22穿过齿轮箱32后插入并卡固于一级齿轮310中心；线圈组件包括若干绝缘绝磁的线圈绕组6和置于齿轮组件3上方的线圈架5，线圈架5由绝缘绝磁材料制成，线圈绕组6通过绝缘绝磁隔板间隔分区域设置于线圈架5 ;三级齿轮315的轴伸出齿轮箱32的箱盖36，轴的顶部连接有永磁体4，永磁体4与线圈绕组6 —一对应放置处于同一水平高度形成若干发电模块；耐压舱7设置于线圈架5上的中心位置，耐压舱7中放有蓄电池、加速度传感器、中央处理器和存储设备等。
[0035]其中，偏心重锤21的重量主要分布于离其轴心较远区域，且其惯性体积矩远离轴心，在立管发生振动时，惯性力作用在重心上，引起偏心重锤21绕着固定旋转轴14发生圆周运动。永磁体4与线圈绕组6的数量可根据发电量的实际需要进行增加或减少设置，使用灵活方便。齿轮箱32以及箱盖36上均开设有与各级齿轮安装位置相对应的安装孔。
[0036]为保证主壳体I以及偏心重锤21的顺利转动，底盖13上开设有以固定旋转轴14为圆心的环状弧形凹槽，齿轮箱32外侧箱底也开设有环状弧形凹槽；轴套22的上下两侧均设有轴肩24，且两个轴肩24上背对偏心重锤21的侧面上均开设有环状弧形凹槽，且分别与底盖13上的环状弧形凹槽和齿轮箱32箱底的环状弧形凹槽相适配。
[0037]轴套22侧壁的顶部还设置有齿轮键23，轴套22通过齿轮键23卡固于一级齿轮310上的键槽311。
[0038]齿轮箱32箱底上还设置有棘爪转柱34，棘爪转柱34外周穿入回力弹簧35后再套有棘爪33，棘爪33的另一端成钩爪状伸入一级齿轮310的齿根。本实施例中，棘爪转柱34呈细圆柱设置于与二级齿轮轴心和三级齿轮315轴心交线夹角为45°处，当然了，棘爪33也可以安装于齿轮箱32上的其他位置，其具体安装位置根据一级齿轮310的齿的角度和棘爪33顶部的角度来调节，尽可能不发生应力集中破坏结构即可。
[0039]三级齿轮315的轴上设有平键314，永磁体4上开设有与平键314相适配的永磁体键槽41，通过永磁体键槽41与平键314相连实现永磁体4与三级齿轮315的轴的连接。
[0040]线圈架5包括环形绝缘绝磁隔板、圆柱形绝缘绝磁隔板和若干矩形绝缘绝磁隔板，圆柱形绝缘绝磁隔板设置于环形绝缘绝磁隔板的中心位置，矩形绝缘绝磁隔板均匀设置于圆柱形绝缘绝磁隔板的侧壁，并沿向圆柱形绝缘绝磁隔板径向向外周延伸，形成若干相对独立的绝缘绝磁空间；发电模块分别位于不同的绝缘绝磁空间；耐压舱7与环形绝缘绝磁隔板以及顶盖12所谓区域中排布有电线电路。通过上述结构设计能够将发电模块、蓄电池及电路分割开，避免了磁场对电路的影响。
[0041]本发明的具体工作原理为:
[0042]主壳体I随着立管发生往复振动，在立管发生位移时，由于惯性作用，摆锤组件2中的偏心重锤21仍处于原位置，因此偏心重锤21将绕着固定旋转轴14进行圆周运动，摆锤组件2中的轴套22将转动扭矩传递给一级齿轮310。一级齿轮310发生转动后，与二级齿轮的上齿轮312啮合，传动比为4:1，二级齿轮的上齿轮312与其中的下齿轮313同轴，具有相同转速。二级齿轮发生转动后，二级齿轮的下齿轮313与三级齿轮315啮合，传动比为4:1，三级齿轮315发生转动后，将转动传递给永磁体4。经过齿轮机构31加速后，永磁体4的转动角速度为偏心重锤21的16倍，永磁体4与线圈绕组6之间切割磁感线产生感应电流，然后对蓄电池进行充电，然后对中央处理器及数据存储装置进行供电，对加速度传感器等装置测得数据进行处理和存储。
[0043]在上述过程中，立管的往复振动带来的旋转会有两个方向，为防止两个方向转动带来的能量损耗，设置棘爪33，棘爪33的钩爪结构卡在一级齿轮310的齿根处，当一级齿轮310发生顺着钩爪结构转动时(图11中逆时针)，棘爪33顶端钩爪结构被齿轮顶到齿顶，当一级齿轮310继续旋转，回力弹簧35的反向扭矩使钩爪结构重新回到下一个齿根，相反，当一级齿轮310发生逆着钩爪结构转动时(图11中顺时针)，棘爪33顶端的钩爪结构顶住齿轮，一级齿轮310与摆锤将不发生该方向的旋转。
[0044]本发明中的摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置与海洋立管之间的装配方式如图16所示，主壳体I的轴线与海洋立管的轴线互相垂直，由于海洋立管是垂直于水平面的，当海洋立管发生涡激振动时，偏心重锤21绕着固定旋转轴14在垂直平面内发生旋转。
【主权项】
1.一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，其特征在于:包括主壳体以及安装于主壳体中的摆锤组件、齿轮组件、线圈组件和耐压舱； 所述主壳体包括空心圆柱壳体，以及分别设置于空心圆柱壳体上下两端的顶盖和底盖，底盖上轴心处向上竖立有固定旋转轴，固定旋转轴上插入有摆锤组件； 所述摆锤组件包括偏心重锤以及设置于偏心重锤轴心位置的轴套，偏心重锤呈半圆柱型且靠近轴套部分为镂空，轴套中插入有固定旋转轴； 所述齿轮组件包括齿轮箱、设置于齿轮箱中的齿轮机构、以及箱盖，齿轮机构包括四个三级齿轮、四个二级齿轮和一个一级齿轮；三级齿轮设置于齿轮箱内部箱底，二级齿轮设置于三级齿轮内侧，二级齿轮采用双齿轮结构包括与三级齿轮相配的下齿轮和设置于下齿轮上方的上齿轮，一级齿轮位于四个上齿轮的中心且均与该四个上齿轮相配，轴套穿过齿轮箱后插入并卡固于一级齿轮中心； 所述线圈组件包括若干绝缘绝磁的线圈绕组和置于齿轮组件上方的线圈架，线圈架由绝缘绝磁材料制成，所述线圈绕组通过绝缘绝磁隔板间隔分区域设置于线圈架；所述三级齿轮的轴伸出齿轮箱的箱盖，轴的顶部连接有永磁体，永磁体与线圈绕组一一对应放置处于同一水平高度形成若干发电模块； 所述耐压舱设置于线圈架上的中心位置，耐压舱中放有蓄电池。2.根据权利要求1所述的摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，其特征在于:所述底盖上开设有以固定旋转轴为圆心的环状弧形凹槽，齿轮箱外侧箱底也开设有环状弧形凹槽；所述轴套的上下两侧均设有轴肩，且两个轴肩上背对偏心重锤的侧面上均开设有环状弧形凹槽，且分别与底盖上的环状弧形凹槽和齿轮箱箱底的环状弧形凹槽相适配。3.根据权利要求1所述的摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，其特征在于:所述轴套侧壁的顶部还设置有齿轮键，轴套通过齿轮键卡固于一级齿轮上的键槽。4.根据权利要求1所述的摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，其特征在于:所述齿轮箱箱底上还设置有棘爪转柱，棘爪转柱外周穿入回力弹簧后再套有棘爪，棘爪的另一端成钩爪状伸入一级齿轮的齿根。5.根据权利要求1所述的摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，其特征在于:所述三级齿轮的轴上设有平键，永磁体上开设有与平键相适配的键槽，通过键槽与平键相连实现永磁体与三级齿轮的轴的连接。6.根据权利要求1所述的摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，其特征在于:所述线圈架包括环形绝缘绝磁隔板、圆柱形绝缘绝磁隔板和若干矩形绝缘绝磁隔板，圆柱形绝缘绝磁隔板设置于环形绝缘绝磁隔板的中心位置，矩形绝缘绝磁隔板均匀设置于圆柱形绝缘绝磁隔板的侧壁，并沿向圆柱形绝缘绝磁隔板径向向外周延伸，形成若干相对独立的绝缘绝磁空间；发电模块分别位于不同的绝缘绝磁空间；所述耐压舱与环形绝缘绝磁隔板以及顶盖所谓区域中排布有电线电路；所述线圈绕组通过固定销安装于线圈架。
【专利摘要】本发明公开一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，包括主壳体以及安装于主壳体中的摆锤组件、齿轮组件、线圈组件和耐压舱，主壳体随着立管发生往复振动，在立管发生位移时，由于惯性作用，摆锤组件仍处于原位置，因此摆锤组件绕着固定旋转轴发生圆周运动，摆锤的运动带动一级齿轮的运动，通过齿轮箱中齿轮机构的变速作用，引起永磁体转动，从而切割磁感线产生感应电流。本发明机构巧妙，应用范围广。
【IPC分类】H02K7/116, H02J7/00, H02K7/18
【公开号】CN105099077
【申请号】CN201510381858
【发明人】白旭, 秦伟, 乐智斌, 罗小芳
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月30日