CN102168658B - 脚垫式发电装置 - Google Patents

Abstract

脚垫式发电装置，涉及一种发电设备。设有外壳、传动机构、转轴、支撑柱、踏板和发电系统；所述传动机构设有齿条、齿轮、齿轮轴、大锥齿轮、小锥齿轮、行星架、带齿棘轮、棘轮从动件、棘爪、周转轮系和飞轮；踏板安装在齿条顶部，支撑柱嵌入踏板中，支撑柱下设有回程弹簧；在齿条底部装有复位弹簧，齿条与齿轮啮合，大锥齿轮设在齿轮的输出水平轴的右侧；齿轮、大锥齿轮与齿轮轴周向固定；小锥齿轮位于大锥齿轮右下方；周转轮系设有齿圈、行星轮和太阳轮并设在小锥齿轮的传动轴上；行星轮与太阳轮啮合，行星轮与转轴为过盈配合；2个带齿棘轮的外齿轮啮合。

Description

脚垫式发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电设备，尤其是涉及一种脚垫式发电设备。

背景技术

许多公共场所(地铁、商店、宾馆酒店、车站、机场等)、交通工具(公交车、火车、飞机、渡船等)的出入处通常铺设防滑、防尘脚垫，可以防止人员滑倒、带入泥尘，这些脚垫在完成这些功能同时，还承受出入人员的体重压力。

中国专利CN101377188公开一种发电地板，包括地板，地板下装有多个发电机，发电机的轴杆和地板相连。发电机包括：机架，装在机架上的线圈，套有弹簧的轴杆上装有永久磁铁，轴杆和机架相连。在人流量大的地方，利用人流运动对地面的作用力，使地板上下运动带动发电机发电，使人运动的力量得到充分的利用，可以得到清洁能源，缓解能源危机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主要用于公共场所(地铁、图书馆、商店、宾馆、酒店、车站、机场等)、交通工具(公交车、火车、飞机、渡船等)的出入口处的脚垫式发电装置。

本发明设有外壳、传动机构、转轴、支撑柱、踏板和发电系统；所述传动机构设有齿条、齿轮、齿轮轴、大锥齿轮、小锥齿轮、行星架、带齿棘轮、棘轮从动件、棘爪、周转轮系和飞轮；

踏板安装在齿条顶部，支撑柱嵌入踏板中，支撑柱下设有回程弹簧；在齿条底部装有复位弹簧，复位弹簧用销钉固定，齿条作上下直线运动，齿条与齿轮啮合，大锥齿轮设在齿轮的输出水平轴的右侧；齿轮、大锥齿轮分别用平键与齿轮轴进行周向固定；小锥齿轮位于大锥齿轮的右下方，小锥齿轮与大锥齿轮啮合；所述周转轮系设有齿圈、行星轮和太阳轮，周转轮系设在小锥齿轮的传动轴上；行星轮与太阳轮啮合，行星轮与转轴为过盈配合；2个带齿棘轮的外齿轮啮合，2个带齿棘轮中的1个带齿棘轮以过盈配合安装在太阳轮的传动轴上，两个电刷分别贴在飞轮的边缘和飞轮的中心轴上，发电系统紧固在外壳上。

所述踏板可采用矩形刚性踏板。所述发电系统结构参照法拉第圆盘发电机。

本发明采用4个直线运动转为水平转动的齿轮齿条机构，齿条由复位弹簧支撑，不受重力时由弹力自动复位。磁电式发电机的转子与传动机构的最后一级输出轴(飞轮轴)通过行星轮变速棘轮机构相连，此结构可由一块普通脚垫覆盖，外观与普通脚垫相同。由此可见，本发明具有以下突出优点：

1)绿色能源：将人体的重力势能转化为电能，同时提供对人体的减振和缓冲的功效，不消耗任何能源，不造成任何污染，也不会消耗人体力，即可获得电能；

2)重力传递机构：传动与变速机构结合，不论人的脚踏在垫子的何处，都会因重力而驱动发电转子，只要踏上脚垫即会将人体的重力势能转变旋转机械能，驱动发电转子，实现电能转换；

3)双向发电，效率较高。重力去除后，齿条在弹力作用下复位，同时带动传动机构反转，由棘轮机构换向，带动另一个与飞轮相连的发电转子转动；

4)本发明可以应用在城市地铁、图书馆、大型商场、火车站、机场、车辆(其它交通工具)等大量人员出入处，在提供防滑、防尘、缓冲、减震功能同时，依靠人体的重力做功实现发电，可应用于这些场合中一些控制、便利系统(自动门、风幕等)供电电源或其它不便外接电源的场合。

如将变速机构、磁电式发电组件、储能器件与垫子集成一起，则可以将人体重力用于电能转换，同时实现减振、缓冲和增加舒适的功能，不影响行人的出入便利。

本发明基于许多公共场所(地铁、图书馆、商店、宾馆、酒店、车站、机场等)、交通工具(公交车、火车、飞机、渡船等)的出入口处通常铺设防滑、防尘脚垫的现象，设计制造机械传动机构、磁电式发电组件、蓄能器与垫子结合的发电脚垫，将人体重力能转换为电能，用于向其它应用系统供电等。

附图说明

图1为本发明的传动原理示意图。

图2为图1的A向示意图。

图3为图1的左视示意图。

图4为本发明实施例的主视结构组成示意图。

图5为图4的A-A视图。

图6为图4的B-B视图。

图7为本发明实施例的左视结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～7，本发明实施例设有外壳5、传动机构、转轴4、支撑柱6、踏板25和发电系统10；所述传动机构设有齿条14、齿轮15、齿轮轴16、大锥齿轮17、小锥齿轮18、行星架19、带齿棘轮20、棘轮从动件21、棘爪22、周转轮系和飞轮28。

踏板25安装在齿条14顶部，支撑柱6嵌入踏板25中，支撑柱6下设有回程弹簧7；在齿条14底部装有复位弹簧8，复位弹簧8用销钉9固定，齿条14作上下直线运动，齿条14与齿轮15啮合，大锥齿轮17设在齿轮15的输出水平轴的右侧；齿轮15、大锥齿轮17分别用平键与齿轮轴16进行周向固定；小锥齿轮18位于大锥齿轮17的右下方，小锥齿轮18与大锥齿轮17啮合；所述周转轮系设有齿圈1、行星轮2和太阳轮3，周转轮系设在小锥齿轮18的传动轴上；行星轮2与太阳轮3啮合，行星轮2与转轴4为过盈配合；2个带齿棘轮20的外齿轮啮合，2个带齿棘轮20中的1个带齿棘轮以过盈配合安装在太阳轮3的传动轴上，两个电刷11分别贴在飞轮28的边缘和飞轮28的中心轴上，发电系统紧固在外壳5上。在图4中，标记12为轴承套，13为轴承；在图6中，标记23为棘爪弹簧；在图7中，标记24为燕尾槽。

所述踏板25可采用矩形刚性踏板。所述发电系统可采用磁电式发电机或市售的普通发电机，如采用普通发电机代替磁电式发电机，可将飞轮轴与发电机的转子轴相连即可。发电系统的结构可参照法拉第圆盘发电机。

传动机构的总传动比可设计为1∶100。锥齿轮的传动比可为1∶4，行星轮系的传动比可为1∶25。估算势能转化为飞轮动能的效率为：

η＝η_nη₁□η₂□η₃

其中，η_n为齿条齿轮的效率，取为0.9；η₁为锥齿轮的效率，取为0.97；η₂为行星齿轮的效率，取为0.95；η₃为棘轮的效率，取为0.9，则有：

η＝η_nη₁□η₂□η₃＝0.9×0.97×0.95×0.9＝0.745

一个体重为50kg的人踩动齿条后，重力势能变化为：

W＝mgh＝50×10×0.014＝7    J

齿条势能转化为飞轮动能：

W′＝W_η＝7×0.745＝5.2     J

由原始条件，人踩动齿条的平均速度为v＝0.02m/s，飞轮的最大盈亏功为：

A_max＝W′-0＝5.2-0＝5.2    J

取机械运转速度不均匀系数[δ]＝0.02，

飞轮角速度为：

${\mathrm{\ω}}_m=(3820\×\frac{2\mathrm{\π}}{60})=400r/s$

所以

$J_m=\frac{A_{\max }}{{{\mathrm{\δw}}_m}^2}=\frac{5.2}{0.02\×{400}^2}=1.6\×{10}^{-3}\mathrm{kg}.m^2$

计算齿条一次往返运动所产生的电能：

发电机将动能转化为电能的效率一般为90％。齿条一次往返运动，带动两个飞轮转动，则发电机产生的电能为：W_电＝2□A_maxη＝2×5.2×0.9＝9.36J。

Claims (2)

1.脚垫式发电装置，其特征在于设有外壳、传动机构、转轴、支撑柱、踏板和发电系统；所述传动机构设有齿条、齿轮、齿轮轴、大锥齿轮、小锥齿轮、行星架、带齿棘轮、棘轮从动件、棘爪、周转轮系和飞轮；

踏板安装在齿条顶部，支撑柱嵌入踏板中，支撑柱下设有回程弹簧；在齿条底部装有复位弹簧，复位弹簧用销钉固定，齿条作上下直线运动，齿条与齿轮啮合，大锥齿轮设在齿轮的水平设置的齿轮轴的右侧；齿轮、大锥齿轮分别用平键与齿轮轴进行周向固定；小锥齿轮位于大锥齿轮的右下方，小锥齿轮与大锥齿轮啮合；所述周转轮系设有齿圈、行星轮和太阳轮，周转轮系设在小锥齿轮的传动轴上；行星轮与太阳轮啮合，行星轮与转轴为过盈配合；2个带齿棘轮的外齿轮啮合，2个带齿棘轮中的1个带齿棘轮以过盈配合安装在太阳轮的传动轴上，两个电刷分别贴在飞轮的边缘和飞轮的中心轴上，发电系统紧固在外壳上。

2.如权利要求1所述的脚垫式发电装置，其特征在于所述踏板为矩形刚性踏板。

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