CN102116276A - 自发捕获动能并将其转换为电能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能量回收及利用领域，提供一种自发捕获动能并将其转换为电能的方法，其包括以下步骤：自发捕获外部动能并将其转化为振荡系统的摆动；将振荡系统的摆动转换为齿轮双向转动；将齿轮双向转动转换为齿轮单向转动；将齿轮单向转动转换为不稳定电压的电流；将不稳定电压的电流调整为稳定电压的电流。相对于现有技术，本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法，能够自动对外部动能进行回收和利用，不仅扩展了可利用能量的来源，而且能方便地为电子设备提供电力，在提高效用的同时，减少了对环境的污染。

Description

自发捕获动能并将其转换为电能的方法
技术领域
本发明涉及一种能量回收方法，尤其是一种对动能进行自发回收及利用的方法。
背景技术
现实生活中存在丰富的动能，例如人体活动、机动车辆的运动等，这些动能除了维持人体或者设备所需的功能之外，有很大一部分是浪费掉的。另一方面，可利用能源的日渐短缺以及化石能源对环境的污染，促使人们不断探索如何获得可持续的洁净能源。
随着科技的发展，现代社会生活中的人们广泛使用了各种随身携带的电子设备，例如手机、MP3、PDA等，这些电子设备的能源供给主要来自电池。虽然电池技术已经取得了长足进步，但电池的电容量仍然限制着这些电子设备的使用。另一方面，老化问题最终导致电池被抛弃，这也引起了严重的环境问题。因此，寻找一种可替代电池的能源，以供给随身携带的电子设备是必要和有意义的。
机动车辆是人们日常生活的重要组成部分，在行驶的减速过程中通过刹车等阻尼设备将机动车辆的动能转换为热能并传播到环境中，能量全部被白白浪费掉。因此，应该寻找一种合理的方法对机动车辆浪费的这部分能量进行回收及利用，以减少能源的浪费及对环境的污染。
有鉴于此，确有必要提供一种自发捕获动能并对其进行利用的方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够自发捕获动能并对其进行利用的方法，以减少能源的浪费，同时减少对环境的污染。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种自发捕获动能并将其转换为电能的方法，其包括以下步骤：自发捕获外部动能并将其转化为振荡系统的摆动；将振荡系统的摆动转换为齿轮双向转动；将齿轮双向转动转换为齿轮单向转动；将齿轮单向转动转换为不稳定电压的电流；将不稳定电压的电流调整为稳定电压的电流。
作为本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法的一种改进，所述“将齿轮单向转动转换为不稳定电压的电流”步骤包括“将齿轮单向转动加速为高速单向转动”的步骤。
作为本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法的一种改进，所述方法还包括“将稳定电压的电流储存在储能装置中”这一步骤。
作为本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法的一种改进，所述方法还包括“将稳定电压的电流向用电设备输出”这一步骤。
相对于现有技术，本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法，能够自动对外部动能进行回收和利用，不仅扩展了可利用能量的来源，而且能方便地为电子设备提供电力，在提高效用的同时，减少了对环境的污染。
附图说明
图1是本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法的实施流程图。
图2是实现本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法的一种实施装置示意简图。
图3是图2中实施装置的旋转运动换向装置的正转棘爪齿轮系示意简图。
图4是图2中实施装置的旋转运动换向装置的反转棘爪齿轮系示意简图。
图5是本发明应用于便携式电子设备的示意图。
图6是本发明应用于机动车辆动能回收的示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法包括以下步骤：自发捕获外部动能并将其转化为振荡系统的摆动；将振荡系统的摆动转换为齿轮双向转动；将齿轮双向转动转换为齿轮单向转动；将齿轮单向转动加速为高速单向转动；将齿轮高速单向转动转换为不稳定电压的电流；将不稳定电压的电流调整为稳定电压的电流；将稳定电压的电流储存在储能装置中。
在其他实施方式中，如果齿轮双向转动转换成的齿轮单向转动速度能够满足要求，也可以不进行加速步骤；如果所捕获的动能是持续发生，或者用电设备不需要持续电流，也可以不将稳定电压的电流储存在储能装置中，而是直接将电流向用电设备输出。
本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法，可通过构建一组硬件系统，使得外部的动能可以通过所述的硬件系统进行传递、变换，最终输出所需的电能。所述的硬件系统，可包括具有单摆性质的振荡系统以捕获外部的动能并转换为振荡系统的内部单摆摆动；所述的振荡系统驱动轴承齿轮将单摆摆动变换为齿轮的双向转动；所述的轴承齿轮驱动棘轮系统从而将双向的转动变换为齿轮单向的唯一的转动；所述的棘轮系统驱动加速齿轮系从而将齿轮的低速运动进行加速达到所需的转动速度；所述的加速齿轮系驱动与之相匹配的直流电机从而产生电能；所述直流电机通过导线将电能传递给调整电路从而将电能的参数调整到理想的、可用于充电的状态并储存在储能电路中，并可在外部电路的要求下输出电能。
为了保证本发明自发捕获动能并将其转换为电能的方法能够实现，以下提供一种用于实现本发明的实施装置，需要说明的是，本发明的方法同样可以用其他装置实现。
请参阅图2至图4，实现本发明的实施装置包括振荡系统、轴承齿轮2、棘轮系统、加速齿轮系5、锥形齿轮组6、发电机7和调整电路8。
图中实施例的振荡系统为单摆1，在外部动能及地球重力作用下，单摆1可绕其旋转轴心形成振荡，从而将外部动能转换为单摆1的摆动。轴承齿轮1固定在单摆1的旋转轴心并与单摆1同轴，单摆1的摆动通过轴承齿轮2转换为齿轮的双向运动。
棘轮系统包括正转棘爪齿轮系3和反转棘爪齿轮系4。正转棘爪齿轮系3包括正转主动轮32、正转从动轮31、旋转轴33、正转棘爪34和轴承35。正转主动轮32与轴承齿轮2相啮合，正转从动轮31通过旋转轴33与正转主动轮32装配在一起，正转棘爪34通过轴承35安装在正转主动轮32中。正转从动轮31的内侧面设置有多个突出部，正转棘爪34与正转从动轮31接触的外侧面为弧形，轴承35的固定点位于正转棘爪34的靠近一端部处，此端部称为抵顶端，这样的结构使正转棘爪34只能用其抵顶端推动正转从动轮31逆时针转动。反转棘爪齿轮系4包括反转主动轮43、反转从动轮42、输出齿轮41、旋转轴44、反转棘爪45和轴承46。反转主动轮43与轴承齿轮2相啮合，反转从动轮42与正转棘爪齿轮系3中的正转从动轮31啮合，反转从动轮42和输出齿轮41通过旋转轴44与反转主动轮43装配在一起。反转棘爪45通过轴承46安装在反转主动轮43中。反转从动轮42的内侧面设置有多个突出部，反转棘爪45与反转从动轮42接触的外侧面为弧形，轴承46的固定点位于反转棘爪45的靠近一端部处，此端部称为抵顶端，这样的结构使反转棘爪45只能用其抵顶端推动反转从动轮42顺时针转动。
当轴承齿轮2顺时针转动时，正转主动轮32和反转主动轮43都逆时针转动，其中正转主动轮32带动正转棘爪34推动正转从动轮31逆时针转动，正转从动轮31因与反转从动轮42啮合而将转动传递给反转从动轮42使其顺时针转动，同时，反转主动轮43带动反转棘爪45逆时针转动，但是反转棘爪45的特殊几何形状及布置使其仅仅在反转从动轮42中滑动，而不能推动反转从动轮42逆时针转动，综上所述：轴承齿轮2顺时针转动时，反转从动轮42也将顺时针转动，并通过旋转轴44将转动传递给输出齿轮41，输出齿轮41顺时针转动。
当轴承齿轮2逆时针转动时，正转主动轮32和反转主动轮43都顺时针转动，其中正转主动轮32带动正转棘爪34顺时针转动，但是正转棘爪34的特殊形状及布置使其仅在正转从动轮31中滑动，而不会推动正转从动轮31顺时针转动，正转从动轮31也就不会带动反转主动轮42逆时针转动，但是反转主动轮43却能够通过反转棘爪45推动反转从动轮42进行顺时针转动，综合作用的结果是：轴承齿轮2逆时针转动时，反转从动轮42仍旧顺时针转动，并通过旋转轴44带动输出齿轮41顺时针转动。
可见，棘轮系统能够将轴承齿轮2的双向转动转换为输出齿轮41的唯一单向旋转运动，从而将单摆1所捕获的外部运动无论顺时针还是逆时针都进行高效地调整和输出。
加速齿轮系5包括一组或者多组齿轮组，其中第一组齿轮组与输出齿轮41啮合，从而将输出齿轮41低速的转动转换为高速的齿轮运动。这是由于很多外部动能，如人体在通常情况下的躯干或者手臂的摆动等，频率会比较低，导致轴承齿轮2的转速比较低，加速齿轮系5可以大幅提高齿轮的转速以提高发电机7的发电效率。在其他实施方式中，如果本发明的实施装置所应用的场合使单摆捕获动能后摆动频率较高，也可以不使用加速齿轮系5进行加速。
加速齿轮系5将齿轮的转动传递给锥形齿轮组6，将转动的方向改变为配合发电机7的主轴旋转，锥形齿轮组6驱动发电机7从而产生电能。锥形齿轮组6的主要作用是改变旋转运动的轴线的方向，以合理布置发电机，从而减少本发明的实施装置所需占用的体积。在其他实施方式中，如果能够供本发明的实施装置利用的空间较大，或者不需要发电机7的轴线与齿轮的轴线方向一致，也可以不使用锥形齿轮组6。
发电机7通过导线将电能传递给调整电路8。调整电路8包括了一整流电路(未图示)、一滤波电路(未图示)、一升压电路(未图示)及一储能电容(未图示)，发电机7产生的电流经调整电路8整流、滤波及升压后储存在储能电容中。由于本发明的实施装置所收集的动能来源(如人体摆动)并不连续也不均匀，导致所捕获的动能也存在不连续或者不均匀的状况，因此发电机7产生的电流或者电压也是不稳定的，调整电路可以将电压调整到电子设备充电所需的稳定电压水平。在其他实施方式中，储能电容也可以是独立于调整电路之外的储能装置。
调整电路8的储能电容通过导线与外部电路连接，并可在外部电路(未图示)的控制下输出电能。
请参阅图5，本发明的实施装置10可嵌入到便携式电子设备9中，例如手机等，其通过导线11与便携式电子设备9的充电电路12相连接，以提供电能至所述的充电电路12中，从而可使便携式电子设备9在工作过程中不断获得充电而延长使用时间。本发明的实施装置10可根据便携式电子设备9可提供的空间制作成适当大小。在手机等的应用中，动能来源是人体躯干的晃动，或者手臂的摆动等。
请参阅图6，本发明的实施装置10可安装在机动车辆12中，使得实施装置10中的单摆旋转轴线与机动车辆12的车轮轴线平行，并通过导线11与机动车辆12中的内部充电电路13相连接，从而可将机动车辆12因刹车等原因而需要减少的机动车辆本身的动能中的一部分回收并再利用。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种自发捕获动能并将其转换为电能的方法，用于回收环境中的动能，其特征在于包括以下步骤：
自发捕获外部动能并将其转化为振荡系统的摆动；
将振荡系统的摆动转换为齿轮双向转动；
将齿轮双向转动转换为齿轮单向转动；
将齿轮单向转动转换为不稳定电压的电流；
将不稳定电压的电流调整为稳定电压的电流。
2.根据权利要求1所述的自发捕获动能并将其转换为电能的方法，其特征在于：所述“将齿轮单向转动转换为不稳定电压的电流”步骤包括“将齿轮单向转动加速为高速单向转动”的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的自发捕获动能并将其转换为电能的方法，其特征在于：所述方法还包括“将稳定电压的电流储存在储能装置中”这一步骤。
4.根据权利要求1或2所述的自发捕获动能并将其转换为电能的方法，其特征在于：所述方法还包括“将稳定电压的电流向用电设备输出”这一步骤。
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