[发明专利]一种将振动转换为单向转动的运动转换机构

说明书

本发明属于机械传动和能量转换技术领域，涉及一种将机械振动转换为单向旋转运动的转换机构，其特征是：至少包括底座、径向轴承、转子、顶盖、悬臂梁、拨片和质量块；所述底座包括无顶盖的圆柱筒、外沿、第一小通孔、圆柱轴；所述外沿固定在无顶盖的圆柱筒的边缘；所述第一小通孔设置在圆柱筒的轴向；所述两个第一小通孔对称分布在外沿上；所述的圆柱轴垂直固定连接在底座的中心；所述底座、径向轴承、转子、顶盖依次同轴连接。它针对现有运动转换技术的不足，提出一种将机械振动直接转换为单向旋转运动的转换机构，可以将自然环境中的机械振动转换为转子的单向高速旋转运动。

技术领域

本发明属于机械传动和能量转换技术领域，涉及一种将机械振动转换为单向旋转运动的转换机构，尤其是一种悬臂梁拨动式转子机构。

背景技术

机械振动广泛存在于自然环境中。常见的机械振动包括桥梁、轨道的振动，机器、交通工具等的振动，人体运动产生的振动，风致振动等。机械振动可以通过运动转换机构转换为所需的运动形式，从而加以利用。例如，汽车发动机利用曲柄连杆和活塞将直线往复运动转换为旋转运动；带有运动转换器的减振器或隔振器利用齿轮齿条机构将机械振动转换为旋转运动。

在能量收集领域中，机械振动可通过基于电磁感应、压电效应、静电感应、摩擦电效应的俘能器转换为供微小型低功耗电子设备使用的电能。传统的振动式俘能器工作频率高、工作频带有限，在低频机械振动下输出功率较小，不能满足电子设备的能量需求。为了解决传统振动式俘能器的上述问题，研究人员已提出多种改善俘能器性能的方案，其中，通过特定的转换机构将低频机械振动转换为旋转运动的技术方案可显著提高振动式俘能器的性能。

目前，已提出的将机械振动转换为双向旋转运动的转换机构可分为以下四种类型：

1、由齿轮齿条构成的传动机构。如Zhongjie Li，Lei Zuo，Jian Kuang， GeorgeLuhrs在《Smart Materials and Structures》22（2013）：025008撰文的“Energy-harvesting shock absorber with a mechanical motion rectifier”（“带有机械运动校正器的能量收集减振器”《智能材料和结构》），通过齿轮齿条，将机械振动转换为双向旋转运动。

2、由螺杆与螺纹槽构成的运动转换机构。如Yulong Zhang，Anxin Luo，YifanWang，Xiangtian Dai，Yan Lu，Fei Wang在《Applied Physics Letters》 116（2020）：053902撰文的“Rotational electromagnetic energy harvester for human motionapplication at low frequency”，（“应用于低频人体运动的旋转式电磁俘能器”《应用物理快报》），提出了一种扭转驱动结构，通过螺杆与螺纹槽，将低频机械振动转换为双向旋转运动。

3、由线绳驱动的转子。如中国专利申请号为201910918636.7的专利，提出了一种线绳驱动的两自由度电磁式俘能器，该发明提出的线绳驱动式转子，可将外界的低频机械振动转换为转子的双向旋转运动。

4、由弹性绳、非弹性绳和转轴构成的转子机构。如Kangqi Fan，Yiwei Zhang，Shiju E，Lihua Tang，Hengheng Qu在《Applied Physics Letters》 115（2019）：203903撰文的“A string-driven rotor for efficient energy harvesting

from ultra-low frequency excitations”（“可从超低频激励中有效收集能量的绳驱动的转子”《应用物理快报》），提出了一种绳驱动的转子，由弹性绳、非弹性绳和转子组成，可将机械振动转换为转子的双向旋转运动。