CN102797652B - 一种捕获机械动能并转换为电能的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种捕获机械动能并转换为电能的装置及其方法，其装置包括发电机，还包括相连接的运动捕获机构与运动转换机构；所述运动捕获机构捕获竖直方向的机械动能并转换为水平方向的直线运动；所述运动转换机构将直线运动转换为旋转运动，并将旋转运动传输给发电机。本发明结构简单，制作方便，厚度小，低摩擦；可高效捕获环境中的机械动能并将其转换为电能进行了利用，扩大了可利用能量的来源。

Description

一种捕获机械动能并转换为电能的装置及其方法

技术领域

本发明涉及可再生能源领域，具体涉及收集外界机械动能并转化为电能的装置及方法。

背景技术

随着国防的现代化，士兵在野外作业都需要随身携带一系列电子设备，例如GPS、通信设备等，这些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，以供给士兵野外作战所需的随身电子设备是必要和有意义的。目前还没有捕获外界或者人体动能并作为随身电子设备的供电电源。

随着社会经济的发展，现代化的都市拥有越来越多的高楼大厦，同时由于电梯的普及，这些高楼大厦也普遍安装电梯供人们使用。另一方面，由于消防的要求，所有建筑物必须有消防楼梯，同时配备照明、应急照明等设备。由于一般情况下人们不会使用消防楼梯，因此，上述这些照明设备出于空置状态，但又必须配置且需要经常维护，这是一笔很大的开支。考虑到人们在应急状况下才会使用消防楼梯，而往往在这种情况下，外部的电源是中断的，例如火灾的情况，又如911事件中的帝国大厦，在紧急情况下依赖外部电源成为一种负担。考虑上述的问题，有必要寻求一种可以不依赖外部电源、同时可以在应急情况下进行照明的方法，同时减少必要的设备支出的新技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种捕获机械动能并转换为电能的装置及其方法，本发明结构简单、厚度薄、能够高效地捕获来自外部的压力动能，并将其转换为电能进行利用，节能环保，成本低廉。

本发明的装置采用如下技术方案：一种捕获机械动能并转换为电能的装置，包括发电机，还包括相连接的运动捕获机构与运动转换机构；所述运动捕获机构捕获竖直方向的机械动能并转换为水平方向的直线运动；所述运动转换机构将直线运动转换为旋转运动，并将旋转运动传输给发电机。

所述运动捕获机构包括上板、上排滑块、上板复位机构、下板、下排滑块及下板复位机构；上排滑块装配在上板的直线槽中，下排滑块装配在下板的直线槽中，上排滑块与下排滑块处于同一竖直平面内；上板复位机构设置在竖直方向上且连接在上板与下板之间，下板复位机构设置在水平方向上且连接在下排滑块与下板之间。

所述运动转换机构包括与所述上排滑块连接的齿条，以及与齿条相啮合连接的加速齿轮组，加速齿轮组将旋转运动传输给发电机。

所述上板复位机构为上板复位弹簧。所述下板复位机构为下板复位弹簧。

所述运动捕获机构还包括设置在下板的直线槽的一端的限位块。

所述上排滑块为上排梯形滑块，下排滑块为下排梯形滑块。

本发明的方法采用如下技术方案：基于上述装置的捕获机械动能并转换为电能的方法，包括以下步骤：

（1）上板在外部压力的作用下向下运动，上板滑块挤压下板滑块，使上板滑块及下板滑块沿直线槽运动，将竖直方向的运动转换为下板滑块在水平方向的运动；

（2）通过上板复位机构使上板滑块在外部压力释放之后复位，通过下板复位机构使下板滑块在外部压力释放之后复位；

（3）下板滑块在水平方向的运动通过齿条传递给加速齿轮组，从而将直线运动转换为旋转运动；

（4）旋转运动传递给发电机，从而将压力机械能转换为电能。

本发明的原理如下：通过上下两排梯形滑块来捕获竖直方向的压力机械动能并转换为水平方向的旋转运动，上面一排的梯形滑块装配在上板并仅可以沿着一个直线槽滑动，而下面一排的梯形滑块则限制在一个直线槽中从而可以沿着直线槽滑动，外部压力驱动推压上板，上板向下运动通过梯形滑块挤压下板梯形滑块，推动滑块沿着直线槽滑动，从而将竖直方向的运动转换为水平方向的运动。上板安装有复位弹簧，在外部的压力释放之后可以复位；而下排梯形滑块也安装有水平的复位弹簧，在上排梯形滑块的挤压力消除后，得到复位。下排梯形滑块的侧面固定有齿条，当下排滑动沿着直线槽运动的时候，带动齿条运动，齿条的直线运动驱动与其相啮合的加速齿轮组，从而将低速的直线运动转变为高速的旋转运动。高速的旋转运动最终传递给与之匹配的发电机，从而将机械能转换为电能；产生的电能通过整流调压电路调整到合适电压的直流电并存储在蓄能装置中。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明收集外界的压力动能并转化为电能，能够以简单的、容易制造的结构捕获外界的压力动能进行利用，扩展了可利用能量的来源。具有结构简单、制作方便、厚度小的特点。

2、上下两排的梯形滑块采用聚四氟乙烯材料机械制造，其滑动摩擦小，可极大程度上减少滑动摩擦。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是图1的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的具体实施方式不限于此。

实施例

本发明捕获机械动能并转换为电能的装置，主要包括捕获竖直方向的机械动能并转换为水平方向的直线运动的运动捕获机构、将直线运动转换为旋转运动并将旋转运动放大的运动转换机构、发电机和整流调压电路等。

参见图1，运动捕获机构包括安装在上板4直线槽中做直线运动的上排梯形滑块2，以及安装在下板6的仅可以在直线槽中做直线运动的下排梯形滑块1。上排滑块与下排滑块处于同一竖直平面内；上板复位机构设置在竖直方向上且连接在上板与下板之间，下板复位机构设置在水平方向上且连接在下排滑块与下板之间。上板在外部压力及上板复位机构的作用下做上下双向运动；在上板的上下双向运动及下板复位机构的作用下，上排滑块挤压下排滑块使上排滑块及下排滑块沿直线槽做往复运动。在外部压力的驱动下，上板4向下运动并通过上排梯形滑块2挤压下板6的下排梯形滑块1，推动下排梯形滑块1沿着下板6的直线槽滑动，从而将竖直方向的运动转换为水平方向的运动。下板6直线槽的最右侧有限位块10，限制了上排梯形滑块和下排梯形滑块只能向右运动至限位块10的位置。上板4在竖直方向上安装有复位弹簧5，在外部压力释放之后上板4复位，上排梯形滑块向上运动；下排梯形滑块在左侧安装有水平的复位弹簧3，在上排梯形滑块的挤压力消除后，下排梯形滑块由于原先挤压力已释放并且在水平复位弹簧的作用下在水平方向复位，从而实现了竖直方向的运动转换为水平方向的运动。

上排梯形滑块和下排梯形滑块均采用聚四氟乙烯材料机械制造，其滑动摩擦小，可极大程度上减少滑动摩擦。聚四氟乙烯材料坚硬，廉价且容易获得，并可以根据所需形状进行加工。

如图1所示，运动转换机构包括相啮合连接的齿条7与加速齿轮组8。下排梯形滑块1与齿条7连接，当下排梯形滑块1沿着下板6的直线槽运动的时候，带动齿条7直线运动，齿条7的直线运动驱动与其相啮合的加速齿轮组8，从而将低速的直线运动转变为高速的旋转运动。高速的旋转运动最终传递给与加速齿轮组8匹配的发电机9，从而将机械能转换为电能；产生的电能通过整流调压电路调整到合适电压的直流电并存储在蓄能装置中。

上述装置用于捕获机械动能并转化为电能的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）上板在外部压力的作用下向下运动，上板滑块挤压下板滑块，使上板滑块及下板滑块沿直线槽运动，将竖直方向的运动转换为下板滑块在水平方向的运动；

（2）通过上板复位机构使上板滑块在外部压力释放之后复位，通过下板复位机构使下板滑块在外部压力释放之后复位；

（3）下板梯形滑块在水平方向的运动通过齿条传递给加速齿轮组，从而将低速的直线运动转换为高速的旋转运动；

（4）高速的旋转运动传递给发电机，从而将压力机械能转换为电能，并通过整流调压电路对电能进行调整后存储在蓄能装置。

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。

Claims (8)

1.一种捕获机械动能并转换为电能的装置，包括发电机，其特征在于，还包括相连接的运动捕获机构与运动转换机构；所述运动捕获机构捕获竖直方向的机械动能并转换为水平方向的直线运动；所述运动转换机构将直线运动转换为旋转运动，并将旋转运动传输给发电机；

所述运动捕获机构包括上板、上排滑块、上板复位机构、下板、下排滑块及下板复位机构；上排滑块装配在上板的直线槽中，下排滑块装配在下板的直线槽中，上排滑块与下排滑块处于同一竖直平面内；上板复位机构设置在竖直方向上且连接在上板与下板之间，下板复位机构设置在水平方向上且连接在下排滑块与下板之间。

2.根据权利要求1所述的捕获机械动能并转换为电能的装置，其特征在于，所述运动转换机构包括与所述上排滑块连接的齿条，以及与齿条相啮合连接的加速齿轮组，加速齿轮组将旋转运动传输给发电机。

3.根据权利要求1所述的捕获机械动能并转换为电能的装置，其特征在于，所述上板复位机构为上板复位弹簧。

4.根据权利要求1所述的捕获机械动能并转换为电能的装置，其特征在于，所述下板复位机构为下板复位弹簧。

5.根据权利要求1所述的捕获机械动能并转换为电能的装置，其特征在于，所述运动捕获机构还包括设置在下板的直线槽的一端的限位块。

6.根据权利要求1所述的捕获机械动能并转换为电能的装置，其特征在于，所述上排滑块和下排滑块均采用聚四氟乙烯材料。

7.根据权利要求1所述的捕获机械动能并转换为电能的装置，其特征在于，所述上排滑块为上排梯形滑块，下排滑块为下排梯形滑块。

8.基于权利要求2所述装置的捕获机械动能并转换为电能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）上板在外部压力的作用下向下运动，上板滑块挤压下板滑块，使上板滑块及下板滑块沿直线槽运动，将竖直方向的运动转换为下板滑块在水平方向的运动；

（2）通过上板复位机构使上板滑块在外部压力释放之后复位，通过下板复位机构使下板滑块在外部压力释放之后复位；

（3）下板滑块在水平方向的运动通过齿条传递给加速齿轮组，从而将直线运动转换为旋转运动；

（4）旋转运动传递给发电机，从而将压力机械能转换为电能。