[發明專利]一種將振動和擺動轉換為單向轉動的運動轉換機構及方法

在審

• 申請號: 202110552096.2
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113323830A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 樊康旗;郝佳雨;王晨宇;張妍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: F03G7/08
• 分類號: F03G7/08;H02K7/06;H02K7/07
• 代理公司: 西安吉順和知識產權代理有限公司 61238
• 代理人: 王大治

本發明屬于機械傳動和能量轉換技術領域，尤其涉及一種將振動和擺動轉換為單向轉動的運動轉換機構及方法，其特征是：至少包括圓柱形外殼(1)、振動能量輸入單元、轉動輸出單元，振動能量輸入單元和轉動輸出單元分別同軸通過徑向軸承(2)軸連接在圓柱形外殼腔內同心軸上，振動能量輸入單元通過彈性撥片與轉動輸出單元連接，將振動能量通過振動能量輸入單元轉換成轉動輸出單元的軸轉動運動進行能量輸出。它提供一種結構簡單、尺寸小、使用方式靈活、適應性強、可將周圍環境中的振動和擺動轉換為單向轉動的運動轉換機構及方法。

技術領域

本發明屬于機械傳動和能量轉換技術領域，尤其涉及一種將振動和擺動轉換為單向轉動的運動轉換機構及方法，該機構可將周圍環境中的振動和擺動轉換為轉子的單向高速旋轉運動，在能量收集領域具有廣泛的應用。

背景技術

將振動轉換為旋轉運動的運動轉換機構在實際中應用非常廣泛。典型的將振動轉換為旋轉運動的機構包括齒輪齒條機構和棘輪棘爪機構，例如，齒輪齒條式氣缸利用齒輪齒條機構將振動轉換為旋轉運動，鑄造車間中的澆鑄自動線步進裝置利用棘輪棘爪機構將振動轉換為旋轉運動。

近年來，隨著能量收集技術的迅速發展，各類微小型化的俘能器不斷涌現并與各種低功耗電子設備集成，有望實現自供電、自驅動、自維持的微系統、微器件。將振動轉換為旋轉運動的運動轉換機構為俘能器的設計及振動能的收集提供了新思路。

典型的用于能量收集的運動轉換機構如Zhongjie Li，Lei Zuo，Jian Kuang andGeorge Luhrs在《Smart Materials and Structures》22（2013）：025008撰文的“Energy-harvesting shock absorber with a mechanical motion rectifier”（“帶機械運動校正器的俘能減振器”《智能材料與結構》）。該文使用齒輪齒條機構將振動轉換為雙向旋轉運動。

典型的用于能量收集的運動轉換機構如Yulong Zhang，Anxin Luo，Yifan Wang，Xiangtian Dai，Yan Lu，Fei Wang在《Applied Physics Letters》116（2020）：053902撰文的“Rotational electromagnetic energy harvester for human motion applicationat low frequency”（“應用于低頻人體運動的旋轉電磁式俘能器”《應用物理快報》）。該文通過扭轉驅動結構和棘輪棘爪機構將振動轉換為單向旋轉運動。

典型的用于能量收集的運動轉換機構如Qinxue Tan，Kangqi Fan，Kai Tao，LiyaZhao，Meiling Cai在《Energy》196（2020）：117107撰文的“A two-degree-of-freedomstring-driven rotor for efficient energy harvesting from ultra-low frequencyexcitations”（“一種可有效從超低頻激勵中收集能量的兩自由度線繩驅動轉子”《能源》）。該文通過兩根線繩驅動的轉子結構將振動轉換為雙向旋轉運動。

上述運動轉換機構存在的缺點有：（1）齒輪齒條機構和棘輪棘爪機構結構復雜、體積龐大，難以與低功耗電子設備集成；（2）線繩驅動的轉子結構雙向旋轉狀態不穩定，能量損耗較大；（3）周圍環境中不僅存在各種各樣的機械振動，而且存在大量的擺動運動，如樹枝的擺動，人體的運動，海浪運動等。上述裝置僅能將振動轉換為旋轉運動，無法適應環境中大量存在的擺動運動。

為解決上述運動轉換機構存在的問題，本發明提出一種結構簡單、不受諧振工作條件的限制、適應性較強、使用方式靈活多樣，可以和不同的能量轉換機制相結合的將振動和擺動轉換為單向轉動的運動轉換機構及方法。

發明內容