本发明专利技术涉及一种基于共振的四路并列式异步转化振动能量采集器，由共振系统，换向系统和输出系统三部分组成，三大系统之间由机械联接保证相对运动关系。多个该种振动能量采集器还可与液压系统组合应用，形成网络化的振动能量采集系统，实现三维空间内大跨度、多频段振动能量的联合采集利用。该采集器应用了两自由度振动系统在共振频带内可获得较大振幅的采集原理，可实现特定频段振动能量针对性采集和多频段振动能量大范围采集，具有采集效率高、频率适应范围大和采集效果明显的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种振动能量采集装置，具体涉及一种基于共振的四路并列式异步转化振动能量采集器，可不主动消耗能源，通过系统自身与振动环境发生共振来实现环境振动能量的采集，属于机械振动、能源再利用、振动发电等
技术介绍
振动无处不在，如车辆抖动，隧道桥梁的振动甚至娱乐器械的来回运动都是振动的表现，振动能是环境中普遍存在的一种能量源形式。目前对环境中振动能量的采集利用多集中在无线电等微电子领域，采集功率小、应用范围较窄，而地铁、桥梁、隧道等大型结构体的振动蕴含着的强大能量却很少被人们利用。现有一些通过悬臂梁与外界环境谐振来获取环境振动能量的专利技术专利还存在谐振频率过高、采集效率低下的问题，一些利用膜片泵拾取振动能量的专利技术专利也还存在采集效率低、制造成本高、难以实现空间大范围组网采集等不足。为解决目前振动能量采集的上述问题，本专利技术提出了一种基于共振原理的新型振动能量采集装置。本装置从原理上实现了振动能量的高效采集且对被采集物体的振动频率要求较低，其输出端可以直接对外做功，也可与普通发电机串联实现振动能量的进一步存储和再利用。此外，多个该种采集器还可与液压系统组合建立多频段、大范围的网络化采集系统，实现振动能量的最大化采集利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于共振的四路并列式异步转化振动能量采集器，该采集器以环境中宏观结构体的振动为动力源(如地铁路基，隧道的振动等)，通过采集器的共振系统与外界振源发生共振，从而获得大幅度的往返运动，再通过换向机构将往返运动转化为连续周转运动，最后通过输出系统将四路并列的异步转动整合为输出端的一路高速转动。该能量采集器是基于两自由度系统的共振原理实现能量采集的，采集效率高、效果明显。振动能量采集器的输出端经四路并列异步输入整合后可以实现连续高速整周转动，故可以直接带负载工作，也可以将输出端与普通发电机相联实现振动能量的转化和存储。此外，多个该种采集器可与液压系统联合组网，形成三维空间内多频段、高效能的振动能量采集网络系统。该基于共振的四路并列式异步转化振动能量采集器主要由共振系统、换向系统、输出系统三部分组成。(1)共振系统：共振系统由四组沿圆周均布的共振机构并列组成，四组共振机构结构完全相同，如图6。转动支座A101、A106分别通过螺栓与第一层安装板B120紧固联接。螺纹轴A102依次穿过转动支座A101、A106，并通过弹性垫圈和六角螺母与转动支座A101、A106紧固。螺纹轴A102中部通过深沟球轴承与增力连杆A130配合联接。增力连杆A130通过深沟球轴承与主弹簧振子A126一侧的小轴联接。主弹簧振子A126另一侧的小轴通过深沟球轴承与增力连杆A111配合联接。辅助弹簧振子A131和滑块座A124分别穿过主弹簧振子上下端的细长轴，并通过弹簧A132和A133与主弹簧振子A126联接。滑块座A124通过螺钉与滑块A125紧固。滑块A125通过下端的燕尾槽与导轨A107形成滑动副。导轨A107通过螺钉与第二层安装板B118紧固。增力连杆A111、滑块座A135与滑块轴A117(见图3)通过深沟球轴承配合联接。滑块A118通过螺钉紧固在滑块轴A117(见图3)端面的法兰上。滑块A118通过下端燕尾槽与导轨A119形成滑动副。导轨A119通过螺栓与摆动臂A120紧固。滑块座A135通过螺钉与滑块A134紧固。滑块A134通过下端的燕尾槽与导轨A116形成滑动副。导轨A116通过螺栓与第一层安装板B120紧固。第一层安装板B120通过多个底板支座B119以螺栓联接与第二层安装板B118紧固，构成采集器的整体支架。(2)换向系统：换向系统由四组沿圆周均布的换向机构并列组成，四组换向机构结构完全相同，如图7。换向机构通过摆动臂A120与共振机构形成功能过渡联接。摆动臂A120通过普通A型平键与摆动轴B105周向定位，摆动臂A120通过弹簧垫圈和六角螺母与摆动轴B105紧固。摆动轴B105通过一对深沟球轴承与双臂轴承座B103配合联接。双臂轴承座B103通过螺栓与第一层安装板B120紧固(见图4、6)。棘爪盘B108通过弹簧垫圈和六角螺母紧固在摆动轴B105的另一端，并通过普通A型平键与摆动轴B105周向定位。挡块G通过螺钉紧固在棘爪盘B108圆环端面上。棘爪F通过螺钉限定在棘爪盘B108圆环端面上只能绕螺钉转动，扭转弹簧(图中被遮挡未标出)穿过螺钉分别与棘爪盘B108和棘爪F焊接联接。小锥齿轮轴B117通过深沟球轴承与双臂轴承座B112配合联接。双臂轴承座B112通过螺栓与第一层安装板B120紧固。棘轮B109通过普通A型平键与小锥齿轮轴B117周向定位，棘轮B109通过弹簧垫圈、六角螺母与小锥齿轮轴B117紧固。棘轮B109与棘爪F、挡块G及棘爪盘B108形成棘轮机构。小锥齿轮B114通过普通A型平键与小锥齿轮轴B117周向定位，并通过弹簧垫圈、六角螺母与小锥齿轮轴B117紧固。小锥齿轮B114作为换向结构的输出端，通过锥齿轮副与输出系统形成功能联接。(3)输出系统：输出系统能够将四路并列小锥齿轮的异步周转运动，整合为一路连续高速整周转动并通过负载轮对输出功率，如图8。大锥齿轮C103通过普通A型平键与大锥齿轮轴C107周向定位，大锥齿轮C103通过弹簧垫圈，六角螺母与大锥齿轮轴C107紧固。大锥齿轮轴C107通过一对深沟球轴承与大锥齿轮轴筒C106配合联接。大锥齿轮上端盖C104(见图4)、大锥齿轮下端盖C109的柱面分别与大锥齿轮轴筒C106内表面配合，并通过螺栓与大锥齿轮轴筒紧固，同时使大锥齿轮上端盖C104(见图4)、大锥齿轮下端盖C109分别紧靠大锥齿轮轴筒C106内一对轴承的外圈。大锥齿轮轴筒C106、大锥齿轮下端盖C109通过螺栓与第一层安装板B120紧固。负载轮C108(见图4)通过普通A型平键与大锥齿轮轴C107周向定位，负载轮C108通过弹簧垫圈、六角螺母与大锥齿轮轴C107的下端紧固。负载轮C108为输出系统的末端，也是整个振动能量采集器的输出端。本专利技术的一种基于共振的四路并列式异步转化振动能量采集器的工作原理：在振动能量采集器共振系统的每一路共振机构中，主弹簧振子A126、辅助弹簧振子A131及相应的弹簧A132、A133构成一个两自由度振动系统，将采集器固定在大型宏观振动体(如地铁路基、隧道、桥梁等)上，当宏观振动体带动采集器振动时，宏观振动体将为采集器提供位移激励，当外界振源频率处于<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于共振的四路并列式异步转化振动能量采集器，其特征在于：该
采集器包括共振系统、换向系统、输出系统：
(一)共振系统：共振系统由四组沿圆周均布的共振机构并列组成，四组
共振机构结构完全相同；结构如下：两转动支座(A101、A106)分别通过螺栓
与第一层安装板(B120)紧固联接；螺纹轴(A102)依次穿过两转动支座(A101、
A106)，并与两转动支座(A101、A106)紧固；螺纹轴(A102)中部通过深沟球
轴承与增力连杆(A130)配合联接；增力连杆(A130)通过深沟球轴承与主弹
簧振子(A126)一侧的小轴联接；主弹簧振子(A126)另一侧的小轴通过深沟
球轴承与增力连杆(A111)配合联接；辅助弹簧振子(A131)和滑块座(A124)
分别穿过主弹簧振子上下端的细长轴，并通过两弹簧(A132、A133)与主弹簧
振子(A126)联接；滑块座(A124)通过螺钉与滑块(A125)紧固；滑块(A125)
通过下端的燕尾槽与导轨(A107)形成滑动副；导轨(A107)通过螺钉与第二
层安装板(B118)紧固；增力连杆(A111)、滑块座(A135)与滑块轴(A117)
通过深沟球轴承配合联接；滑块(A118)通过螺钉紧固在滑块轴(A117)端面
的法兰上；滑块(A118)通过下端燕尾槽与导轨(A119)形成滑动副；导轨(A119)
通过螺栓与摆动臂(A120)紧固；滑块座(A135)通过螺钉与滑块(A134)紧
固；滑块(A134)通过下端的燕尾槽与导轨(A116)形成滑动副；导轨(A116)
通过螺栓与第一层安装板(B120)紧固；第一层安装板(B120)通过多个底板
支座(B119)以螺栓联接与第二层安装板(B118)紧固，构成采集器的整体支
架；
(二)换向系统：换向系统由四组沿圆周均布的换向机构并列组成，四组
换向机构结构完全相同；换向机构通过摆动臂(A120)与共振机构形成功能过
渡联接；摆动臂(A120)通过普通A型平键与摆动轴(B105)周向定位，摆动
臂(A120)通过弹簧垫圈和六角螺母与摆动轴(B105)紧固；摆动轴(B105)
通过一对深沟球轴承与双臂轴承座(B103)配合联接；双臂轴承座(B103)通
过螺栓与第一层安装板(B120)紧固；棘爪盘(B108)通过弹簧垫圈和六角螺
母紧固在摆动轴(B105)的另一端，并通过普通A型平键与摆动轴(B105)周
向定位；挡块(G)通过螺钉紧固在棘爪盘(B108)圆环端面上；棘爪(F)通
过螺钉限定在棘爪盘(B108)圆环端面上...
【专利技术属性】
技术研发人员：边宇枢，李杰，高智慧，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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