基于摆动的双串行钝体涡激振动可再生能量收集系统

技术领域

本发明属可再生能源技术领域，尤其涉及一种基于摆动的双串行钝体涡激振动可再生能量收集系统。

背景技术

自然界存在大量低品位流动能量有待开发，大部分中小河流支流平均流速<1m/s，大部分水轮机需要1.5m/s才可以实现高效发电，我国沿海地区尤其北方有相当多海洋潮流流速在1m/s左右的海域。低流速及浅水深造成了大量水利资源无法利用，因此需要开发适合低流速条件下的新型可再生能量收集系统。

海洋工程的大量研究表明海洋立管、海上平台，电缆和桥梁在流速不高的情况下，当流体流过这些结构在其后形成的流场有强烈的脉动变化特征，这类脉动流动可以使结构产生周期性的振荡运动，通过转化这些振动的动能变成电能，即可实现低流速条件下的流动能量收集。

涡激振动能量收集概念尽管在理论上确定可以收集低品位流动能量，但在其诞生到现在的十几年中遇到很多工程上的困难，使得其难以在大范围的实际应用中得到推广。因此有必要在概念设计上提出新的设计方案，以降低的成本解决实际运营中的难点。

涡激振动能量收集装置的难点之一在于：现有的振动装置多为竖直方向直线往复振动，因此需要沿着竖直方向的两条平行导轨作为约束支撑机构，如图1所示，来流方向垂直于纸面，当来流方向垂直冲击圆柱时，圆柱沿着两侧的平行双轨做上下往复的直线运动，由于两侧的平行双轨力学上容易发生自锁现象，尤其是水下泥沙等杂质也容易淤积在导轨上，导致装置运行过程中摩擦力增大，降低能量收集效率。采用高精度的导轨和运动部件可以在一定程度上解决自锁等摩擦问题，但高昂的加工成本使得该能量收集装置难以大规模推广。

涡激振动能量收集装置的难点之二在于：涡激振动原理要求振动方向必须垂直于来流方向，现有的振动装置的振子只能固定的在单一方向运动，例如振子只能在固定位置的竖直方向两条平行导轨间运动，这一点在河道中较容易满足振动方向垂直于来流方向，但海底洋流等会随着季节产生洋流方向的变化。由于现有振动装置不能随着季节的变化而改变振子运动方向，不能随着季节的变化始终保持振子振动方向垂直于来流方向，因此在实际应用中会在某些时候无法高效收集能量。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种基于摆动的双串行钝体涡激振动可再生能量收集系统，目的在于避免传统涡激振动装置滑轨带来的自锁问题、以及该装置能够自适应流向改变，尽可能在各种流动下实现流体动能的高效回收。

本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：

一种基于摆动的双串行钝体涡激振动可再生能量收集系统，其特点是：包括串行双钝体涡激振动装置1、增速齿轮组2、发电机系统3；该串行双钝体涡激振动装置1设有沿着洋流流动方向串行布放且竖直布放的两个钝体和它们两端的可伸缩摆臂1-3；上游钝体设有内外两层，内层为传动转轴1-1-1、外层为上游钝体壳1-1；下游钝体为下游钝体壳1-2；所述传动转轴1-1-1和下游钝体壳1-2在上下两端分别通过可伸缩上摆臂1-3-2和可伸缩下摆臂1-3-1相连；所述增速齿轮组2、发电机系统3顺序布设在传动转轴1-1-1的上方、与传动转轴1-1-1同轴布设；

所述上游钝体壳1-1作为涡发生器产生流动涡旋结构，该流动涡旋结构从上游钝体壳1-1表面产生，产生涡流过程中该上游钝体壳1-1基本保持静止，流体经过上游钝体壳1-1分成两部分继而形成交替的涡旋结构；下游钝体壳1-2作为振子，受到上游钝体壳1-1传播过来的流动涡旋诱导，发生持续的圆周摆动；下游钝体壳1-2的振动带动传动转轴1-1-1的转动：下游钝体壳1-2的摆动通过可伸下缩摆臂1-3-1传到上游钝体壳1-1的传动转轴1-1-1，继而传动转轴1-1-1将摆动传递到增速齿轮组2，增速齿轮组2将转动加速后输入到发电机系统3，发电机系统3将动能转化成电能输出，从而完成整个能量转换过程。

进一步地，所述上游钝体壳1-1包括上游圆柱壳、上游椭圆壳、倒圆后的上游三角柱壳、倒圆后的上游方柱壳、或倒圆后的其它上游多面体结构壳；所述下游钝体壳1-2包括下游圆柱壳、下游椭圆壳、倒圆后的下游三角柱壳、倒圆后的下游方柱壳、或倒圆后的其它下游多面体结构壳。

进一步地，所述下游钝体壳1-2发生持续的圆周摆动，体现为单自由度的往复摆动，运动的驱动力和回复力均由上游钝体壳1-1传播过来的流动涡旋作用在下游钝体壳表面产生。

进一步地，所述上游钝体壳1-1和下游钝体壳1-2的高度和直径随着能量输出的级别和实际流动环境而确定：瓦级别能量输出时其高度是米的量级，千瓦级别能量输出时其高度是几十米量级。

进一步地，所述可伸缩摆臂1-3用于匹配不同的流速和水深，不同流速下最佳的钝体间距不同，如果水深不够驱动振动，则通过调大间距增大力矩来保证实现涡激振动。

进一步地，所述可伸缩摆臂1-3包括可伸缩上摆臂1-3-2、可伸缩下摆臂1-3-1，所述可伸缩上摆臂1-3-2或可伸缩下摆臂1-3-1各自由三部分构成：两个单边有齿条的不锈钢板和一个双边有齿条的不锈钢板，通过调整齿条咬合位置实现摆臂的长度变化，最终可实现两个钝体间距由1.5倍最大直径到5倍最大直径可调。

进一步地，所述上游钝体壳1-1靠近顶端处分别开设有连接法兰的通孔1-1-3、以及连接传动转轴连接套的通孔1-1-4；通过连接固定法兰的通孔1-1-3将上游钝体壳1-1和固定法兰固接在一起；通过连接传动转轴连接套的通1-1-4通孔将上游钝体壳1-1和传动转轴连接套1-1-2固接在一起。

进一步地，所述上游钝体壳外1-1表面与可伸缩上摆臂1-3-2连接之处还设有开槽1-1-5，该开槽1-1-5用于保证绝大多数洋流方向稳定时，下游钝体壳1-2不与上游钝体壳1-1直接接触，因此下游钝体壳1-2摆动不会带动上游钝体壳1-1转动、也就不会影响上游钝体壳1-1产生流动涡旋结构。

进一步地，所述传动转轴1-1-1连接套靠近下端的外表面加工有匹配固定法兰的环形凹槽1-1-2-1，该环形凹槽1-1-2-1用于嵌入两个半圆的法兰4；所述传动转轴连接套1-1-2环形凹槽1-1-2-1下方的外表面上还设有多个周向间隔一定距离的转轴连接套螺纹孔1-1-2-2，该多个周向间隔一定距离的转轴连接套螺纹孔1-1-2-2用于和所述上游钝体壳1-1固接。

进一步地，所述上游钝体壳1-1和传动转轴连接套1-1-2之间采用固接或非固接的方式，当采用固接方式时将螺钉插入连接传动转轴连接套的通孔1-1-4进行固接；当采用非固接方式时无需在通孔插入螺钉；非固接方式用于季节交替变化时洋流方向改变的场合，当洋流方向改变时，上游钝体壳1-1上开槽的位置和洋流方向将产生夹角，有可能会限制摆臂的正常摆动范围，为了不影响可伸缩上摆臂1-3-2的正常摆动，采用非固接方式，洋流方向改变时摆臂可以通过与上游钝体壳1-1在开槽边缘的多次小强度碰撞微调上游钝体壳1-1开槽1-1-5朝向，使得洋流方向的变化能够带动上游钝体壳1-1转动，用以保证上游钝体壳1-1上开槽的位置和洋流方向匹配，保证摆臂的运动空间。

进一步地，所述增速齿轮组包括大齿轮组2-1、小齿轮组2-2和棘轮组2-3；小齿轮组2-2和棘轮组2-3的直径和齿数相同；所述大齿轮组2-1、小齿轮组2-2和棘轮组2-3，它们各自轴向从下往上设有第一大齿轮、第二大齿轮；第一小齿轮、第二小齿轮；第一棘轮、第二棘轮；其中，第一大齿轮和第一棘轮啮合，第二大齿轮和第二小齿轮啮合、第一小齿轮和第二棘轮啮合；棘轮组的第一棘轮和第二棘轮保证两个往复运动只有单一方向的运动可以最终传递到发电机，进而保证两个棘轮传到发电机轴3-1的运动为单一方向的转动。

进一步地，所述第一棘轮和第二棘轮各有半个周期的运动可以传递到发电机轴3-1，组合到一起就形成单一方向的转动，具体为：当第一棘轮在半个周期内输出功率时，第二棘轮在该半个周期内只是反向空转而不对发电机输出能量，当第二棘轮在半个周期内输出功率时，第一棘轮在该半个周期内只是反向空转而不做工；所述小齿轮组2-2用于改变第二棘轮往复旋转方向：第一棘轮和大齿轮组2-1的转动方向相反；第二棘轮由于通过小齿轮组2-2和第二大齿轮间接接触，因此第二棘轮转动方向和大齿轮组2-1同方向、和第一棘轮反方向；第一棘轮和第二棘轮的往复转动方向因此始终相反，但通过棘轮只有一个方向的转动可以传递到发电机轴3-1，最终使发电机得到持续的单向转动能量输入；所述大齿轮组2-1和小齿轮组2-2的齿数比为2～10。

本发明的优点效果

1、本发明在涡激振动发电工作原理的基础上，按照串行物体流动尾迹相互作用原理设计一种单自由度尾迹诱导振动发电装置。该方法避免了单个物体直线振动可能存在的自锁、摩擦力大等问题，通过将直线振动改为单摆式旋转摆动极大程度减小了摩擦力，适合在较低流速启动振动从而发电。

2、本发明采用单摆转动运动模式，摆动方向可自适应来流方向，降低了水流环境对发电系统的影响，满足了高环境适应性的要求：通过将转轴设置成垂直于水面，摆脱了重力对于单摆的影响，使得振子的平衡位置可以在任何角度，从而解决了流向自适应的难题。

附图说明

图1为现有技术基于双轨的单一方向直线运动能量收集装置示意图；

图2为本发明双串行钝体涡激振动可再生能量收集装置示意图；

图3为本发明双串行钝体涡激振动可再生能量收集装置爆炸图；

图4为本发明在上游圆柱壳上布设通孔和开槽示意图；

图5为本发明传动转轴连接套嵌入固定法兰示意图；

图6为本发明传动转轴连接套开设环形凹槽示意图；

图7为本发明可伸缩摆臂最短、最长状态示意图；

图8为本发明传动转轴连接套增速齿轮组示意图。

图中，1：串行双钝体涡激振动装置；1-1：上游钝体壳；1-1-1：传动转轴；1-1-2：传动转轴连接套；1-1-2-1：环形凹槽；1-1-2-2：转轴连接套螺纹孔；1-1-3：连接法兰的通孔；1-1-4：连接传动转轴连接套的通孔；1-1-5：开槽；1-2：下游钝体壳；1-3：可伸缩摆臂；1-3-1：可伸缩下摆臂；1-3-2：可伸缩上摆臂；2：增速齿轮组；2-1：大齿轮组；2-1-1：齿轮组输入轴；2-2：小齿轮组；2-3：棘轮组；3：发电机系统；3-1：发电机轴；4：固定法兰；5：轴承。

具体实施方式

本发明设计原理

1、双串行钝体涡激振动设计原理：本发明在涡激振动发电工作原理的基础上，按照串行物体流动尾迹相互作用原理设计一种单自由度尾迹诱导振动发电装置。具体为：本发明巧妙地利用了上游和下游地理位置特点，在上游和下游分别布设圆柱钝体壳，上游圆柱壳是静止的，下游圆柱壳是活动的。上游圆柱壳由于其处于水流的上游位置，当水流流经上游圆柱时，上游圆柱率先把流体分成两部分，流体分开后形成交替的涡旋结构作用在下游圆柱壳上，使得上游圆柱壳能够作为涡发生器产生流动涡旋结构，该涡旋结构从上游圆柱壳表面产生；下游圆柱壳受到上游圆柱传播过来的流动涡旋诱导，发生持续的沿着圆周方向的摆动；该方法避免了振子(振子为在双平行轨道之间做直线运动的圆柱，如图1所示)在竖直方向的平行轨道上做直线振动可能存在的自锁、摩擦力大等问题，通过将直线振动改为单摆式旋转摆动极大程度减小了摩擦力，适合在较低流速启动振动从而发电。

2、自适应来流方向设计原理：本发明改进之处在于振子的运动轨迹不受平行轨道的限制，可以随着洋流方向变化而而作相应调整，将上游圆柱设置成位置固定且垂直于水面、将下游圆柱设置为非固定位置且下游圆柱随着上游圆柱产生的流动涡旋结构而发生圆周摆动，该摆动方向可自适应来流方向，不限于是圆周上任何位置的摆动。当洋流方向变化时，洋流流经上游圆柱的方向也会发生0-360度以内的角度变化，因此，洋流流经上游圆柱产生流动涡旋的方向也随着变化、下游圆柱受到上游圆柱传播过来的流动涡旋诱导方向也会随着变化，由于下游圆柱的摆动位置受限于上游圆柱涡发生器的涡流方向变化、上游涡流方向变化又受限于洋流方向的变化，因此振子的振动的平衡位置始终可以保持与洋流方向基本一致。本发明这一自适应来流方向的设计方法降低了水流环境对发电系统的影响，满足了高环境适应性的要求，摆脱了传统双平行轨道对于振子运动方向的限制，使得振子的平衡位置可以在任何角度，从而解决了流向自适应的难题。

3、增速齿轮组设计原理。增速齿轮组的设计要同时满足二个条件：低速变为高速、以及虽然振子的摆动(下游圆柱壳)是往复运动的，但输入到发电机的是单一方向的转动，从而使得最终输出的电能功率曲线光滑平顺，便于后续整流变压输送。保证只有单一方向的运动可以最终传递到发电机的设计原理是:第一、设计三组齿轮，大齿轮组、小齿轮组、棘轮组，棘轮组用于连接发电机向发电机输出动力；大齿轮组和小齿轮组、棘轮组配合实现转速加倍；小齿轮组用于改变两个棘轮其中一个棘轮的运动方向；第二、设计棘轮组为上下两个棘轮，从下往上为第一棘轮、第二棘轮，二个棘轮同时转动但转动方向相反、并且其中一个在当前半个周期对发电机输出功率时，另一个在当前半个周期内不做工。并且，第一棘轮的驱动力来自第一大齿轮、与第一大齿轮啮合，第二棘轮的驱动力来自第一小齿轮、与第一小齿轮相啮合；第三、大齿轮组、小齿轮组的各自设有轴向两个相同齿轮且两个齿轮同轴同方向运动，第一大齿轮把动力传给第二大齿轮，第二大齿轮与第二小齿轮啮合，第二小齿轮把动力传给第一小齿轮，第一小齿轮运动决定第二棘轮的运动方向；第四、第一棘轮和第二棘轮各有半个周期的运动承担齿轮组功率输出任务，组合到一起就形成单一方向的转动，具体为：当第一棘轮的转动方向和电机轴转动方向一致时，其在半个周期内向电机输出功率时，此时第二棘轮在该半个周期内只是做相反运动的空转而不做工，当第二棘轮转动方向和电机轴转动方向一致时，其在半个周期内向电机输出功率，此时第一棘轮在该半个周期内只是做相反运动的空转而不做工。

4、上游圆柱套的设计原理。上游圆柱套的设计难点在于：上游圆柱套不与下游圆柱壳直接相连，因此下游圆柱的摆动在绝大多数情况下不会带动上游圆柱套转动，从而对于上游圆柱表面的涡流产生过程的影响较小，上游圆柱套的尾涡脱落过程接近于静止无转动圆柱，此条件下需要将下游圆柱壳连接到上游圆柱套内部的转轴上，且上游圆柱套需要设计出容纳上摆臂运动的开槽。由于季节变化，洋流方向会随着季节的变化而变化，但此时开槽会干涉下游圆柱壳带动的可伸缩摆臂左往复摆动，因此当洋流方向变化使得下游圆柱壳摆动有可能触碰到开槽边缘时，需要通过改变上游圆柱开槽的朝向，使得上游圆柱的开槽方向随着洋流方向的变化而变化。所述改变上游圆柱开槽的朝向既是采用上游圆柱壳和上游转轴连接套之间的非固接方式，由于是非固接方式，上游圆柱套在洋流方向转变带动下做相应的调整，转动以后使得洋流的方向依然保持在下游摆动的平衡位置。

基于以上原理，本发明设计了一种基于摆动的双串行钝体涡激振动可再生能量收集系统，如图2、图3所示，其特点是：包括串行双钝体涡激振动装置1、增速齿轮组2、发电机系统3；该串行双钝体涡激振动装置1设有沿着洋流流动方向串行布放且竖直布放的两个钝体和它们两端的可伸缩摆臂1-3；上游钝体设有内外两层，内层为传动转轴1-1-1、外层为上游钝体壳1-1；下游钝体为下游钝体壳1-2；所述传动转轴1-1-1和下游钝体壳1-2在上下两端分别通过可伸缩上摆臂1-3-2和可伸缩下摆臂1-3-1相连；所述增速齿轮组2、发电机系统3顺序布设在传动转轴1-1-1的上方、与传动转轴1-1-1同轴布设；

所述上游钝体壳1-1作为涡发生器产生流动涡旋结构，该流动涡旋结构从上游钝体壳1-1表面产生，产生涡流过程中该上游钝体壳1-1基本保持静止，流体经过上游钝体壳1-1分成两部分继而形成交替的涡旋结构；下游钝体壳1-2作为振子，受到上游钝体壳1-1传播过来的流动涡旋诱导，发生持续的圆周摆动；下游钝体壳1-2的振动带动传动转轴1-1-1的转动：下游钝体壳1-2的摆动通过可伸下缩摆臂1-3-1传到上游钝体壳1-1的传动转轴1-1-1，继而传动转轴1-1-1将摆动传递到增速齿轮组2，增速齿轮组2将转动加速后输入到发电机系统3，发电机系统3将动能转化成电能输出，从而完成整个能量转换过程。

进一步地，所述上游钝体壳1-1包括上游圆柱壳、上游椭圆壳、倒圆后的上游三角柱壳、倒圆后的上游方柱壳、或倒圆后的其它上游多面体结构壳；所述下游钝体壳1-2包括下游圆柱壳、下游椭圆壳、倒圆后的下游三角柱壳、倒圆后的下游方柱壳、或倒圆后的其它下游多面体结构壳。

进一步地，所述下游钝体壳1-2发生持续的圆周摆动，体现为单自由度的往复摆动，运动的驱动力和回复力均由上游钝体壳1-1传播过来的流动涡旋作用在下游钝体壳表面产生。

进一步地，所述上游钝体壳1-1和下游钝体壳1-2的高度和直径随着能量输出的级别和实际流动环境而确定：瓦级别能量输出时其高度是米的量级，千瓦级别能量输出时其高度是几十米量级。

进一步地，所述可伸缩摆臂1-3用于匹配不同的流速和水深，不同流速下最佳的钝体间距不同，如果水深不够驱动振动，则通过调大间距增大力矩来保证实现涡激振动。

进一步地，所述可伸缩摆臂1-3包括可伸缩上摆臂1-3-2、可伸缩下摆臂1-3-1，所述可伸缩上摆臂1-3-2或可伸缩下摆臂1-3-1各自由三部分构成：两个单边有齿条的不锈钢板和一个双边有齿条的不锈钢板，通过调整齿条咬合位置实现摆臂的长度变化，最终可实现两个钝体间距由1.5倍最大直径到5倍最大直径可调。

进一步地，如图4所示，所述上游钝体壳1-1靠近顶端处分别开设有连接法兰的通孔1-1-3、以及连接传动转轴连接套的通孔1-1-4；通过连接固定法兰的通孔1-1-3将上游钝体壳1-1和固定法兰固接在一起；通过连接传动转轴连接套的通1-1-4通孔将上游钝体壳1-1和传动转轴连接套1-1-2固接在一起。

补充说明1：

1、如图4、图5、图6所示，固定法兰由两个半圆形状的法兰扣在环形凹槽1-1-2-1中，两个半圆形状的法兰上设有螺纹孔，该两个半圆的固定法兰上的螺纹孔用于和上游圆柱壳上的通孔1-1-3相配合，而两个半圆的固定法兰和其内表面的环形凹槽是非固定连接。当季节变化洋流的方向改变时，洋流会带动上游钝体壳和固定法兰有微微的转动，由于固定法兰的内表面和环形凹槽是非固定连接的，所以能够随着上游钝体壳的微微转动而转动。

2、所述洋流会带动上游钝体壳和固定法兰有微微的转动，是在因季节变化洋流方向改变后一个相当长的时间内会有微微转动，当洋流方向相对没有变化时，产生涡流过程中该上游钝体壳1-1带动固定法兰4基本保持静止。

进一步地，如图4所示，所述上游钝体壳外1-1表面与可伸缩上摆臂1-3-2连接之处还设有开槽1-1-5，该开槽1-1-5用于保证绝大多数洋流方向稳定时，下游钝体壳1-2不与上游钝体壳1-1直接接触，因此下游钝体壳1-2摆动不会带动上游钝体壳1-1转动、也就不会影响上游钝体壳1-1产生流动涡旋结构。

补充说明2：

如图4所示，开槽1-1-5的宽度应大于下游圆柱壳周向的摆动或振动的范围，这样，振子的振动只是在开槽的弧度范围内摆动，而不会将振动的力传给上游圆柱壳而带动上游圆柱壳一起摆动。

进一步地，如图6所示，所述传动转轴1-1-1连接套靠近下端的外表面加工有匹配固定法兰的环形凹槽1-1-2-1，该环形凹槽1-1-2-1用于嵌入两个半圆的法兰4；所述传动转轴连接套1-1-2环形凹槽1-1-2-1下方的外表面上还设有多个周向间隔一定距离的转轴连接套螺纹孔1-1-2-2，该多个周向间隔一定距离的转轴连接套螺纹孔1-1-2-2用于和所述上游钝体壳1-1固接。

进一步地，所述上游钝体壳1-1和传动转轴连接套1-1-2之间采用固接或非固接的方式，当采用固接方式时将螺钉插入连接传动转轴连接套的通孔1-1-4进行固接；当采用非固接方式时无需在通孔插入螺钉；非固接方式用于季节交替变化时洋流方向改变的场合，当洋流方向改变时，上游钝体壳1-1上开槽的位置和洋流方向将产生夹角，有可能会限制摆臂的正常摆动范围，为了不影响可伸缩上摆臂1-3-2的正常摆动，采用非固接方式，洋流方向改变时摆臂可以通过与上游钝体壳1-1在开槽边缘的多次小强度碰撞微调上游钝体壳1-1开槽1-1-5朝向，使得洋流方向的变化能够带动上游钝体壳1-1转动，用以保证上游钝体壳1-1上开槽的位置和洋流方向匹配，保证摆臂的运动空间。

补充说明3：

如图6所示，采用固接的方式在本实施例中只是给出一种方式，但这个方式不是必须的。实际应用时，不论洋流方向变化或不变化，均可以采用非固接的方式。因为只有季节的变化才会产生洋流方向的变化，当季节没有变化、洋流方向没有变化时，即便是非固接方式也能够使得上游圆柱处于壳基本静止状态。也就是说，当洋流方向相对固定没有变化时，即便采用非固接方式也能够保持洋流方向垂直于振子振动方向，从而达到高效率发电的目的。

进一步地，如图8所示，所述增速齿轮组包括大齿轮组2-1、小齿轮组2-2和棘轮组2-3；小齿轮组2-2和棘轮组2-3的直径和齿数相同；所述大齿轮组2-1、小齿轮组2-2和棘轮组2-3，它们各自轴向从下往上设有第一大齿轮、第二大齿轮；第一小齿轮、第二小齿轮；第一棘轮、第二棘轮；其中，第一大齿轮和第一棘轮啮合，第二大齿轮和第二小齿轮啮合、第一小齿轮和第二棘轮啮合；棘轮组的第一棘轮和第二棘轮保证两个往复运动只有单一方向的运动可以最终传递到发电机，进而保证两个棘轮传到发电机轴3-1的运动为单一方向的转动。

进一步地，所述第一棘轮和第二棘轮各有半个周期的运动可以传递到发电机轴3-1，组合到一起就形成单一方向的转动，具体为：当第一棘轮在半个周期内输出功率时，第二棘轮在该半个周期内只是反向空转而不对发电机输出能量，当第二棘轮在半个周期内输出功率时，第一棘轮在该半个周期内只是反向空转而不做工；所述小齿轮组2-2用于改变第二棘轮往复旋转方向：第一棘轮和大齿轮组2-1的转动方向相反；第二棘轮由于通过小齿轮组2-2和第二大齿轮间接接触，因此第二棘轮转动方向和大齿轮组2-1同方向、和第一棘轮反方向；第一棘轮和第二棘轮的往复转动方向因此始终相反，但通过棘轮只有一个方向的转动可以传递到发电机轴3-1，最终使发电机得到持续的单向转动能量输入；所述大齿轮组2-1和小齿轮组2-2的齿数比为2～10。

补充说明4：

1、“增速齿轮组设计原理”见本发明设计原理的第3点；

2、棘轮组的2个棘轮一定是同时转动但方向相反；第二、2个方向相反的棘轮一定是一个做工、另一个不做工，所述做工就是其运动可以最终传递到发电机，不做工就是棘轮的转动空转、其运动不可以最终传递到发电机；第三、做工的棘轮或者是下面的第一棘轮、或者是上面的第二棘轮，不论是哪个棘轮，做工的棘轮一定棘轮转动的方向和电机转动方向一致，由此保证即便振子的运动轨迹是往复运动，也能够始终保持棘轮传给电机的力时一致的。

需要强调的是，上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对上述实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。