一种低频振动能量采集装置

1.本实用新型涉及能量采集技术领域，尤其是一种低频振动能量采集装置。


背景技术：

2.现实生活中存在大量低频振动环境，产生较可观的振动能量，与太阳能、风能等都可以进行能量采集，为人们提供生活所需的电能。但实际生活中的振动能大部分以能量消散的方式消耗，造成了较大的能量浪费。若能将低频振动环境中的振动能进行收集，进行发电，将会产生较客观的绿色能源，能够作为除太阳能、风能外的一种可供替补方案。
3.在相关能量采集技术中，大多采用单一的能量采集方式，但是单一能量的采集具有一定的局限性，存在采集能量有限、采集效率较低、输出功率较小等问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种结构简单、采集效率高的低频振动能量采集装置。
5.本实用新型所采取的技术方案是：
6.一种低频振动能量采集装置，包括：
7.底座；
8.圆柱形空腔体和活塞组件，所述圆柱形空腔体固定在所述底座上，所述圆柱形空腔体的侧面上设有通风口，所述活塞组件设置在所述圆柱形空腔体中，且所述活塞组件可上下运动；
9.风能采集组件，所述风能采集组件用于采集所述通风口处的风能；
10.电磁感应组件，所述电磁感应组件包括悬臂、弹性结构、磁体以及线圈，所述悬臂的一端固定在所述圆柱形空腔体的外表面，所述磁体通过所述弹性结构悬挂在所述悬臂的另一端，所述线圈设置在所述底座上，且所述线圈位于所述磁体下方。
11.进一步，所述活塞组件包括顶层圆板和第一弹簧，所述第一弹簧的底端固定在所述圆柱形空腔体的底部，所述第一弹簧的顶端固定在所述顶层圆板的底部，所述顶层圆板垂直于所述圆柱形空腔体的轴向。
12.进一步，所述活塞组件还包括第一限位装置和第二限位装置，所述第一弹簧的底端通过所述第一限位装置固定在所述圆柱形空腔体的底部，所述第一弹簧的顶端通过所述第二限位装置固定在所述顶层圆板的底部。
13.进一步，所述风能采集组件包括风扇和支柱，所述支柱的底端固定在所述底座上，所述风扇设置在所述支柱上，且所述风扇靠近所述通风口设置。
14.进一步，所述风能采集装置包括风扇和连接结构，所述风扇通过所述连接结构设置在所述圆柱形空腔体上，且所述风扇位于所述通风口内。
15.进一步，所述电磁感应组件包括第一电磁感应组件和第二电磁感应组件，所述第一电磁感应组件和所述第二电磁感应组件分别设置在所述圆柱形空腔体的两侧。
16.进一步，所述低频振动能量采集装置还包括能量存储模块，所述风能采集组件的输出端和所述线圈的输出端均与所述能量存储模块的输入端电连接。
17.进一步，所述能量存储模块设置在所述底座内部，所述风能采集组件的输出端和所述线圈的输出端均通过导线连接至所述能量存储模块的输入端。
18.本实用新型的有益效果是：低频振动能量采集装置包括底座、圆柱形空腔体、活塞组件、风能采集组件以及电磁感应组件，电磁感应组件包括悬臂、弹性结构、磁体以及线圈，在使用时通过底板将该装置固定在存在低频振动的环境中，通过环境带动该装置振动，一方面驱动圆柱形空腔体内的活塞组件上下运动，从而在圆柱形空腔体的通风口处产生风能，并通过风能采集装置进行采集，另一方面驱动悬挂在悬臂上的磁体上下运动，通过切割位于磁体下方的线圈的磁感线，从而产生电能便于进行采集。本实用新型结构简单，能够将低频振动环境中的振动能转化为风能和电能进行采集，大大提高了低频振动能量采集的效率，并能够为微型传感器等设备进行供电，有效地利用了低频振动环境中的清洁能源，节省了资源。
附图说明
19.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为本实用新型实施例提供的一种低频振动能量采集装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例提供的一种低频振动能量采集装置的立体图。
22.附图标记：
23.10、底座；20、圆柱形空腔体；201、通风口；30、活塞组件；301、顶层圆板；302、第一弹簧；303、第一限位装置；304、第二限位装置；40、风能采集组件；401、风扇；402、支柱；50、电磁感应组件；501、悬臂；502、弹性结构；503、磁体；504、线圈。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
25.参照图1和2，本实用新型实施例提供了一种低频振动能量采集装置，包括：
26.底座10；
27.圆柱形空腔体20和活塞组件30，圆柱形空腔体20固定在底座10上，圆柱形空腔体20的侧面上设有通风口201，活塞组件30设置在圆柱形空腔体20中，且活塞组件30可上下运动；
28.风能采集组件40，风能采集组件40用于采集通风口201处的风能；
29.电磁感应组件50，电磁感应组件50包括悬臂501、弹性结构502、磁体503以及线圈504，悬臂501的一端固定在圆柱形空腔体20的外表面，磁体503通过弹性结构502悬挂在悬臂501的另一端，线圈504设置在底座10上，且线圈504位于磁体503下方。
30.具体地，如图1所示为本实用新型实施例提供的低频振动能量采集装置的透视图，
其示出了圆柱形空腔体20内部的活塞组件30；如图2所示为本实用新型实施例提供的低频振动能量采集装置的立体图，并未示圆柱形空腔体20的内部结构。
31.本实用新型实施例在使用时通过底座10将该装置固定在存在低频振动的环境中，通过环境带动该装置振动，一方面驱动圆柱形空腔体20内的活塞组件30上下运动，从而在圆柱形空腔体20的通风口201处产生风能，并通过风能采集组件40进行采集，另一方面驱动悬挂在悬臂501上的磁体503上下运动，通过切割位于磁体503下方的线圈504的磁感线，从而产生电能便于进行采集。本实用新型实施例结构简单，能够将低频振动环境中的振动能转化为风能和电能进行采集，大大提高了低频振动能量采集的效率，并能够为微型传感器等设备进行供电，有效地利用了低频振动环境中的清洁能源，节省了资源。
32.参照图1，进一步作为可选的实施方式，活塞组件30包括顶层圆板301和第一弹簧302，第一弹簧302的底端固定在圆柱形空腔体20的底部，第一弹簧302的顶端固定在顶层圆板301的底部，顶层圆板301垂直于圆柱形空腔体20的轴向。
33.具体地，顶层圆板301的直径略小于圆柱形空腔体20的内径，且顶层圆板301具有一定的质量，在静止状态时，顶层圆板301的重力与第一弹簧302的支撑力达到受力平衡，当位于低频振动环境中时，底板和圆柱形空腔体20发生振动，导致第一弹簧302的形变发生变化，从而打破了顶层圆板301的受力平衡，这样在第一弹簧302的牵引作用下，顶层圆板301会沿着圆柱形空腔体20的轴向上下运动，从而压缩圆柱形空腔体20内的空气，产生风能，又由于圆柱形空腔体20上开设有通风口201，因此可以通过设置在通风口201处的风能采集装置对产生的风能进行采集。
34.可选地，通风口201的大小与圆柱形空腔体20的体积相比较小，在顶层圆板301沿垂直方向运动时，而较小的泄压面积保证了一定的出风量，便于风能的采集。
35.可选地，低频振动环境中，第一弹簧302会做压缩
‑
平衡
‑
拉伸的周期性运动，第一弹簧302的推力如果过大可能导致顶层圆板301脱离圆柱形空腔体20，产生结构碰撞的风险，故可以增加顶层圆板301的重量或在其上部放置一定质量的物体，使顶层圆板301在上下运动时不脱离圆柱形空腔体20。
36.参照图1，进一步作为可选的实施方式，活塞组件30还包括第一限位装置303和第二限位装置304，第一弹簧302的底端通过第一限位装置303固定在圆柱形空腔体20的底部，第一弹簧302的顶端通过第二限位装置304固定在顶层圆板301的底部。
37.具体地，第一限位装置303和第二限位装置304用于约束第一弹簧302在变形时不发生水平位移，确保顶层圆板301可以沿圆柱形空腔体20的轴向上下运动。
38.参照图1和2，进一步作为可选的实施方式，风能采集组件40包括风扇401和支柱402，支柱402的底端固定在底座10上，风扇401设置在支柱402上，且风扇401靠近通风口201设置。
39.具体地，在通风口201外设置风扇401，风扇401通过支柱402固定在底板上，通过通风口201处的风力作用驱动风扇401的扇叶转动，从而带动小型发电机产生电能。
40.进一步作为可选的实施方式，风能采集装置包括风扇和连接结构，风扇通过连接结构设置在圆柱形空腔体上，且风扇位于通风口内。
41.具体地，在另一个实施例中，可将风扇直接设置在通风口内，并通过连接结构将风扇的轴与圆柱形空腔体固定，同样可以通过通风口处的风力作用驱动风扇产生电能。
42.参照图1和2，进一步作为可选的实施方式，电磁感应组件50包括第一电磁感应组件和第二电磁感应组件，第一电磁感应组件和第二电磁感应组件分别设置在圆柱形空腔体20的两侧。
43.具体地，本实用新型实施例中，第一电磁感应组件和第二电磁感应组件均包括悬臂501、弹性结构502、磁体503和线圈504，且第一电磁感应组件和第二电磁感应组件对称设置(如图1和2所示)，弹性结构502采用弹簧。圆柱形空腔体20两侧分别与两个悬臂501相连，悬臂501末端与弹簧的一端固定，弹簧的另一端设有磁体503，在底座10与磁体503相对应的位置设置有线圈504，随着装置振动，磁体503会沿垂直方向上下移动，从而切割线圈504的磁感线，使得通过线圈504的磁通量会不断发生变化，进而产生电能。
44.可选地，悬臂501的材质采用硬质塑料，其固定高度可根据磁体503与线圈504的距离决定，即在保证磁体503与线圈504不发生碰撞的同时，使得电磁感应产生的电能尽可能大。
45.进一步作为可选的实施方式，低频振动能量采集装置还包括能量存储模块，风能采集组件40的输出端和线圈504的输出端均与能量存储模块的输入端电连接。
46.具体地，能量存储模块用于存储风能采集组件40和线圈504采集的能量。
47.进一步作为可选的实施方式，能量存储模块设置在底座10内部(图1和图2中均未示出)，风能采集组件40的输出端和线圈504的输出端均通过导线连接至能量存储模块的输入端。
48.具体地，导线可直接穿入底座10与内部的能量存储模块电连接，将风扇401与线圈504所产生的电能进行存储。导线可采用防腐蚀防水导线，使得该装置可以应用在不同环境。
49.可选地，在不同的低频振动环境中，使装置的固有频率与环境的激发频率保持相近，能够使振动更为剧烈，使装置的集电效率达到最大。
50.可以理解的是，本实用新型可以安装桥梁、船舶等低频振动环境中，对环境的振动能进行收集，一方面将振动能转化为风能，然后再将风能转化为电能进行存储；另一方面直接将振动能直接转化为电能进行存储。存储的能量可以为小型设备进行供电，实现不同环境的健康监测，收集绿色能源的同时，可以将所收集的电能进行有效利用，节省资源且十分环保。
51.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
52.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
53.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
54.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
56.以上对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。