一种机械式振动能量采集模块制造技术

本发明专利技术公开了一种机械式振动能量采集模块，齿条或者驱动齿轮直接受到振动产生的压力推力以及振动物体的弹性力，使驱动齿轮在齿条上转动并发生上下的相对位移，驱动齿轮从而驱动主轴转动输入机械能，由单向轴承控制两个驱动齿轮在转动过程中只能在一个方向上给主轴传递力矩，使得主轴在复杂振动的往复运动过程中保持一个方向转动，并通过变速箱加速后驱动发电机，发电机高速运转输出电能。本发明专利技术依靠振动的驱动力工作，摆脱了振动加速度以及频率限制，能在低频振动下实现高功率输出，且特殊的机械结构提升了机械能的传输效率，可用于大功率的监测等系统使用，适用范围广。

A Mechanical Vibration Energy Acquisition Module

The invention discloses a mechanical vibration energy acquisition module, in which the rack or driving gear is directly subjected to the pressure and thrust generated by the vibration and the elastic force of the vibration object, so that the driving gear rotates on the rack and relative displacement occurs up and down, driving the gear to drive the spindle to rotate and input mechanical energy, and the two driving gears are controlled by a one-way bearing only in one rotation process. \u65b9\u5411\u4e0a\u7ed9\u4e3b\u8f74\u4f20\u9012\u529b\u77e9\uff0c\u4f7f\u5f97\u4e3b\u8f74\u5728\u590d\u6742\u632f\u52a8\u7684\u5f80\u590d\u8fd0\u52a8\u8fc7\u7a0b\u4e2d\u4fdd\u6301\u4e00\u4e2a\u65b9\u5411\u8f6c\u52a8\uff0c\u5e76\u901a\u8fc7\u53d8\u901f\u7bb1\u52a0\u901f\u540e\u9a71\u52a8\u53d1\u7535\u673a\uff0c\u53d1\u7535\u673a\u9ad8\u901f\u8fd0\u8f6c\u8f93\u51fa\u7535\u80fd\u3002 The invention relies on the driving force of vibration, breaks away from the vibration acceleration and frequency limitation, can achieve high power output under low frequency vibration, and the special mechanical structure improves the transmission efficiency of mechanical energy, can be used in high power monitoring system, etc., and has a wide application range.

【技术实现步骤摘要】
一种机械式振动能量采集模块
本专利技术属于能量采集设备
，具体涉及一种机械式振动能量采集模块。
技术介绍
传统的振动能量采集模块(如压电陶瓷和振动线圈)是由振动所产生的加速度驱动从而实现能量转化的，其振动部分的质量(惯性)决定了输入机械能的上限，由于其质量较小，最大输出功率仅为数十毫瓦。在低频振动下，例如铁轨振动等，由于加速度较小，这一类现有振动能量采集模块的输出功率往往会降低至1mw以下，无法将其将其输出能量提供于监测及其它系统使用。还有其它振动能量采集模块，如采用压电换能器的压电式振动能量采集，将很小的振动或应变差转换为电能，但这类压电式振动能量采集器件的输出功率仅为数毫瓦，只能驱动低功率的器件，无法用于大功率的监测等系统使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：解决目前振动能量采集模块针对低频振动的能量采集的输出功率过低，只能驱动低功率的器件，无法用于大功率的监测等系统使用，适用范围小的问题，提出了一种机械式振动能量采集模块。本专利技术采用的技术方案如下：一种机械式振动能量采集模块，包括：同轴安装在主轴上的第一驱动齿轮和第二驱动齿轮，且第一驱动齿轮和第二驱动齿轮与主轴之间设置有单向轴承，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的一侧的分别契合设置有第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条方向相对设置，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮由振动驱动其分别在第一齿条和第二齿条上转动并发生上下的相对位移，主轴由单向轴承、第一驱动齿轮和第二驱动齿轮共同驱动并保持单向转动，主轴上还安装有用于对主轴转动加速的变速箱，变速箱的输出轴连接发电机，发电机由变速箱的输出轴转动驱动发电。进一步，所述发电机上还设置有用于使发电机连续驱动的飞轮。进一步，所述发电机采用内置飞轮的发电机。进一步，所述变速箱采用机械加速装置。进一步，所述变速箱采用加速行星齿轮箱。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，齿条或者驱动齿轮直接受到振动产生的压力推力以及振动物体的弹性力，使驱动齿轮在齿条上转动并发生上下的相对位移，驱动齿轮从而驱动主轴转动输入机械能，由单向轴承控制两个驱动齿轮在转动过程中只能在一个方向上给主轴传递力矩，使得主轴在复杂振动的往复运动过程中保持一个方向转动，并通过变速箱加速后驱动发电机，发电机高速运转输出电能，本专利技术采用由低频振动产生的较大压力推力以及振动物体的较大弹性力来驱动，可使机械式振动能量采集模块获得高功率的机械能输入，依靠振动的驱动力工作，摆脱了振动加速度以及频率限制，能在低频振动下实现高功率输出，且特殊的机械结构提升了机械能的传输效率，电机能在振动的复杂运动驱动下输出高达数十瓦的稳定电能，约为传统能量采集模块的一千倍，可用于大功率的监测等系统使用，适用范围广。且机械式结构，易于定制，可以适应于各种路段全覆盖，能够适应各类恶劣环境，具备较长适应寿命且量产成本低，易于量产和广泛应用。2、本专利技术中，发电机上还设置有用于使发电机连续驱动的飞轮或者直接采用内置飞轮的发电机，在一些振动能量并不连续的情况下，可以通过飞轮让发电机连续驱动，以便于发电机更加平稳的运行输出更加稳定的电能，提升能量转化效率。3、本专利技术中，采用机械式的加速行星齿轮箱对主轴的转动进行加速，满足全机械化的使用方式，适用范围广，行星齿轮箱利用机械能进行快速地加速，其加速效率高，有助于提升能量转化效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。图1为本专利技术机械式振动能量采集模块整体结构示意图；图2为本专利技术实施例1中机械式振动能量采集模块在普通铁路上安装使用示意图；图3为本专利技术实施例1中机械式振动能量采集模块在无砟轨道上安装使用示意图；图4为本专利技术单向轴承示意图；图5为本专利技术实施例1中振动向下时在单向轴承的方向控制作用下驱动齿轮驱动主轴单向转动的工作示意图；图6为本专利技术实施例1中振动向上时在单向轴承的方向控制作用下驱动齿轮驱动主轴单向转动的工作示意图；图7为本专利技术实施例2中采用飞轮的机械式振动能量采集模块整体结构示意图；图中标记：1-第一驱动齿轮，2-第二驱动齿轮，3-主轴，4-第一齿条，5-第二齿条，6-单向轴承，7-变速箱，8-发电机，9-路基，10-铁轨，11-枕木，12-滚子，13-外环，14-内环，15-飞轮。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本专利技术较佳实施例提供的一种机械式振动能量采集模块，如图1所示，包括：第一驱动齿轮1和第二驱动齿轮2，第一驱动齿轮1和第二驱动齿轮2同轴安装在主轴3上，第一驱动齿轮1的一侧契合设置有第一齿条4，第二驱动齿轮2的一侧契合设置有第二齿条5，第一齿条4和第二齿条5方向相对设置，第一驱动齿轮1和第二驱动齿轮2由振动驱动其分别在第一齿条4和第二齿条5上转动并发生上下的相对位移，第一驱动齿轮1和第二驱动齿轮2与主轴3之间设置有单向轴承6，主轴3由单向轴承6、第一驱动齿轮1和第二驱动齿轮2共同驱动并保持单向转动，主轴3上还安装有用于对主轴3转动加速的变速箱7，变速箱7的输出轴连接发电机8的转子轴，发电机8由变速箱7的输出轴驱动转子轴转动发电。单向轴承6设置有2个，在每个驱动齿轮里面一个，和主轴相连，锁止方向相同。在本实施例中将其应用于铁轨的振动能量采集，列车行驶会致使铁轨产生0.5～7HZ的低频振动，由于火车质量巨大，铁轨低频振动所具备的能量可达数十千瓦，较大的车轮的压力以及铁轨的弹性力，高达上万牛顿，通过推力驱动，可使本专利技术机械式振动能量采集模块获得高功率的机械能输入。以我国高铁为例，当具备8节车厢的列车(总长213米)以300km/h的速度行驶时，其引起的轨道振动包含25.6-51.2KW的能量，其中可获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械式振动能量采集模块，其特征在于：包括：同轴安装在主轴(3)上的第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)，且第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)与主轴(3)之间设置有单向轴承(6)，第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)的一侧的分别契合设置有第一齿条(4)和第二齿条(5)，第一齿条(4)和第二齿条(5)方向相对设置，第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)由振动驱动其分别在第一齿条(4)和第二齿条(5)上转动并发生上下的相对位移，主轴(3)由单向轴承(6)、第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)共同驱动并保持单向转动，主轴(3)上还安装有用于对主轴(3)转动加速的变速箱(7)，变速箱(7)的输出轴连接发电机(8)，发电机(8)由变速箱(7)的输出轴转动驱动发电。

【技术特征摘要】
1.一种机械式振动能量采集模块，其特征在于：包括：同轴安装在主轴(3)上的第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)，且第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)与主轴(3)之间设置有单向轴承(6)，第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)的一侧的分别契合设置有第一齿条(4)和第二齿条(5)，第一齿条(4)和第二齿条(5)方向相对设置，第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)由振动驱动其分别在第一齿条(4)和第二齿条(5)上转动并发生上下的相对位移，主轴(3)由单向轴承(6)、第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)共同驱动并保持单向转动，主轴(3)上还安装有用...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁力，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51