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利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置制造方法

文檔序號:5146440閱讀:193來源:國知局
利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】一種利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,包括發(fā)電機(jī),所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組的輸出端連接,所述放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組的輸入齒輪與發(fā)條盒的外齒圈嚙合,所述發(fā)條盒安裝在發(fā)條盒支架上,所述支架安裝在基座上;所述基座的一側(cè)安裝接第一接繩口,基座的另一側(cè)開有第二接繩口,繩子的一端與第一接繩口連接,所述繩子繞在樹木莖干上,所述繩子的另一端穿過所述第二接繩口安裝在繞繩齒輪上,所述繞繩齒輪位于基座內(nèi),所述繞繩齒輪安裝在繞繩控制軸上,所述繞繩齒輪內(nèi)設(shè)有卷簧。本發(fā)明提供一種有效適用于森林場合、實(shí)用性良好的利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置。
【專利說明】利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電裝置,尤其是一種應(yīng)用在森林防火無線傳感器上能夠解決傳感器的供電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測、智能家居、交通運(yùn)輸、精細(xì)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,越來越受到人們的重視。傳感器節(jié)點(diǎn)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成單元,通常散布于一定的區(qū)域內(nèi)協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息。傳感器節(jié)點(diǎn)部署環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用中的要求決定了節(jié)點(diǎn)電源大多數(shù)情況下很難接入正常的電力系統(tǒng)供電。此外由于節(jié)點(diǎn)常被布置在惡劣及復(fù)雜的環(huán)境中,進(jìn)一步增加了更換電池的成本。如何能穩(wěn)定有效地為傳感器節(jié)點(diǎn)提供電源保證就成為傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。
[0003]目前針對這一問題的研究思路主要是如何從節(jié)點(diǎn)所處的環(huán)境中采集能量并進(jìn)行有效的存儲,使節(jié)點(diǎn)具有能量補(bǔ)充能力從而有效地延長節(jié)點(diǎn)的生存周期。環(huán)境中具有各種豐富的能量,如太陽能、風(fēng)能、熱能、機(jī)械振動能、聲能、電磁能等?,F(xiàn)在已經(jīng)有一些公司研究和開發(fā)了利用環(huán)境能量為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)供電的系統(tǒng)。例如太陽能收集模塊CBC-EVAL-08已成功應(yīng)用在TI公司的超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)eZ430RF2500SHE上為其提供能源。
[0004]通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)資料表明,樹木莖干直徑變化是和莖干含水量有直接的關(guān)聯(lián)性的。樹木生長可以導(dǎo)致樹木直徑增粗同時(shí)樹木因?yàn)槲驼趄v作用使體內(nèi)的水分產(chǎn)生變化也可以引起莖干的收縮或膨脹變化。在一天中樹木直徑會有數(shù)次膨脹收縮的往復(fù)過程,其直徑的變化稱為莖干的日均變化量,在夏季時(shí)樹干日均變化量可以達(dá)到40um左右,對于樹干周長的變化可達(dá)到125.7um,如果用繩索繞在樹干上8圈那么樹木一次膨脹可以驅(qū)動繩索移動Imm左右。通過對生物組織力學(xué)的分析和參考部分文獻(xiàn)資料可知植物細(xì)胞膨脹時(shí)產(chǎn)生的膨脹壓大約是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的6倍,約P=6X 105N/m2。本發(fā)電裝置就是利用樹干膨脹收縮產(chǎn)生的周長變化來驅(qū)動發(fā)電機(jī)的原理來產(chǎn)生電能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服已有傳感器供電技術(shù)的無法適用于無陽光和無振動場合、無法適用于森林等場合的不足,本發(fā)明提供一種有效適用于森林場合、實(shí)用性良好的利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,包括發(fā)電機(jī),所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組的輸出端連接,所述放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組的輸入齒輪與發(fā)條盒的外齒圈嚙合,所述發(fā)條盒安裝在發(fā)條盒支架上,所述支架安裝在基座上;
[0008]所述基座的一側(cè)安裝接第一接繩口,基座的另一側(cè)開有第二接繩口,繩子的一端與第一接繩口連接,所述繩子繞在樹木莖干上,所述繩子的另一端穿過所述第二接繩口安裝在繞繩齒輪上,所述繞繩齒輪位于基座內(nèi),所述繞繩齒輪安裝在繞繩控制軸上,所述繞繩齒輪內(nèi)設(shè)有卷簧;
[0009]所述繞繩齒輪與上齒輪嚙合,所述上齒輪、彈性棘輪和外齒輪同軸設(shè)置,所述彈性棘輪位于外齒輪的棘輪內(nèi)圈上,所述外齒輪的外圈與放大機(jī)構(gòu)的輸入齒輪嚙合,所述放大機(jī)構(gòu)的輸出齒輪與被動齒輪嚙合,上緊發(fā)條芯軸的下端安裝所述被動齒輪,所述上緊發(fā)條芯軸的上端與所述發(fā)條盒連接,所述上緊發(fā)條芯軸的中部設(shè)有中間齒輪,所述中間齒輪與旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合,所述旋轉(zhuǎn)齒輪的齒數(shù)為所述中間齒輪的齒數(shù)的數(shù)倍;所述旋轉(zhuǎn)齒輪上安裝凸輪,所述凸輪頂觸在棘輪控制條上,所述棘輪控制條的棘爪卡接在所述發(fā)條盒上的外齒圈上,所述棘輪控制條上與復(fù)位彈簧的一端連接,所述復(fù)位彈簧的另一端安裝在基座上,所述凸輪的頂觸力的方向與所述復(fù)位彈簧的拉力方向相反。
[0010]進(jìn)一步,所述繞繩控制軸的下部安裝扭力齒輪,扭力頂針頂在所述扭力齒輪的外圈,扭力頂針上與扭力彈簧一端連接,所述扭力彈簧的另一端與所述調(diào)節(jié)閥連接。
[0011]再進(jìn)一步,所述中間齒輪包括兩個外凸齒,所述兩個外凸齒位于同一直徑上。
[0012]更進(jìn)一步,所述繞繩控制軸的上端伸出所述基座頂面,所述繞繩控制軸的上端安裝用以限制繞繩控制軸上下自由度的卡片。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:由于植物在生長過程中莖桿會出現(xiàn)增大增粗的現(xiàn)象,在增大增粗的過程中莖桿會產(chǎn)生機(jī)械能一膨脹力。許多針對組織壓縮的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,在細(xì)胞受到壓縮時(shí)膨脹壓會導(dǎo)致細(xì)胞的整體壓縮剛度增大。這為樹能發(fā)電提供了理論依據(jù)。一天之內(nèi)樹木莖干的膨脹收縮往復(fù)是有很多次的,但是每次膨脹都是很小的量,直接利用這個膨脹能是幾乎不可能的。樹干膨脹時(shí)會使得莖干周長變大,針對每一次的微小的徑向周長變化,通過所述的一組微位移放大裝置使得微小位移變化放大到可用的適度范圍。所述微位移放大器的輸出端和所述齒輪發(fā)條機(jī)構(gòu)相連接,使每次位移能夠存儲在發(fā)條中每次僅收集膨脹時(shí)的能量。所述發(fā)條盒發(fā)條儲能達(dá)到滿格時(shí),所述凸輪棘輪控制條機(jī)構(gòu)釋放所述發(fā)條盒,使發(fā)條盒能夠高速旋轉(zhuǎn),所述電磁式發(fā)電裝置和所述發(fā)條盒連接,所述電磁式發(fā)電裝置高速旋轉(zhuǎn)工作產(chǎn)生電能。
[0014]所述樹能發(fā)電裝置采集到的電能的特點(diǎn)是低電壓、小電流,電荷生成的是三相交流電,為此要設(shè)計(jì)一種電能轉(zhuǎn)換儲能電路即為所述整流濾波電路系統(tǒng),用于樹能發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、采集和存儲。所述電能轉(zhuǎn)換儲能電路具有整流、濾波、穩(wěn)壓與存儲功能。
[0015]所述樹能發(fā)電裝置產(chǎn)生的電荷量很小,電壓也很低,故無法直接進(jìn)行存儲,需要每次把低電壓聚集到一定程度再進(jìn)行一種“脈沖式”的轉(zhuǎn)移存儲在所述的可充電鋰電池里。這樣就可以完成一次樹能發(fā)電裝置的工作達(dá)到為傳感器供電的目的了。
[0016]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理易于加工制造安裝,由于內(nèi)置了微位移放大器可以有效的收集樹木莖干膨脹收縮能,可以高效的進(jìn)行機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化。能夠有效的為傳感器節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的電壓。
[0017]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:利用樹木莖干膨脹能的發(fā)電裝置,尤其是應(yīng)用在森林防火無線傳感器上能夠解決傳感器的持續(xù)供電問題并且不受光源震動環(huán)境的限制;有效適用于森林場合、實(shí)用性良好。
【專利附圖】

【附圖說明】[0018]圖1是利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置的外部結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置的局部俯視圖。
[0020]圖3是利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置的繞繩機(jī)構(gòu)圖。
[0021 ]圖4是樹能發(fā)電機(jī)構(gòu)放大機(jī)構(gòu)圖。
[0022]圖5是樹能發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)電機(jī)組合圖。
[0023]圖6是發(fā)條盒機(jī)構(gòu)圖。
[0024]圖7是棘輪齒組的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0026]參照圖1?圖7,一種利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,包括發(fā)電機(jī)5,所述發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)軸與放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組12的輸出端連接,所述放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組12的輸入齒輪與發(fā)條盒4的外齒圈嚙合,所述發(fā)條盒4安裝在發(fā)條盒支架19上,所述支架19安裝在基座上;
[0027]所述基座的一側(cè)安裝接第一接繩口 I,基座的另一側(cè)開有第二接繩口 3,繩子的一端與第一接繩口 I連接,所述繩子繞在樹木莖干上,所述繩子的另一端穿過所述第二接繩口 3安裝在繞繩齒輪8上,所述繞繩齒輪8位于基座內(nèi),所述繞繩齒輪8安裝在繞繩控制軸7上,所述繞繩齒輪8內(nèi)設(shè)有卷簧;
[0028]所述繞繩齒輪8與上齒輪21嚙合,所述上齒輪21、彈性棘輪20和外齒輪22同軸設(shè)置,所述彈性棘輪20位于外齒輪22的棘輪內(nèi)圈上,所述外齒輪22的外圈與放大機(jī)構(gòu)11的輸入齒輪哨合,所述放大機(jī)構(gòu)11的輸出齒輪與被動齒輪哨合,上緊發(fā)條芯軸13的下端安裝所述被動齒輪,所述上緊發(fā)條芯軸13的上端與所述發(fā)條盒4連接,所述上緊發(fā)條芯軸13的中部設(shè)有中間齒輪,所述中間齒輪與旋轉(zhuǎn)齒輪14嚙合,所述旋轉(zhuǎn)齒輪14的齒數(shù)為所述中間齒輪的齒數(shù)的數(shù)倍;所述旋轉(zhuǎn)齒輪14上安裝凸輪15,所述凸輪15頂觸在棘輪控制條16上,所述棘輪控制條16的棘爪卡接在所述發(fā)條盒4上的外齒圈上,所述棘輪控制條16上與復(fù)位彈簧17的一端連接,所述復(fù)位彈簧17的另一端安裝在基座上,所述凸輪15的頂觸力的方向與所述復(fù)位彈簧17的拉力方向相反。
[0029]進(jìn)一步,所述繞繩控制軸7的下部安裝扭力齒輪,扭力頂針9頂在所述扭力齒輪的外圈,扭力頂針9上與扭力彈簧10 —端連接,所述扭力彈簧10的另一端與所述調(diào)節(jié)閥2連接。
[0030]再進(jìn)一步,所述中間齒輪包括兩個外凸齒,所述兩個外凸齒位于同一直徑上。
[0031]更進(jìn)一步,所述繞繩控制軸7的上端伸出所述基座頂面,所述繞繩控制軸7的上端安裝用以限制繞繩控制軸上下自由度的卡片18。
[0032]在圖1中,繩子一段固定在左側(cè)接繩口 I上,繩子繞在樹木莖干上另一端通過右側(cè)接繩口 3固接到繞繩齒輪8上,并通過調(diào)節(jié)扭力調(diào)節(jié)閥2通過扭力彈簧10和扭力頂針9得到適當(dāng)?shù)姆爬K臨界扭力,此扭力通過繞繩控制軸7來控制繞繩輪內(nèi)的卷簧的回復(fù)力,繞繩控制軸上端通過卡片18限制其上下自由度。當(dāng)樹木莖干膨脹時(shí),會拉緊繩子帶動繞繩齒輪8有個微小的轉(zhuǎn)動,該微小位動通過放大機(jī)構(gòu)11的800多倍的放大(放大機(jī)構(gòu)通??梢圆捎谬X輪組),最終通過上緊發(fā)條芯軸13使發(fā)條上緊,從而使樹木膨脹能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能并儲存在發(fā)條盒4內(nèi)。
[0033]棘輪控制條16是通過一個復(fù)位彈簧17給的預(yù)緊力使棘輪控制條卡住發(fā)條盒4每當(dāng)發(fā)條盒上緊發(fā)條時(shí),由上緊發(fā)條芯軸13通過旋轉(zhuǎn)齒輪14帶動凸輪15,棘輪控制條16就會放開發(fā)條盒使其開始旋轉(zhuǎn);發(fā)條盒的旋轉(zhuǎn)通過放大傳速比的齒輪12帶動發(fā)電機(jī)5轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電能,電流通過整流濾波升壓最終對充電鋰電池6進(jìn)行充電。電池可持續(xù)為傳感器提供電能供應(yīng)。
[0034]圖2是在圖1的俯視圖,為了便于表達(dá)清楚整個利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)外形。
[0035]圖3是利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置的繞繩機(jī)構(gòu),繩子是繞在繞繩齒輪上數(shù)圈端頭固定在繞繩齒輪上的,這樣做的目的是延長發(fā)電裝置的使用壽命,當(dāng)樹木不斷長大增粗時(shí)可以通過繞繩齒輪上數(shù)圈的繩子釋放相應(yīng)的繩子使整個機(jī)構(gòu)永遠(yuǎn)保持在正常的工作狀態(tài)中,調(diào)節(jié)閥2調(diào)節(jié)預(yù)制扭力值,可控制樹干增大到什么程度時(shí)繩子才釋放使其恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。
[0036]圖4是放大機(jī)構(gòu),棘輪齒組11可以實(shí)現(xiàn)齒輪的單向傳遞功能。該發(fā)電裝置設(shè)計(jì)成每當(dāng)樹干膨脹時(shí)才會驅(qū)動整個機(jī)構(gòu)收集能量,故需要棘輪齒輪進(jìn)行單向傳遞。
[0037]圖5是發(fā)電機(jī)組,所述的發(fā)電機(jī)組是和一個放大傳速比的齒輪14相連,所述放大傳速比齒輪和所述磁感應(yīng)式發(fā)電機(jī)連接,最終產(chǎn)生交流電。并且附帶一種電能轉(zhuǎn)換儲能電路即為所述整流濾波電路系統(tǒng),用于樹能發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、采集和存儲。所述電能轉(zhuǎn)換儲能電路具有整流、濾波、穩(wěn)壓與存儲功能。
[0038]圖6是發(fā)條盒機(jī)構(gòu),表明了發(fā)條盒整個工作機(jī)制。在上緊發(fā)條芯軸上緊發(fā)條期間,發(fā)條盒是被棘輪控制條16卡緊不動的,每當(dāng)上緊芯軸上緊發(fā)條十圈時(shí),棘輪控制條才會釋放發(fā)條盒使其處于工作發(fā)電狀態(tài)。彈簧17是給棘輪控制條一個預(yù)緊力,使其處在卡緊發(fā)條盒的狀態(tài)。
[0039]圖7是棘輪齒組11,此棘輪齒組由彈性棘條20、上齒輪21、帶棘輪內(nèi)齒齒輪22組成,可以實(shí)現(xiàn)齒輪的單向傳遞功能。
[0040]本實(shí)施例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,易于加工制造安裝,由于內(nèi)置了微位移放大器可以有效的收集樹木莖干膨脹收縮能,可以高效的進(jìn)行機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化,能夠有效的為傳感器節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的電壓。
[0041]本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對使用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的舉例,本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式,本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,其特征在于:所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機(jī),所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組的輸出端連接,所述放大轉(zhuǎn)速比的齒輪組的輸入齒輪與發(fā)條盒的外齒圈嚙合,所述發(fā)條盒安裝在發(fā)條盒支架上,所述支架安裝在基座上; 所述基座的一側(cè)安裝接第一接繩口,基座的另一側(cè)開有第二接繩口,繩子的一端與第一接繩口連接,所述繩子繞在樹木莖干上,所述繩子的另一端穿過所述第二接繩口安裝在繞繩齒輪上,所述繞繩齒輪位于基座內(nèi),所述繞繩齒輪安裝在繞繩控制軸上,所述繞繩齒輪內(nèi)設(shè)有卷簧; 所述繞繩齒輪與上齒輪嚙合,所述上齒輪、彈性棘輪和外齒輪同軸設(shè)置,所述彈性棘輪位于外齒輪的棘輪內(nèi)圈上,所述外齒輪的外圈與放大機(jī)構(gòu)的輸入齒輪哨合,所述放大機(jī)構(gòu)的輸出齒輪與被動齒輪嚙合,上緊發(fā)條芯軸的下端安裝所述被動齒輪,所述上緊發(fā)條芯軸的上端與所述發(fā)條盒連接,所述上緊發(fā)條芯軸的中部設(shè)有中間齒輪,所述中間齒輪與旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合,所述旋轉(zhuǎn)齒輪的齒數(shù)為所述中間齒輪的齒數(shù)的數(shù)倍;所述旋轉(zhuǎn)齒輪上安裝凸輪,所述凸輪頂觸在棘輪控制條上,所述棘輪控制條的棘爪卡接在所述發(fā)條盒上的外齒圈上,所述棘輪控制條上與復(fù)位彈簧的一端連接,所述復(fù)位彈簧的另一端安裝在基座上,所述凸輪的頂觸力的方向與所述復(fù)位彈簧的拉力方向相反。
2.如權(quán)利要求1所述的利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,其特征在于:所述繞繩控制軸的下部安裝扭力齒輪,扭力頂針頂在所述扭力齒輪的外圈,扭力頂針上與扭力彈簧一端連接,所述扭力彈簧的另一端與所述調(diào)節(jié)閥連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,其特征在于:所述中間齒輪包括兩個外凸齒,所述兩個外凸齒位于同一直徑上。4、如權(quán)利要求1或2所述的利用樹干膨脹能量的發(fā)電裝置,其特征在于:所述繞繩控制軸的上端伸出所述基座頂面,所述繞繩控制軸的上端安裝用以限制繞繩控制軸上下自由度的卡片。
【文檔編號】F03G7/06GK103758718SQ201310755000
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張端, 程標(biāo), 何熊熊 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)
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