获技术展现了巨大的潜力，为设备供电提供了新的解决方案。

2、目前，各种发电方案如利用压电悬臂梁、电感电容振荡电路、自激振荡电路等。这些方案都具有一定限制，如效率、成本、适应性等。虽然利用压电材料发电的方法可以将机械能直接转换为电能，但是这种方法的转换效率低，且用电磁方式对振动能进行能量采集也是当下研究的热门之一。总体来说，针对人体运动或其他设备产生的微弱动能，直接采集的效率有限，因此需要将收集到的动能进行放大，以提高能量采集效率。

技术实现思路

1、本发明目的：一种基于双棘轮的振动能俘获装置，通过齿条和中间大齿轮配合将直线的往复运动转化为旋转的圆周转动，实现了运动形式的转换，后续又经过中间大齿轮和前侧/后侧小齿轮的相互啮合，使得棘爪和棘轮相互作用将转速进行多级放大，解决某些运动产生的振动能较小，从而导致能量无法有效收集并回收利用的问题。

2、本发明通过如下技术方案来解决上述存在的技术问题：一种基于双棘轮的振动能俘获装置，包括：

3、包括上压板、下压板、弹簧、四个定位光轴、齿条、中间大齿轮、前侧小齿轮、后侧小齿轮、两个前侧同向棘爪、两个后侧同向棘爪、三个轴承衬套、三个固定光轴、前侧同向内置凹槽棘轮、后侧同向内置凹槽棘轮、前侧海尔巴赫阵列磁铁、后侧海尔巴赫阵列磁铁、前侧线圈、后侧线圈、前框架板以及后框架板。

4、所述的弹簧一端固定在上压板上，另外一端固定在下压板上，所述的定位光轴一端固定设置在所述上压板上，另一端可以穿过下压板，其中上压板、下压板、弹簧、四个定位光轴组成能量采集器的按压单元。所述的齿条不带有齿痕部分穿过下压板固定在上压板上，齿条带有齿痕的部分与中间大齿轮相啮合，所述的中间大齿轮通过固定光轴来固定，所述的固定光轴一端固定在前框架板上，另一端通过轴承衬套固定在装置的后框架板上，其中齿条、中间大齿轮和前侧/后侧的小齿轮共同构成了能量采集器的运动转换单元。所述的中间大齿轮与前侧/后侧小齿轮相啮合，所述前侧/后侧小齿轮两端分别与两个前侧/后侧同向棘爪相连，并分别放置于带有同向内置凹槽的棘轮中，三者通过轴承衬套一端固定在装置的后框架板上，另外一端固定在装置的前框架板上，共同构成了能量采集器的单向传动单元。所述的前侧/后侧棘轮中各自内嵌12个小磁铁，分别构成前侧/后侧海尔巴赫阵列磁铁来增强磁场。所述的前侧/后侧线圈分别嵌于前后框架板的内部，且分别正对前侧/后侧海尔巴赫阵列磁铁呈均匀分布，共同构成了能量回收单元。

5、本装置的按压单元直接与外界动力源相连接，然后通过齿条带有齿痕部分与中间大齿轮的啮合将直线往复运动转变为圆周旋转运动，结合前侧/后侧小齿轮将转化后的圆周运动进行多级转速放大，显著提升最终棘轮的转速，最后通过能量回收单元，将动能转化为电能。该装置适用于收集道路交通领域以及人体运动中产生的振动能量，继而可以为某些电子设备进行供电。

6、本发明具有以下优点和有益效果：

7、本发明优点之一是采用弹簧，不仅可以将运动有效的传递，还可以帮助压板以及齿条恢复初始位置，缓和冲击，保证装置的高效工作；

8、本发明优点之二通过齿条和中间大齿轮配合将直线的往复运动转化为旋转的圆周转动，实现了运动形式的转换，后续又经过中间大齿轮和前侧/后侧小齿轮相啮合，使得棘爪和棘轮相互作用将转速进行多级放大，实现了对振动能的有效采集；

9、本发明优点之三是内置凹槽棘轮嵌入磁铁后的重量明显增重，可以用以增加其转动惯量，减少旋转磁铁动能的损失；

10、本发明优点之四是装置在受到外部作用力时，位于同向内置凹槽棘轮上的海尔巴赫阵列磁铁在增强磁场的同时，正对海尔巴赫阵列磁铁上方的线圈内部的磁通量将发生改变，产生感应电压，从而实现了将动能转换为电能，继而为电子设备进行供电。

技术特征：

1.一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求书1所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述按压单元的定位光轴一端是固定在上压板上，另一端是穿过下压板插入前后框架上设置的导向槽中，所述的定位光轴长度不小于上下压板之间的距离，且与所述齿条不带有齿痕部分长度相当。

3.根据权利要求书2所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述齿条不带有齿痕的部分穿过下压板固定在上压板上，齿条带有齿痕的部分完全位于下压板下方且与所述中间大齿轮相啮合，所述齿条带有齿痕部分的长度不小于中间大齿轮的外半径。

4.根据权利要求书3所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述中间大齿轮与放置在前侧/后侧内置凹槽棘轮中的后侧/前侧小齿轮直接接触啮合，所述的中间大齿轮和前侧/后侧小齿轮的圆心在同水平线上。

5.根据权利要求书4所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述的前侧/后侧小齿轮和后侧/前侧内置凹槽棘轮通过固定光轴固定，其所述固定光轴一端通过轴承衬套固定在前/后框架板上，另一端固定在后/前框架板。

6.根据权利要求书5所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述的用于固定中间大齿轮和前侧/后侧小齿轮的固定光轴相互之间平行放置，其所述的固定光轴长度不小于前框架板与后框架板之间的距离。

7.根据权利要求书5所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述的前侧小齿轮两端与两个前侧同向棘爪进行配合，并放置在后侧带有同向内置凹槽棘轮中，后侧小齿轮两端与两个后侧同向棘爪进行配合，并放置在前侧带有同向内置凹槽棘轮中，所述放置在带有内置凹槽棘轮中的小齿轮转动带动其两端的棘爪运动，从而使棘轮带动内嵌的海尔巴赫阵列磁铁转动。

8.根据权利要求书7所述的一种基于双棘轮的振动能俘获装置，其特征在于，所述的前侧/后侧带有同向内置凹槽棘轮中各自内嵌12个小磁铁构成两组海尔巴赫阵列磁铁，可以随着棘轮运动而运动，所述前后框架板各自内嵌6个线圈构成前侧/后侧两组线圈，前侧/后侧海尔巴赫阵列磁铁和前侧/后侧线圈相对放置呈均匀分布。

技术总结本发明公开了一种基于双棘轮的振动能俘获装置，包括上压板、下压板、弹簧、四个定位光轴、齿条、中间大齿轮、两个小齿轮、两对同向棘爪、三个轴承衬套、三个固定光轴、两个同向内置凹槽棘轮、两组海尔巴赫阵列磁铁，每组阵列各十二个小正方体磁铁、两组线圈，每组各六个线圈串联、前框架板和后框架板。通过齿条与中间大齿轮配合将外界的直线运动转变为圆周运动，后经中间大齿轮和两侧小齿轮啮合实现多级转速放大并提高棘轮转速，最后通过海尔巴赫阵列磁铁和线圈将动能转化为电能，它适用于收集道路交通和人体运动中的振动能量，为电子设备供电。技术研发人员：施阁,袁明珠,梁星,刘俊涛,黄烁,施芒,孙延伟受保护的技术使用者：中国计量大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23