一种基于偏心盘的全向多层机械能收集装置

本技术涉及机械能收集装置的，尤其涉及一种基于偏心盘的全向多层机械能收集装置。

背景技术：

1、近年来，化石燃料的开发与应用以及科技创新的飞速发展，为人类文明的前进步伐提供了强大的驱动力。然而，化石燃料的过度使用已经引发了全球范围内的能源危机，并对生态环境造成了严重的影响。使人们并意识到发展可再生能源的重要性与迫切性。与此同时，随着微电子技术的飞速进步，电子设备的功耗逐渐降低，应用领域也日益广泛。但目前大多数的电子设备或器件仍然依赖于有限的化学电池作为能源。这不仅带来了环境压力，而且电池的寿命有限，更换成本也相对较高。

2、机械能，这一在周围环境中普遍存在的可再生能源，具有其独特的优势。首先，它的储量非常丰富，几乎无处不在。无论是风吹过产生的风能，水流产生的动能，还是物体的重力势能，这些都是机械能的不同表现形式。它们的储量之大，几乎无穷无尽，为人类的能源需求提供了广阔的来源。其次，机械能的分布范围非常广泛。无论是高山、平原、海洋还是荒漠，都有机械能的身影。这使得机械能在解决能源问题上具有极高的灵活性和适应性，可以在各种环境中得到利用。如果能找到一种有效的方法，将这些环境中的机械能有效地收集起来，并将其转化为电能，那么我们就有可能为各种电子设备提供持续、稳定的电力。这对于解决当前全球面临的能源危机，以及减少对化石燃料的依赖，具有重大的意义。更进一步地，如果能够实现这一目标，那么它将为人类提供一种全新的能源解决方案。这将改变我们对能源的认知和使用方式，为未来的可持续发展铺平道路。因此，对于机械能的开发和利用，值得深入研究和实践。

3、当前，机械能收集技术已经成为一个备受关注的研究领域。其中，机械能收集技术主要可以分为两种结构类型：直线运动型和旋转运动型。直线运动型机械能收集技术主要是利用直线运动产生的能量，如振动、冲击等，通过一些特定的结构将这些能量转化为电能。这种类型的机械能收集技术在一些特定的应用场景中表现出了较好的效果，如地震监测、桥梁振动等。旋转运动型机械能收集技术则是利用旋转运动产生的能量，如风能、水能等，通过风力发电机、水轮机等装置将这些能量转化为电能。这种类型的机械能收集技术在一些大规模的应用场景中表现出了较好的效果，如风力发电、水力发电等。虽然这两种结构在捕获一维或二维平面上的机械能方面表现出色，但在收集多方向机械能方面仍存在明显的局限性。这是因为机械能在自然界中往往是以多方向的形式存在的，如风能、水能等，而这些能量的流动方向和大小往往是不稳定的，因此需要一种能够适应多方向、多变化的机械能收集技术。为了解决这个问题，一些研究者开始探索新型的机械能收集技术，如基于柔性结构的机械能收集技术。这种技术利用一些柔性材料或结构来捕获机械能，并通过一些特殊的机制将这些能量转化为电能。由于其结构简单、适应性强等特点，这种技术被认为是未来机械能收集技术的发展方向之一。

4、然而，无论是哪种类型的机械能收集技术，例如，如何提高能量的转化效率、如何降低制造成本、如何提高稳定性和可靠性等。只有解决了这些问题，才能真正实现机械能收集技术的广泛应用和商业化应用。综上所述，虽然当前机械能收集技术取得了一些进展，但仍存在许多挑战和限制。因此，需要进一步研究和探索，以推动机械能收集技术的发展和应用。

5、例如申请号为201510835780.6的发明专利公开了一种振动能量收集装置，包括外壳、上传动轴、下传动轴、线圈支架、弹性机构、磁铁固定架、强磁铁及电能储存机构。该发明体积小、工作寿命长，通过使弹性机构和磁铁固定架连接，最大效率的转化电能，高效储存能量；且采用强磁铁来提高磁通变化率，在满足输出电压指标的情况下，通过电磁结构优化来提高功率输出。该发明的储能模块带有自动检测断电功能，在电量储满后，会自动切断，防止了储电装置在储电过程中因储电过多而降低使用寿命的损害以及造成安全威胁。但是该申请仅能对振动能量进行收集，应用场景局限性较大。

6、例如申请号为202010015122.3的发明涉及能量收集技术领域，公开了一种流体能量收集装置，包括外壳 ，外壳内连接弹性膜片，弹性膜片为流体经过的管道，在弹性膜片外壁上安装永磁体，永磁体对应安装有线圈，永磁体固定在弹性膜片的外壁上可形成供线圈切割的磁感线，线圈固定在外壳的内壁上，线圈通过导线连接外部整流电路，整流电路连接储能电路。该结构具有结构简单，维修方便，使用寿命长等特点。但是该发明仅在四个方向设置能量收集用的装置，收集效率较低。

技术实现思路

1、针对现有机械能收集装置转换效率较低的技术问题，本实用新型提出一种基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，实现了高效的机械能转化与收集，提高了能量利用率，且结构简单小巧，应用场景广。

2、为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，包括基底和至少一个能量收集组，能量收集组与基底相连接，能量收集组包括至少一个能量收集模块，能量收集组内的能量收集模块从上到下依次连接，最下层的能量收集模块与基底相连接，能量收集模块均与基底内的整流收集模块相连接。

3、所述基底为多面体基底，多面体基底的每一面均与能量收集模块相连接。

4、所述能量收集组内能量收集模块的中心均设置在同一条直线上。

5、所述能量收集模块包括外壳和顶盖，外壳下侧设置有至少一个底层线圈，底层线圈顶部设置有偏心盘，偏心盘上设置有均匀分布的磁铁，偏心盘通过轴杆与轴承活动连接，轴承与外壳固定连接，底层线圈通过导线与整流传输模块相连接，外壳和顶盖相连接。

6、所述外壳为圆形外壳，顶盖为圆形顶盖，底层线圈均匀设置在圆形外壳内侧，轴杆设置在圆形外壳圆心处。

7、所述顶盖上还设置有至少一个顶层线圈，底层线圈和顶层线圈均通过导线与整流传输模块相连接，偏心盘设置在底层线圈和顶层线圈之间。

8、所述圆形外壳侧面设置有通孔，导线通过通孔连接底层线圈与整流传输模块或顶层线圈与整流传输模块。

9、所述多面体基底每一面均为正多面体。

10、所述整流收集模块包括至少两个整流桥与能量存储模块，整流桥与能量收集模块相对应，能量收集模块内的底层线圈和顶层线圈均与相对应的整流桥相连接，整流桥与能量存储模块相连接。

11、所述能量存储模块为电池或储能电容。

12、本实用新型的有益效果为：

13、1、本实用新型利用偏心盘进一步降低了工作频率和机械阻尼，使其更好地适应外部环境中的低频机械能，从而大幅提升能量收集效率。

14、2、本实用新型在能量收集组中设置多个从上到下依次连接的能量收集模块，提升了空间利用率，同时进一步提升了机械能转化效率。

15、3、本实用新型结构小巧，在使用场景中受到外力时发生位移或翻滚即可促使偏心盘中的磁铁与线圈发生相对运动，从而引起电磁感应现象，进而将机械能转换为电能，实现能量收集，使用方法简单，有较广的应用场景。

技术特征：

1.一种基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，包括基底（1）和至少一个能量收集组，能量收集组与基底（1）相连接，能量收集组包括至少一个能量收集模块（2），能量收集组内的能量收集模块（2）从上到下依次连接，最下层的能量收集模块（2）与基底（1）相连接，能量收集模块（2）均与基底（1）内的整流收集模块相连接。

2.根据权利要求1所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述基底（1）为多面体基底，多面体基底的每一面均与能量收集模块（2）相连接。

3.根据权利要求2所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述能量收集组内能量收集模块（2）的中心均设置在同一条直线上。

4.根据权利要求3所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述能量收集模块（2）包括外壳（21）和顶盖（26），外壳（21）下侧设置有至少一个底层线圈（22），底层线圈（22）顶部设置有偏心盘（23），偏心盘（23）上设置有均匀分布的磁铁（28），偏心盘（23）通过轴杆（24）与轴承（25）活动连接，轴承（25）与外壳（21）固定连接，底层线圈（22）通过导线与整流传输模块相连接，外壳（21）和顶盖（26）相连接。

5.根据权利要求4所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述外壳（21）为圆形外壳，顶盖（26）为圆形顶盖，底层线圈（22）均匀设置在圆形外壳内侧，轴杆（24）设置在圆形外壳圆心处。

6.根据权利要求5所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述顶盖（26）上还设置有至少一个顶层线圈（27），底层线圈（22）和顶层线圈（27）均通过导线与整流传输模块相连接，偏心盘（23）设置在底层线圈（22）和顶层线圈（27）之间。

7.根据权利要求5或6中任意一项所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述圆形外壳侧面设置有通孔，导线通过通孔连接底层线圈（22）与整流传输模块或顶层线圈（27）与整流传输模块。

8.根据权利要求7所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述多面体基底每一面均为正多面体。

9.根据权利要求8所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述整流收集模块包括至少两个整流桥与能量存储模块，整流桥与能量收集模块（2）相对应，能量收集模块（2）内的底层线圈（22）和顶层线圈（27）均与相对应的整流桥相连接，整流桥与能量存储模块相连接。

10.根据权利要求9所述的基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，其特征在于，所述能量存储模块为电池或储能电容。

技术总结
本技术提出了一种基于偏心盘的全向多层机械能收集装置，包括基底和至少一个能量收集组，能量收集组与基底相连接，能量收集组包括至少一个能量收集模块，能量收集组内的能量收集模块从上到下依次连接，最下层的能量收集模块与基底相连接，能量收集模块均与基底内的整流传输模块相连接。本技术所提出的装置能有效地从多个方向收集环境中的机械能。装置的多层结构提升了空间利用率，显著提高了能量输出密度。此外，装置能量收集模块的偏心盘的引入使得装置能够以更低的工作频率和较小的机械阻尼运作，从而高效地收集环境中普遍存在的低频机械能。

技术研发人员：曲志刚,王晓鹏,安阳,付云坤,沈逸
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：20240131
技术公布日：2024/9/23