CN107676235A - 脚踏式楼梯发电装置以及楼梯 - Google Patents

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张继东
周子玉
朱锐祥
史先盛
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04F11/00—Stairways, ramps, or like structures; Balustrades; Handrails
    • E04F11/02—Stairways; Layouts thereof
    • E04F11/104—Treads
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明公开了一种脚踏式楼梯发电装置以及楼梯，该脚踏式楼梯发电装置包括：多个踏板和多个弹簧、多个棘轮、齿条、多个发电机和储电器；踏板设置于楼梯台阶的顶部，楼梯台阶与踏板之间设置有多个弹簧；齿条的顶端连接于踏板的下方，齿条的底端与棘轮相连接，多个棘轮通过皮带与发电机相连接，多个发电机通过导线与储电器相连接；其中，在踏板沿着竖直方向运动的情形下，齿条能够驱动棘轮转动进而驱动发电机发电，发电机发电产生的电能能够通过导线传送至储电器中储存。该脚踏式楼梯发电装置具有优异的发电效率和低廉的成本，进而使得该楼梯具有优异的应用前景。

Description

脚踏式楼梯发电装置以及楼梯
技术领域
本发明涉及发电装置，具体地，涉及一种脚踏式楼梯发电装置以及楼梯。
背景技术
目前，国内已有一些关于楼梯发电的装置，圣公会李炳中学的学生已设计出一套利用人群上下楼梯产生电能的装置，但主要利用的是手摇式手电筒的工作原理，在该系统中，优点是能量只经过一级转化，故能量损失较小，且利用切割磁感线发电，发电效率较高，且设备附加了光敏电阻装置，从而能控制能量的释放与储存。缺点是由于采用较多的金属组件，原材料的消耗较大，另外由于在未加光敏电阻前，不能将产生的电能储存并在必要时调用。
伦敦一家建筑公司开展一个类似项目，研制出一种“震动能量吸收工具”，楼梯踏板里边会设有水压或压电设备。通过这个技术，可以把行人爬楼梯时的踏步能量收集起来，转化为电流。这个设计的优点是可应用范围广，缺点是机构较复杂，可行性不高，且考虑到其精密性，上下楼梯时过大的冲击力对其损害也值得担忧。
发明内容
本发明的目的是提供一种脚踏式楼梯发电装置以及楼梯，该脚踏式楼梯发电装置具有优异的发电效率和低廉的成本，进而使得该楼梯具有优异的应用前景。
为了实现上述目的，本发明提供了一种脚踏式楼梯发电装置，包括：多个踏板和多个弹簧、多个棘轮、齿条、多个发电机和储电器；踏板设置于楼梯台阶的顶部，楼梯台阶与踏板之间设置有多个弹簧；齿条的顶端连接于踏板的下方，齿条的底端与棘轮相连接，多个棘轮通过皮带与发电机相连接，多个发电机通过导线与储电器相连接；
其中，在踏板沿着竖直方向运动的情形下，齿条能够驱动棘轮转动进而驱动发电机发电，发电机发电产生的电能能够通过导线传送至储电器中储存。
优选地，棘轮包括大齿轮和小齿轮，小齿轮内啮合于大齿轮的内部，齿条的底端与小齿轮的转轴相连接。
优选地，在相邻的两个棘轮之间，其中一个棘轮的大齿轮与另一个棘轮的小齿轮相啮合；或者其中一个棘轮的小齿轮与另一个棘轮的大齿轮相啮合。
优选地，踏板为横折形板，横折形板的前端通过活扣固定于楼梯台阶的竖侧壁上。
优选地，齿条、发电机均设置于竖侧壁与横折形板之间。
优选地，发电机的外部套设有电机盒。
优选地，储电器设置于楼梯基部的顶部。
优选地，楼梯台阶的向下凹陷设置有安装孔，弹簧的底部设置于安装孔内。
本发明还提供了一种楼梯，该楼梯设置有上述的脚踏式楼梯发电装置。
在上述技术方案中，本发明提供的脚踏式楼梯发电装置的工作原理如下：当重力施加于踏板上时，踏板下移，弹簧压缩，带动与踏板固定的齿条向下运动，齿条驱动棘轮转动进而驱动发电机运转而发电。当重力离开时，踏板下的弹簧回复，将踏板顶回原处；由于棘轮的存在，使得棘轮内的齿轮并不会被带动反转；同时内部的飞轮在惯性作用下继续正向转动继续带动电机发电。
进一步分析可知，本发明提供的脚踏式楼梯发电装置具有以下优点：1)对于人流量特别大的场景，例如学生上下课，可防止踏板一直处于被踩踏的情况，而使装置充分发挥作用收集到更多的能量；2)对于重力势能的不能够充分利用状况，可使装置在人离开的时候剩余的能量充分的得到收集；3)大多数装置过于笨重或者复杂，我们采用的是最简的装置，而又能使装置的效率的到提升。
由此可知，本发明提供的脚踏式楼梯发电装置不仅没特别笨重的金属机械部分，而且是建立在原有的楼梯基础之上，发电效率高，应用前景大，可行性高，制作成本低，不仅能节省楼道的电，还能储存电量。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的脚踏式楼梯发电装置的优选实施方式的结构示意图；
图2是图1的左视图。
附图标记说明
1、棘轮 2、发电机
3、小齿轮 4、皮带
5、弹簧 6、储电器
7、踏板 8、活扣
9、电机盒 10、齿条
11、楼梯基部 12、导线
13、大齿轮
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、顶、底”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
本发明提供了一种脚踏式楼梯发电装置，如图1和图2所示，包括：多个踏板7和多个弹簧5、多个棘轮1、齿条10、多个发电机2和储电器6；踏板7设置于楼梯台阶的顶部，楼梯台阶与踏板7之间设置有多个弹簧5；齿条10的顶端连接于踏板7的下方，齿条10的底端与棘轮1相连接，多个棘轮1通过皮带4与发电机2相连接，多个发电机2通过导线12与储电器6相连接；其中，在踏板7沿着竖直方向运动的情形下，齿条10能够驱动棘轮1转动进而驱动发电机2发电，发电机2发电产生的电能能够通过导线12传送至储电器6中储存。
上述的脚踏式楼梯发电装置的工作原理如下：当重力施加于踏板7上时，踏板7下移，弹簧5压缩，带动与踏板固定的齿条10向下运动，齿条10驱动棘轮1转动进而驱动发电机2运转而发电。当重力离开时，踏板7下的弹簧5回复，将踏板7顶回原处；由于棘轮1的存在，使得棘轮1内的齿轮并不会被带动反转；同时内部的飞轮在惯性作用下继续正向转动继续带动电机发电。
进一步分析可知，本发明提供的脚踏式楼梯发电装置具有以下优点：1)对于人流量特别大的场景，例如学生上下课，可防止踏板一直处于被踩踏的情况，而使装置充分发挥作用收集到更多的能量；2)对于重力势能的不能够充分利用状况，可使装置在人离开的时候剩余的能量充分的得到收集；3)大多数装置过于笨重或者复杂，我们采用的是最简的装置，而又能使装置的效率的到提升。
由此可知，本发明提供的脚踏式楼梯发电装置不仅没特别笨重的金属机械部分，而且是建立在原有的楼梯基础之上，发电效率高，应用前景大，可行性高，制作成本低，不仅能节省楼道的电，还能储存电量。
在本发明中，棘轮1的具体结构可以在宽的范围内选择，优选地，棘轮1包括大齿轮13和小齿轮3，小齿轮3内啮合于大齿轮13的内部，齿条10的底端与小齿轮3的转轴相连接。为了进一步地提高棘轮1的加速作用，更优选地，在相邻的两个棘轮1之间，其中一个棘轮1的大齿轮13与另一个棘轮1的小齿轮3相啮合；或者其中一个棘轮1的小齿轮3与另一个棘轮1的大齿轮13相啮合。
在上述实施方式中，齿条10与小齿轮3啮合，小齿轮3转动带动与之固定的大齿轮13，大齿轮13再带动另一个小齿轮3啮合，通过传动比将转速提上去；经过几次变速使得发电机轴齿轮快速转动从而发电，从而进一步提高该发电装置的发电效率。
在本发明中，踏板7具体结构以及安装方式可以在宽的范围内选择，但是为了进一步优化安装与拆卸效率，优选地，踏板7为横折形板，横折形板的前端通过活扣8固定于楼梯台阶的竖侧壁上。通过活扣8的连接能够极大地提高踏板7安装与拆卸的效率。
在本发明中，齿条10、发电机2的安装位置可以在宽的范围内选择，但是为了进一步优化安装空间，优选地，齿条10、发电机2均设置于竖侧壁与横折形板之间。通过将齿条10、发电机2安装于竖侧壁与横折形板之间能够有效地提高空间利用率。
此外，在本发明中，为了进一步保护发电机2同时防止触电现象的发生，优选地，发电机2的外部套设有电机盒9。
在本实施方式中，储电器6的安装位置也可以在宽的范围内选择，但是考虑到电梯、电灯等电器的用电便捷性，优选地，储电器6设置于楼梯基部11的顶部。
最后，在本发明中，弹簧5的安装方式可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高弹簧5的稳定性，优选地，楼梯台阶的向下凹陷设置有安装孔，弹簧5的底部设置于安装孔内。
本发明还提供了一种楼梯，该楼梯设置有上述的脚踏式楼梯发电装置。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，包括：多个踏板(7)和多个弹簧(5)、多个棘轮(1)、齿条(10)、多个发电机(2)和储电器(6)；所述踏板(7)设置于楼梯台阶的顶部，所述楼梯台阶与踏板(7)之间设置有多个弹簧(5)；所述齿条(10)的顶端连接于所述踏板(7)的下方，所述齿条(10)的底端与所述棘轮(1)相连接，所述多个棘轮(1)通过皮带(4)与所述发电机(2)相连接，所述多个发电机(2)通过导线(12)与所述储电器(6)相连接；
其中，在所述踏板(7)沿着竖直方向运动的情形下，所述齿条(10)能够驱动所述棘轮(1)转动进而驱动所述发电机(2)发电，所述发电机(2)发电产生的电能能够通过导线(12)传送至所述所述储电器(6)中储存。
2.根据权利要求1所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，所述棘轮(1)包括大齿轮(13)和小齿轮(3)，所述小齿轮(3)内啮合于所述大齿轮(13)的内部，所述齿条(10)的底端与所述小齿轮(3)的转轴相连接。
3.根据权利要求2所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，在相邻的两个所述棘轮(1)之间，其中一个所述棘轮(1)的大齿轮(13)与另一个所述棘轮(1)的小齿轮(3)相啮合；或者其中一个所述棘轮(1)的小齿轮(3)与另一个所述棘轮(1)的大齿轮(13)相啮合。
4.根据权利要求1所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，所述踏板(7)为横折形板，所述横折形板的前端通过活扣(8)固定于所述楼梯台阶的竖侧壁上。
5.根据权利要求4所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，所述齿条(10)、发电机(2)均设置于所述竖侧壁与横折形板之间。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，所述发电机(2)的外部套设有电机盒(9)。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，所述储电器(6)设置于楼梯基部(11)的顶部。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的脚踏式楼梯发电装置，其特征在于，所述楼梯台阶的向下凹陷设置有安装孔，所述弹簧(5)的底部设置于所述安装孔内。
9.一种楼梯，其特征在于，所述楼梯设置有权利要求1-8中任意一项所述的脚踏式楼梯发电装置。
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