CN102168658B - 脚垫式发电装置 - Google Patents
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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
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=ηnη1□η2□η3
其中,ηn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=ηnη1□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′=Wη=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:
Amax=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:
所以
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□Amaxη=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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