CN103230176A - 一种车载三维自发电座椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载三维自发电座椅，包括振动发电装置和晃动发电装置。振动发电装置和晃动发电装置分别位于座椅坐垫内。振动发电装置包括外壳和振动发电结构。振动发电装置的外壳包括两个上下套筒和上下挡板，振动发电结构包括弹簧、齿条、金属板、增速齿轮、左右侧棘轮、左右侧发电机、左右侧飞轮。晃动发电装置包括外壳、发电线圈板、滚珠和永磁体，发电线圈板通过滚珠与外壳底板相连。在车体振动时，齿条带动增速齿轮转动，随之带动棘轮转动，从而带动发电机发电。在车体晃动时，线圈切割垂直方向的磁感线产生电流。此外振动发电装置和晃动发电装置产生的电流经由导线接入整流电路和充电电路，最后充入蓄电池中，方便为外部应用电路供电。

Description

一种车载三维自发电座椅

技术领域

本发明涉及一种自发电的座椅，尤其涉及一种车载三维自发电座椅。

背景技术

各种交通设备在行驶途中均会产生颠簸震动与前后晃动，造成能量的流失，同时也会对乘客造成冲击，产生不适感。如果这部分振动的能量进行收集转化与利用，可以节约大量能源，提高乘客的舒适度，如果同时能够将这些电能加以合理利用，将会极大方便乘客，极大提高乘车体验。

现有的一些能量转换装置多为简单的线圈与磁体相对运动的形式发电，其发电效率低，电压小，且电流、输出不稳定，如专利201020570877《一种发电座椅》，虽然它提出了一种振动机械能转化为电能的结构，但该结构过于简单，只有一个齿轮带动电机发电，而且每次坐下的时候才能发电，可以利用的能量小，所以其发电效率低，应用价值不高；专利CN201110259920.1《发电座椅》，采用一种上下振动带动线圈运动发电的结构，利用的是单次坐下的时候的电能，能量密度低；其弹簧长度过长，整体发电装置体积过大，安装、美观方面均不理想，采用线圈发电，发电效率不高；专利CN201220371957.3《光伏发电座椅》采用太阳能电池板发电，其成本较高；太阳能发电板易损坏，不牢固；且大多数座椅安装在室内无阳光直接照射，故难以推广，使用价值不高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种车载三维自发电座椅，将坐入座椅时引起的上下晃动所产生的能量和各种交通设备在行驶途中左右和前后晃动产生的能量转换为电能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种车载三维自发电座椅，高效地将这种振动以及晃动的能量转化为电能，并将电能合理利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种车载三维自发电座椅，其特征在在于，包括振动发电装置和晃动发电装置，

所述振动发电装置和所述晃动发电装置安装在所述车载三维自发电座椅的坐垫内；

所述振动发电装置包括外壳和振动发电结构；

所述振动发电装置的外壳包括上套筒、下套筒、上挡板和下挡板，所述上套筒和所述下套筒相互接合，所述上套筒的上表面和所述上挡板相连接，所述下套筒的下表面与所述下挡板相连；

所述振动发电装置的所述振动发电结构包括齿条、金属板、回弹弹簧、左侧发电机和右侧发电机、一组增速齿轮、左侧棘轮和右侧棘轮、左侧飞轮和右侧飞轮；所述金属板垂直固定在所述下挡板的中心位置，所述回弹弹簧连接所述振动发电装置外壳的所述上、下挡板，所述齿条与所述上挡板固定垂直连接在一起；在所述金属板的上部有三个钻孔：中央孔、左侧孔和右侧孔，所述中央孔位于所述振动发电装置的中心位置，所述左侧孔和所述右侧孔关于所述中央孔的中心轴对称；所述增速齿轮固定在所述中央孔内，包括同轴的第一齿轮和第二齿轮，所述增速齿轮的所述第一齿轮与所述齿条啮合，所述第一齿轮的尺寸小于所述第二齿轮的尺寸；所述左侧棘轮固定在所述左侧孔上，所述左侧棘轮、所述左侧飞轮和所述左侧发电机同轴连接，所述左侧棘轮包括同轴的第三齿轮和第四齿轮，并且所述左侧棘轮的所述第三齿轮与所述增速齿轮的所述第二齿轮啮合，所述左侧棘轮的所述第四齿轮与所述左侧发电机上的固结齿轮啮合，所述第三齿轮的尺寸小于所述第四齿轮的尺寸；所述右侧棘轮固定在所述右侧孔上，所述右侧棘轮、所述右侧发电机和所述右侧飞轮的结构是所述左侧棘轮、所述左侧发电机和所述左侧飞轮的结构关于所述中央孔的所述中心轴镜像对称；所述左侧棘轮和所述右侧棘轮是单向的；

所述晃动发电装置包括外壳、发电线圈板、两个永磁体和滚珠，所述滚珠与所述外壳的底板相接触，所述发电线圈板位于所述滚珠上面，所述发电线圈板、所述滚珠和所述外壳位于所述两个永磁体之间，所述发电线圈板的外侧绕有密集匝数的绝缘铜线。

进一步地，所述振动发电装置安装于所述坐垫的上层，所述晃动发电装置安装于所述坐垫的下层，所述振动发电装置和所述晃动发电装置之间用分隔木板隔开

进一步地，所述的一种车载三维自发电座椅，其中包括四组所述振动发电装置，所述四组振动发电装置分别安装于所述车载自发电座椅的坐垫的四个角处。

进一步地，所述振动发电装置的所述上、下套筒为圆柱形套筒，并且所述上、下套筒的边缘均有凸起，所述上、下套筒采用铝合金制成。

进一步地，所述振动发电装置的所述齿条的上部是焊接在所述上挡板上的，所述金属板是焊接在所述下挡板上的；所述齿条的材料为钢，所述金属板的材料为铝合金。

进一步地，所述振动发电装置所述左侧棘轮与所述右侧棘轮的转向是相反的。

进一步地，所述的车载三维自发电座椅，还包括蓄电池、整流电路和充电电路，所述振动发电装置或所述晃动发电装置发出的电流依次进入所述整流电路、所述充电电路后进入所述蓄电池中。

进一步地，所述振动发电装置的所述下套筒的底侧开小孔，所述发电机上连有导线，所述导线穿过所述小孔连接到所述整流电路。

进一步地，所述晃动发电装置的所述发电线圈板为方形木板；所述发电线圈板上缠绕的绝缘铜线连接到所述整流电路。

进一步地，所述晃动发电装置的所述外壳的内壁有若干弹簧。

在本发明的一个较佳实施方式中，提供了一种车载三维自发电座椅，其包括振动发电装置和晃动发电装置。振动发电装置振动发电装置一般为4组，分别位于座椅坐垫的4角，每组振动发电装置均包括外壳和内部的振动发电结构。振动发电装置的外壳包括上、下圆柱形套筒和上、下挡板。振动发电装置的振动发电结构包括齿条、金属板、回弹弹簧、左侧发电机和右侧发电机、一组增速齿轮、左侧棘轮和右侧棘轮、左侧飞轮和右侧飞轮，齿条和上挡板固定连接在一起，回弹弹簧的两侧分别于上、下挡板相连，金属板垂直安装在下挡板的中心。金属板的上部开有三个小孔：中央孔、左侧孔和右侧孔。中央孔位于整个振动发电装置的中心，左侧孔和右侧孔关于中央孔的中心轴对称。增速齿轮、左侧棘轮和右侧棘轮均由两个齿轮同轴固定而成；增速齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，左侧棘轮包括第三齿轮和第四齿轮，右侧棘轮包括第五齿轮和第六齿轮；第一齿轮的尺寸小于第二齿轮的尺寸，第三齿轮的尺寸小于第四齿轮的尺寸，第五齿轮的尺寸小于第六齿轮的尺寸。增速齿轮固定在中央孔上，左侧棘轮固定在左侧孔上，右侧棘轮固定在右侧孔上。左侧棘轮、左侧飞轮和左侧发电机同转轴且相连在一起。右侧棘轮、右侧发电机和右侧飞轮的结构与左侧棘轮、左侧发电机和左侧飞轮的结构关于中央孔的中心轴镜像对称。其中，左侧棘轮和右侧棘轮都是单向棘轮，左侧棘轮的转向和有侧棘轮的转向是相反的。

晃动发电装置包括外壳、发电线圈板、永磁体和滚珠。发电线圈板和滚珠位于外壳内，外壳包围发电线圈板和滚珠位于两个永磁体之间。发电线圈板为一方形木板，在其外侧绕有密集匝数的绝缘铜线线圈。滚珠一般为4颗，发电线圈板通过滚珠与外壳的底板相连；此外在晃动发电装置的外壳的内部还设有弹簧。

本发明的车载三维自发电座椅还包括整流电路、充电电路和蓄电池。

交通设备在运行过程中会发生上下的振动和前后左右的晃动。本发明车载三维自发电座椅将这种上下振动和前后左右晃动所产生的机械能量转化成了电能。在交通设备发生下\上振动时时，振动发电装置的上挡板被压下\弹回，同时固定在上挡板的齿条也向下\上运动，由于齿条与增速齿轮的第一齿轮相啮合，所以齿条的向下运动带动了增速齿轮的第一齿轮和第二齿轮共同转动；增速齿轮的第二齿轮与左、右侧棘轮的第三齿轮和第五齿轮相啮合，增速齿轮也就带动了左\右侧棘轮转动；左、右侧棘轮的第四齿轮和第六齿轮与发电机的固结齿轮啮合，左\右侧棘轮也就带动了左\右侧发电机产生转动以发电。同时在左、右侧棘轮和左、右侧发电机之间的飞轮可以储存较多的机械能，以使左、右侧发电机可以平稳持续发电。左、右侧发电机发出的电通过导线引出与外围电路连接在一起。

在交通设备在运行过程中会出现前后左右的晃动，晃动发电装置的发电线圈板通过4个滚珠会在外壳的底板上出现晃动，由于外壳包围的发电线圈板和滚珠位于永磁体之间，所以发电线圈板的晃动切割了加在其垂直方向侧磁感线，从而产生了电流，产生的电流有发电线圈板上的导线引出并与整流电路连接在一起。

由振动发电装置和晃动发电装置产生的电流与整流电路相连，以获得更加平稳的电流，再将其通过充电电路冲入蓄电池中，蓄电池为外部应用电路供电。

本发明的车载三维自发电座椅，采用一种新型巧妙的机械传动结构，高效地将交通工具在行驶途中出现的上下、左右和前后的晃动所产生的能量转化为电能。并且本发明的振动发电装置利用回弹弹簧、增速齿轮、棘轮和飞轮，大幅提高了发电效率，使得发电机可以进行平稳、持续的进行发电过程。同时本发明的车载三维自发电座椅将电能储存在蓄电池中，以应对交通工具对电能的不同需要，主要为1.交通工具本身的用电，如照明和电子显示设备等；2.USB供电系统，方便乘客对移动设备充电。由此达到节约能源和方便乘客的目的。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的车载三维自发电座椅的坐垫内的振动发电装置和晃动发电装置分布剖面图；

图2是本发明的车载三维自发电座椅的振动发电装置的分布平面图；

图3是本发明的车载三维自发电座椅的振动发电装置的分布的侧视图；

图4是本发明的车载三维自发电座椅的振动发电装置的内部结构图；

图5是本发明的车在三维自发电座椅的振动发电装置的内部剖面图；

图6是本发明的车载三维自发电座椅的晃动发电装置的内部结构图；

图7是本发明的车载三维自发电座椅的晃动发电装置的内部侧视图。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的一种车载三维自发电座椅的具体实施例。

本发明的一种车载三维自发电座椅包括：振动发电装置100和晃动发电装置200。振动发电装置100和晃动发电装置200安装在车载三维自发电座椅的坐垫内；坐垫分为两层，上层安装振动发电装置100，下层安装晃动发电装置200，两层之间由分隔木板隔开，具体如图1所示。

振动发电装置100一般为4组，分别位于座椅坐垫的四角。如图2所示。每组振动发电装置100都包括外部的外壳和内部的振动发电结构。振动发电装置100的外壳由上、下两个圆柱形套筒相互连接而成，上部的套筒为上套筒1，下部的套筒为下套筒2，并且,上套筒的上表面有上挡板3，下套筒的底面有下挡板4，如图3和4所示。并且上、下套筒的边缘均有凸起，以防止在弹起过程中上、下套筒滑出。在本发明的一个较佳实施例中，上、下套筒采用铝合金的材料，尺寸为φ120x150mm。

振动发电装置100的内部的振动发电结构如图4和5所示，振动发电结构包括：回弹弹簧5、齿条6、金属板7、增速齿轮8、左侧棘轮10和右侧棘轮9、左侧发电机12和右侧发电机11、左侧飞轮14和右侧飞轮13。上下挡板之间焊有一回弹弹簧5，回弹弹簧5的焊接位置靠近上挡板3和下挡板4的圆心，回弹弹簧5在初始位置时已有一定的压缩量，使得上挡板3和下挡板4分别抵住上套筒1和下套筒2。齿条6垂直焊接在上挡板3的下表面上。金属板7垂直焊接在下挡板4的上表面的中心。并且在金属板7的上部、整个振动发电装置的中心位置开中央孔，并且在中央孔的两侧开左侧孔和右侧孔，左侧孔和右侧孔关于中央孔的中心轴对称。增速齿轮8包括同轴的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮的尺寸小于第二齿轮的尺寸。增速齿轮8的第一和第二齿轮转速相同，且其第一齿轮与齿条6啮合。通过左侧转轴固定在左侧孔上的棘轮为左侧棘轮10，左侧棘轮10也包括第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮的尺寸小于第四齿轮的尺寸，并且左侧棘轮10的第三齿轮与增速齿轮8的第二齿轮啮合；左侧发电机12、左侧飞轮14与左侧棘轮10同左侧转轴，并且连接在一起，左侧发电机12的固结齿轮与左侧棘轮10的第四齿轮啮合，左侧飞轮14与左侧转轴通过键连接。右侧棘轮10、右侧发电机11和右侧飞轮13的结构与左侧棘轮10、左侧发电机12和左侧飞轮14的结构关于中央孔的中心轴镜像对称：通过右侧转轴固定在右侧孔上的棘轮为右侧棘轮9，右侧棘轮9包括第五齿轮和第六齿轮，第五齿轮的尺寸小于第六齿轮的尺寸，并且右侧棘轮9的第五齿轮与增速齿轮8的第二齿轮啮合；右侧发电机11、右侧飞轮13与右侧棘轮9同右侧转轴，并且连接在一起，右侧发电机11的固结齿轮与右侧棘轮9的第六齿轮啮合，右侧飞轮13通过螺钉固定在右侧转轴上。在本发明的一个较佳实施例中，齿条6、增速齿轮8、左侧棘轮10和右侧棘轮9材料均为钢，左侧发电机12和右侧发电机11均选用MITSUMI直流电机。金属板7的材料为铝合金。

在交通工具上下振动时，振动发电装置100的上套筒1和下套筒2也会随之上下运动。上套筒1向下运动时，上挡板3也会随之向下运动，并且带动齿条6也向下运动，由于齿条1与增速齿轮8的第一齿轮相啮合，增速齿轮8的第二齿轮与左侧棘轮10的第三齿轮啮合，左侧棘轮10的第四齿轮与左侧发电机12的固结齿轮啮合，所以齿条6带动增速齿轮8转动，进而带动左侧棘轮10转动，再带动左侧发电机12转动发电；由于棘轮是单向转动的，所以在上套筒1向下运动时，右侧棘轮9是空转的。在上套筒弹回时，上挡板3向上运动，带动齿轮6向上运动，进而增速齿轮8反向转动，带动右侧棘轮9转动，最后带动右侧发电机11发电，此时左侧棘轮10空转。由于左侧棘轮10和右侧棘轮9是单向转动，所以可以更好地配合飞轮，将上挡板3每次做的功储存在飞轮中，以减少能量的损失。

此外，振动发电装置100的下套筒的底侧开孔，发电机发出的电流经由导线由此引出，并连接到整流电路。

本发明的这种振动发电装置100利用弹簧上弹的能量，将能量的利用效率增加了近一倍，同时还能达到更好的减震效果。并且增速齿轮8和棘轮都大幅提高了转速，这样上挡板3移动很小的距离就可使发电机获得较大的转速，同时飞轮可以储存较多的机械能，棘轮可以利用上挡板弹回时的能量，使得发电机可以进行平稳、持续的进行发电过程，提高了发电效率。

如图1所示，晃动发电装置200包括发电线圈板21、外壳、滚珠22和上下位置的永磁体23，安装在坐垫的下层；其中永磁体有上下两个，分别固定在坐垫分隔木板的下表面与坐垫最底板的上表面，分别为南北极。如图5和6所示，发电线圈板21位于外壳内，并且是方形的绝缘材料，在其外侧缠绕有较为密集匝数的绝缘铜线，形成线圈。发电线圈板21通过滚珠22与外壳的底板24相连，并且在底板24上有限制滚珠22位置的槽25，滚珠22只能在槽25内滑动。外壳的内部上还有若干弹簧26。外壳包围着发电线圈板21和滚珠22处于永磁体之间，使得永磁体产生的磁感线垂直通过发电线圈板21的线圈。在本发明的一个较佳实施例中，滚珠22一般采用4个钢质滚珠，发电线圈板21一般采用木质材料。

当交通工具在刹车、加减速、转弯的时候都会发生前后左右的晃动，这样发电线圈板21也会随之发生晃动，切割在其垂直方向上永磁体产生的磁感线从而产生的电流。而且发电线圈板21与外壳底板24是通过滚珠22间接相连的，这也就充分减小了发电线圈板21和外壳地板24之间的摩擦力。并且外壳内壁上的若干弹簧26减缓了发电线圈板21的冲力，而且还可使发电线圈板21借助弹簧26的弹力往复运动，以提高发电效率。

晃动发电装置200产生的电流由自发电线圈板21线圈上的导线引出后连接到整流电路上。

本发明的车载三维自发电座椅还包括整流电路、充电电路和蓄电池。振动发电装置100和晃动发电装置200发出的电流与整流电路相连接，获得平稳电流，再将其通过充电电路冲入蓄电池中。蓄电池为外部应用电路供电。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车载三维自发电座椅，其特征在于，包括振动发电装置和晃动发电装置，

所述振动发电装置和所述晃动发电装置安装在所述车在三维自发电座椅的坐垫内；

所述振动发电装置包括外壳和振动发电结构；

所述振动发电装置的外壳包括上套筒、下套筒、上挡板和下挡板，所述上套筒和所述下套筒相互接合，所述上套筒的上表面和所述上挡板相连接，所述下套筒的下表面与所述下挡板相连；

所述振动发电装置的所述振动发电结构包括齿条、金属板、回弹弹簧、左侧发电机和右侧发电机、一组增速齿轮、左侧棘轮和右侧棘轮、左侧飞轮和右侧飞轮；所述金属板垂直固定在所述下挡板的中心位置，所述回弹弹簧连接所述振动发电装置外壳的所述上、下挡板，所述齿条与所述上挡板固定垂直连接在一起；在所述金属板的上部有三个钻孔：中央孔、左侧孔和右侧孔，所述中央孔位于所述振动发电装置的中心位置，所述左侧孔和所述右侧孔关于所述中央孔的中心轴对称；所述增速齿轮固定在所述中央孔内，包括同轴的第一齿轮和第二齿轮，所述增速齿轮的所述第一齿轮与所述齿条啮合，所述第一齿轮的尺寸小于所述第二齿轮的尺寸；所述左侧棘轮固定在所述左侧孔上，所述左侧棘轮、所述左侧飞轮和所述左侧发电机同轴连接，所述左侧棘轮包括同轴的第三齿轮和第四齿轮，并且所述左侧棘轮的所述第三齿轮与所述增速齿轮的所述第二齿轮啮合，所述左侧棘轮的所述第四齿轮与所述左侧发电机上的固结齿轮啮合，所述第三齿轮的尺寸小于所述第四齿轮的尺寸；所述右侧棘轮固定在所述右侧孔上，所述右侧棘轮、所述右侧发电机和所述右侧飞轮的结构是所述左侧棘轮、所述左侧发电机和所述左侧飞轮的结构关于所述中央孔的所述中心轴镜像对称；所述左侧棘轮和所述右侧棘轮是单向的；

所述晃动发电装置包括外壳、发电线圈板、两个永磁体和滚珠，所述滚珠与所述外壳的底板相接触，所述发电线圈板位于所述滚珠上面，所述发电线圈板、所述滚珠和所述外壳位于所述两个永磁体之间，所述发电线圈板的外侧绕有密集匝数的绝缘铜线。

2.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述振动发电装置安装于所述坐垫的上层，所述晃动发电装置安装于所述坐垫的下层，所述振动发电装置和所述晃动发电装置之间用分隔木板隔开。

3.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，包括四组所述振动发电装置，所述四组振动发电装置分别安装于所述车载自发电座椅的所述坐垫的四个角处。

4.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述振动发电装置的所述上、下套筒为圆柱形套筒，并且所述上、下套筒的边缘均有凸起，所述上、下套筒采用铝合金制成。

5.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述振动发电装置的所述齿条的上部是焊接在所述上挡板上的，所述金属板是焊接在所述下挡板上的；所述齿条的材料为钢，所述金属板的材料为铝合金。

6.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述振动发电装置所述左侧棘轮与所述右侧棘轮的转向是相反的。

7.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，还包括蓄电池、整流电路和充电电路，所述振动发电装置或所述晃动发电装置发出的电流依次进入所述整流电路、所述充电电路后进入所述蓄电池中。

8.如权利要求6所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述振动发电装置的所述下套筒的底侧开小孔，所述发电机上连有导线，所述导线穿过所述小孔连接到所述整流电路。

9.如权利要求6所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述晃动发电装置的所述发电线圈板为方形木板；所述发电线圈板上缠绕的绝缘铜线连接到所述整流电路。

10.如权利要求1所述的一种车载三维自发电座椅，其中所述晃动发电装置的所述外壳的内壁有若干弹簧。

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