[發明專利]一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201210260906.8
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN102797652A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 謝龍漢;蔡明京
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及可再生能源領域，具體涉及收集外界機械動能并轉化為電能的裝置及方法。

背景技術

隨著國防的現代化，士兵在野外作業都需要隨身攜帶一系列電子設備，例如GPS、通信設備等，這些設備的能源供給主要來自電池。雖然電池技術已經取得了長足進步，但電池的電容量仍然限制著這些電子設備的使用。另一方面，老化問題最終導致電池被拋棄，這也引起了嚴重的環境問題。因此，尋找一種可替代電池的能源，以供給士兵野外作戰所需的隨身電子設備是必要和有意義的。目前還沒有捕獲外界或者人體動能并作為隨身電子設備的供電電源。

隨著社會經濟的發展，現代化的都市擁有越來越多的高樓大廈，同時由于電梯的普及，這些高樓大廈也普遍安裝電梯供人們使用。另一方面，由于消防的要求，所有建筑物必須有消防樓梯，同時配備照明、應急照明等設備。由于一般情況下人們不會使用消防樓梯，因此，上述這些照明設備出于空置狀態，但又必須配置且需要經常維護，這是一筆很大的開支。考慮到人們在應急狀況下才會使用消防樓梯，而往往在這種情況下，外部的電源是中斷的，例如火災的情況，又如911事件中的帝國大廈，在緊急情況下依賴外部電源成為一種負擔。考慮上述的問題，有必要尋求一種可以不依賴外部電源、同時可以在應急情況下進行照明的方法，同時減少必要的設備支出的新技術。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置及其方法，本發明結構簡單、厚度薄、能夠高效地捕獲來自外部的壓力動能，并將其轉換為電能進行利用，節能環保，成本低廉。

本發明的裝置采用如下技術方案：一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，包括發電機，還包括相連接的運動捕獲機構與運動轉換機構；所述運動捕獲機構捕獲豎直方向的機械動能并轉換為水平方向的直線運動；所述運動轉換機構將直線運動轉換為旋轉運動，并將旋轉運動傳輸給發電機。

所述運動捕獲機構包括上板、上排滑塊、上板復位機構、下板、下排滑塊及下板復位機構；上排滑塊裝配在上板的直線槽中，下排滑塊裝配在下板的直線槽中，上排滑塊與下排滑塊處于同一豎直平面內；上板復位機構設置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復位機構設置在水平方向上且連接在下排滑塊與下板之間。

所述運動轉換機構包括與所述上排滑塊連接的齒條，以及與齒條相嚙合連接的加速齒輪組，加速齒輪組將旋轉運動傳輸給發電機。

所述上板復位機構為上板復位彈簧。所述下板復位機構為下板復位彈簧。

所述運動捕獲機構還包括設置在下板的直線槽的一端的限位塊。

所述上排滑塊為上排梯形滑塊，下排滑塊為下排梯形滑塊。

本發明的方法采用如下技術方案：基于上述裝置的捕獲機械動能并轉換為電能的方法，包括以下步驟：

（1）上板在外部壓力的作用下向下運動，上板滑塊擠壓下板滑塊，使上板滑塊及下板滑塊沿直線槽運動，將豎直方向的運動轉換為下板滑塊在水平方向的運動；

（2）通過上板復位機構使上板滑塊在外部壓力釋放之后復位，通過下板復位機構使下板滑塊在外部壓力釋放之后復位；

（3）下板滑塊在水平方向的運動通過齒條傳遞給加速齒輪組，從而將直線運動轉換為旋轉運動；

（4）旋轉運動傳遞給發電機，從而將壓力機械能轉換為電能。

本發明的原理如下：通過上下兩排梯形滑塊來捕獲豎直方向的壓力機械動能并轉換為水平方向的旋轉運動，上面一排的梯形滑塊裝配在上板并僅可以沿著一個直線槽滑動，而下面一排的梯形滑塊則限制在一個直線槽中從而可以沿著直線槽滑動，外部壓力驅動推壓上板，上板向下運動通過梯形滑塊擠壓下板梯形滑塊，推動滑塊沿著直線槽滑動，從而將豎直方向的運動轉換為水平方向的運動。上板安裝有復位彈簧，在外部的壓力釋放之后可以復位；而下排梯形滑塊也安裝有水平的復位彈簧，在上排梯形滑塊的擠壓力消除后，得到復位。下排梯形滑塊的側面固定有齒條，當下排滑動沿著直線槽運動的時候，帶動齒條運動，齒條的直線運動驅動與其相嚙合的加速齒輪組，從而將低速的直線運動轉變為高速的旋轉運動。高速的旋轉運動最終傳遞給與之匹配的發電機，從而將機械能轉換為電能；產生的電能通過整流調壓電路調整到合適電壓的直流電并存儲在蓄能裝置中。

相對于現有技術，本發明具有以下優點：

1、本發明收集外界的壓力動能并轉化為電能，能夠以簡單的、容易制造的結構捕獲外界的壓力動能進行利用，擴展了可利用能量的來源。具有結構簡單、制作方便、厚度小的特點。

2、上下兩排的梯形滑塊采用聚四氟乙烯材料機械制造，其滑動摩擦小，可極大程度上減少滑動摩擦。