CN107905659A - 一种发电门铰链 - Google Patents
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Abstract
本发提供了一种能够将房门在开启和关闭过程中的转动机械能转换为电能的门铰链。该发电门铰链将门铰链轴套围绕门铰链轴的转动通过传动装置传递给小型发电机，从而将一部分机械能转化为电能，进而为指纹锁，磁卡锁，电子芯片锁、射频锁、门铃以及门禁系统等的电池提供充电电能。该发电门铰链在门开启、关闭过程都可以实现发电，并且其发电量与门具的使用频率成正比，同时可以有效地调节门开启和关闭时的阻尼力矩，从而对开、关门时的操作舒适度进行调节。通过该发电门铰链可以极大地延长智能锁具、智能门禁等的电池更换时间，甚至终身不需要更换电池，从而极大地降低智能锁具、门铃等电池电量监控、维护和更换成本。该发电门铰链尤其适用于酒店、智能家居等应用场合。
Description
技术领域
本发明属于家装五金领域，具体涉及一种发电门铰链。
背景技术
指纹锁、磁卡锁、IC卡锁、电子芯片锁、射频锁等智能锁具在用户识别、安全性、用户管理等方面与传统的机械锁具相比有着无可比拟的优越性。随着智能锁具、智能门禁系统等的大面积推广和使用，极大地提高了家居的安全性和便利性。通常来讲，各种智能锁具、门禁系统在使用过程中，需要外界（如电池）提供电能，以维持其正常工作。虽然现有的智能锁具一般对其硬件、软件以及其电源管理进行了深度优化，以降低其功耗，延长锁具的电池的更换时间间隔和电池寿命，但受限于现有电池技术发展的瓶颈，智能锁具的电池更换、维护依然是智能锁具面临的亟待解决的技术难题。
智能锁具的功能日益强大，其功耗也不断提高。如现有的智能锁具不但要实现用户识别，管理锁具的打开和关闭，同时需通过与无线通信设备进行数据通信和传输，将锁具的当前状态整合进入整个智能家居系统，其功耗将进一步增加。随着使用时间的增加，电池的电量将不断减少，其电池的更换与维护不可避免。同时智能锁具电池的续航时间与锁具的使用频率密切相关。特别是在酒店行业，锁具的使用频率极高，因此锁具电池的更换周期更短，如不及时更换电池将导致锁具的功能失效。因此，在智能锁具使用数量巨大的行业，其锁具电量监控、电池更换与维护等给运营企业带来额外的人力成本和费用。同时，更换后的废旧电池如被丢弃或处理不当将给环境保护带来极大的压力。因此智能锁具依然面临着电池更换的难题。随着电池技术的不断发展，电池容量和能量密度的不断提高，在一定程度上缓解了该问题，虽然一定程度延长电池的更换时间，但该问题并不能得到彻底的解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电门铰链，该发电铰链体积紧凑，并且与传统的铰链具有相同的安装方式。该发电门铰链运用电磁发电原理，能将门具在使用过程中围绕铰链轴的转动机械能装换为电能，并将该电能为锁具的电池提供充电电能。同时，门具使用越频繁，产生的电能越多，为智能锁具等提供的电池充电的电能也越多。因此，可以极大地提高锁具电池的续航时间和更换电池的时间间隔，甚至在智能锁具的使用寿命周期内实现电池的免更换和维护。通过以上发明可以为智能锁具等的电池的免维护、免更换提供低成本和可靠的解决方案。
本发明的具体方案为：一种发电门铰链，包括，门铰链轴套、铰链轴、铰链活页，门铰链轴套套在铰链轴上，铰链轴套向外延伸有铰链活页；
传动装置，所述的传动装置包括主斜齿轮、第一斜齿轮、第一单向离合器、第二斜齿轮、第二单向离合器、第三斜齿轮、第四斜齿轮。所述的主斜齿轮与第一斜齿轮相互啮合，第一斜齿轮的齿轮轴与第一单向离合器的输入端连接，单向离合器的外圈固定在门铰链活页上，第一单向离合器的输出端与第四斜齿轮齿轮轴连接，所述的第一斜齿轮与第二斜齿轮相互啮合，第二斜齿轮的齿轮轴与第二单向离合器的输入端连接，单向离合器的外圈固定在门铰链活页上，第二单向离合器的输出端与第三斜齿轮齿轮轴连接，第三斜齿轮齿轮与第四斜齿轮相互啮合。所述的第一单向离合器和第二单向离合器锁止方向相反，且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩 ；
弹性链轴器；
储能飞轮；
导线；
小型发电机，小型发电机上连接有输出导线；
所述的第四斜齿轮的齿轮轴与弹性联轴器的输入端相连，通过弹性联轴器的输出端与储能飞轮相连接，储能飞轮的输出轴与小型发电机的输入轴相连，小型发电机通过固定块固定在门铰链的活页上，所述的小型发电机通过导线向外输出电流。
所述的处理电路采用现有技术中已有技术，如整流器、变压器等，或者直接采购现有的零部件进行组装，经整流器整流、滤波、变压处理后向智能锁具、智能门禁等的电池充电。
进一步的，主斜齿轮（1）的轴心与铰链轴同心。
本发明的主要工作原理为：所述的第一斜齿轮和第二斜齿轮的旋转方向相反，造成第一单向离合器和第二单向离合器在门开启或者闭合时的锁止状态不相同，当第一单向离合器处于分离状态时，第二单向离合器处于闭合状态，当第一单向离合器处于闭合状态时，第二单向离合器处于分离状态，这样使得不论门开启或者闭合，第四斜齿轮总能择一通过第三斜齿轮或者第一单向离合器轴得到动力而旋转。
有益效果
具体而言，本发明具体有如下的技术效果：采用电磁发电效应，可以将门启闭过程中的绕铰链轴转动的机械能转化为电能，从而为智能锁具等的电池进行充电，适用于智能锁具，智能门禁系统等。具体而言具有如下技术特征。
1. 在门开启、关闭过程都可以将房门转动的一部分机械转换成电能。
2. 发电铰链装有弹性联轴器可以有效地防止快速关闭、开启或是快速开启和关闭房门造成的冲击。
3. 发电量与门的使用频率成正比，能有效地解决智能锁具的电池更换时间和电池续航时间的问题。
4. 通过对传动比、储能飞轮转动惯量、小型发电机功率的调节可以有效地调节门开启和关闭的阻尼力矩，从而对开、关门时操作舒适度和手感进行调节。
附图说明
图1. 发电门铰链总体示意图。
图2. 发电门铰链发电原理示意图。
图3. 发电门铰链轴套14围绕铰链轴15同轴逆时针转动发电时的传动路径。
图4. 发电门铰链轴套14围绕铰链轴15同轴顺时针转动发电时的传动路径。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明具体实施实例的结构和工作原理作进一步详细的说明。请参阅附图1所示的发电门铰链的总体构成示意图，其由传统的门铰链Ⅰ和附加的发电系统Ⅱ所共同构成。图2为门铰链发电原理示意图。
在门的开启和闭合过程中，门铰链轴套14将围绕铰链轴15同轴转动，并且在开启和关闭过程中，门铰链轴套14将围绕铰链轴15同轴顺时针或者是逆时针转动。
实施例1：在门铰链轴套14安装有主斜齿轮1，当门铰链轴套14围绕铰链轴15顺时针转动的时候，主斜齿轮1将与门铰链轴套14同轴顺时针转动，主斜齿轮1与第一斜齿轮2相互啮合，因此第一斜齿轮2将会逆时针转动，第一斜齿轮2的齿轮轴与第一单向离合器3的输入端连接，第一单向离合器3的外圈固定在门铰链活页16上，第一单向离合器3的力矩传递只能输入端向其输出端传递，并且当其输入端沿着顺时针方向旋转或者是当输出端的转速大于输入端的转速的时候，第一单向离合器3将处于分离状态。因此，当门铰链轴套14围绕铰链轴15同轴顺时针方向转动的时候，通过主斜齿轮1、第一斜齿轮2、第一单向离合器3（这种情况下，该单向离合器输入端逆时针方向转动，离合器处于闭合状态），将门铰链轴套14的转动传递到第四斜齿轮9、然后第四斜齿轮9的齿轮轴与弹性联轴器8的输入端相连，通过弹性联轴器8的输出端与储能飞轮10相连接，储能飞轮10的输出轴与小型发电机11的输入轴相连，小型发电机11通过固定块13固定在门铰链的活页16上，小型发电机11将逆时针方向旋转，从而产生电能。在这种状态下，发电门铰链的传动路径如图3所示：当门铰链轴套14将围绕铰链轴15同轴顺时针转动时，转动力矩将通过主斜齿轮1、第一斜齿轮2、第一单向离合器3、第四斜齿轮9、弹性链轴器8、储能飞轮10传递给小型发电机11，从而使小型发电机11能够旋转发电。
在上述发电过程中，第一斜齿轮2与第二斜齿轮4相互啮合，第二斜齿轮4输出轴与第二单向离合器5（该单向离合器输入端顺时针方向转动时，离合器处于分离状态，输入端逆时针方向转动时，离合器处于闭合状态，并且该单向离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩）的输入端相连，因此当第一斜齿轮2沿逆时针转动时，第二斜齿轮4处于顺时针方向旋转，第二单向离合器5的输入轴为顺时针方向转动。因此，第二单向离合器5处于分离状态；同时第三斜斜齿轮7和第四斜齿轮9相啮合，当第四斜齿轮9转动时，第三斜斜齿轮7也将转动，第三斜斜齿轮7与第二单向离合器5的输出端相连，但第二单向离合器5的转矩不能从输出端向输入端传递，因此在这种情况下，第二斜齿轮4、第三斜斜齿轮7、第二单向离合器5构成的传动链不会对力矩通过第一斜齿轮2、第一单向离合器3、第四斜齿轮斜齿轮9、弹性链轴器8、储能飞轮10到发电机11的传递造成影响。
实施例2：当门铰链轴套14围绕铰链轴15逆时针转动的时候，主斜齿轮1将与门铰链轴套14同轴逆时针转动，第一斜齿轮2与主斜齿轮1相互啮合，第一斜齿轮2将会顺时针转动，第一斜齿轮2和第二斜齿轮4啮合，第二斜齿轮4处于逆时针旋转，第二斜齿轮4输出轴与第二单向离合器5（该单向离合器输入端顺时针方向转动时，离合器处于分离状态，输入端逆时针方向转动时，离合器处于闭合状态，并且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩）的输入端相连。因此，当第二斜齿轮4处于逆时针方向旋转，第二单向离合器5处于闭合状态。显然，第二斜齿轮4输出轴的逆时针转动将通过第二单向离合器5传递到第三斜斜齿轮7，第三斜斜齿轮7将逆时针转动，第三斜斜齿轮7和第四斜齿轮9啮合，第四斜齿轮9将顺时针方向转动，第四斜齿轮9的输出轴和弹性链轴器8的输入端相连，弹性链轴器8的输出端和储能飞轮10相连接，储能飞轮10的输出轴和小型发电机11的输入轴相连，因此发电机11将顺时针旋转而发电。在这种状态下，发电门铰链的传动路径如图4所示：门铰链轴套14围绕铰链轴15逆时针转动的力矩，将通过主斜齿轮1、第一斜齿轮2、第二斜齿轮4、第二单向离合器5、第三斜斜齿轮7、第四斜齿轮9、弹性联轴器8、储能飞轮10传递到小型发电机10的输入轴，使小型发电机11旋转发电，从而给智能锁具、智能门禁等的电池提供充电电能。其中弹性联轴器8可以有效地防止门在开启和关闭切换过程中，对传动系统造成的冲击。
在门铰链轴套14围绕铰链轴15逆时针转动的时候，主斜齿轮1将逆时针转动时，主斜齿轮1与第一斜齿轮2相互啮合，第一斜齿轮2将顺时针转动，而第一斜齿轮2输出轴与第一单向离合器3（该离合器输入端顺时针方向转动时，离合器处于分离状态，输入端逆时针方向转动时，离合器处于闭合状态，并且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩）的输入端相连，因此当第一斜齿轮2处于顺时针转动时，因此离合器3处于分离状态。同时第三斜斜齿轮7和第四斜齿轮9相啮合，当第三斜斜齿轮7转动时，第四斜齿轮9也将转动，但第一单向离合器3的转矩不能从输出端向输入端传递，因此在这种情况下，第一斜齿轮2、第一单向离合器3、第四斜齿轮9的构成的传动链不会对通过主斜齿轮1、第一斜齿轮2，第二斜齿轮4、第二单向离合器5、第三斜斜齿轮7、第四斜齿轮9、弹性链轴器8、储能飞轮10到发电机11力矩的传递造成影响。
因此，在房门的开启和关闭过程中，门铰链轴套14围绕铰链轴15逆时针或顺时针转动都将导致小型发电机11旋转，从而将转动机械能转化为电能。小型发电机11的产生的电能将通过其导线12，进入处理电路，进行整流、滤波等处理后，向智能锁具、智能门禁等的电池充电，从而大大延长锁具的使用寿命和电池更换的周期,甚至是电池的免更换和免维护。
实施例3：以上实施例1和2中的第二单向离合器5和第一单向离合器3的锁止方向相同，如果采用输入端顺时针方向转动时，离合器处于闭合状态，输入端逆时针方向转动时，离合器处于分离状态（并且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩）的情形，也可以完成在房门的开启和关闭过程中，门铰链轴套14围绕铰链轴15逆时针或顺时针转动都将导致小型发电机11旋转，只是将相应的实施1和实施例2的过程做逆向变换即可，具体的第二单向离合器5和第一单向离合器3的锁止方向可根据门安装的位置进行选择。
所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施实例和附图所公开的内容。所以，凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种发电门铰链，其特征在于：
包括，门铰链轴套（14）、铰链轴（15）、铰链活页（16），门铰链轴套套在铰链轴上，铰链轴套向外延伸有铰链活页；
传动装置，所述的传动装置包括主斜齿轮（1）、第一斜齿轮（2）、第一单向离合器（3）、第二斜齿轮（4）、第二单向离合器（5）、第三斜斜齿轮（7）、第四斜齿轮（9），
所述的主斜齿轮（1）与第一斜齿轮（2）相互啮合，第一斜齿轮（2）的齿轮轴与第一单向离合器（3）的输入端连接，单向离合器（3）的外圈固定在门铰链活页（16）上，第一单向离合器（3）的输出端与第四斜齿轮（9）齿轮轴连接，
所述的第一斜齿轮（2）与第二斜齿轮（4）相互啮合，第二斜齿轮（4）的齿轮轴与第二单向离合器（5）的输入端连接，单向离合器（5）的外圈固定在门铰链活页（16）上，第二单向离合器（5）的输出端与第三斜齿轮（7）齿轮轴连接，第三斜齿轮（7）齿轮与第四斜齿轮（9）相互啮合，
所述的第一单向离合器（3）和第二单向离合器（5）的锁止方向相同，且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩 ；
弹性链轴器（8）；
储能飞轮（10）；
小型发电机（11）；
导线（12），所述的导线连接在小型发电机（11）上，向外输出小型发电机产生的电流；
处理电路，所述的处理电路通过导线接受来自小型发电机（11）的电流，对小型发电机产生的电流进行整流、变压处理，所述的处理电路采用现有技术中已存在的整流、变压技术或者直接采购公开出售的零部件；
所述的第一斜齿轮（2）和第二斜齿轮（4）的旋转方向相反，造成第一单向离合器（3）和第二单向离合器（5）在门开启或者闭合时的锁止状态不相同，当第一单向离合器（3）处于分离状态时，第二单向离合器（5）处于闭合状态，当第一单向离合器（3）处于闭合状态时，第二单向离合器（5）处于分离状态，这样使得不论门开启或者闭合，第四斜齿轮（9）总能择一通过第三斜齿轮（7）或者第一单向离合器（3）轴得到动力旋转，所述的第四斜齿轮（9）的齿轮轴与弹性联轴器（8）的输入端相连，通过弹性联轴器（8）的输出端与储能飞轮（10）相连接，储能飞轮（10）的输出轴与小型发电机（11）的输入轴相连，小型发电机（11）通过固定块（13）固定在门铰链的活页（16）上，所述的小型发电机（11）的产生的电能通过其导线（12），进入处理电路，进行整流、滤波处理后，对门上内置的充电电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种发电门铰链，其特征在于：所述的处理电路包含有整流器、变压器。
3.根据权利要求1所述的一种发电门铰链，其特征在于：主斜齿轮（1）的轴心与铰链轴（15）同心。
4.根据权利要求1所述的一种发电门铰链，其特征在于：第一单向离合器（3）和第二单向离合器（5）输入端顺时针方向转动时，离合器处于分离状态，输入端逆时针方向转动时，离合器处于闭合状态，并且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩。
5.根据权利要求1所述的一种发电门铰链，其特征在于：第一单向离合器（3）和第二单向离合器（5）输入端逆时针方向转动时，离合器处于分离状态，输入端顺时针方向转动时，离合器处于闭合状态，并且该离合器的力矩传递只能输入端向其输出端传递力矩。
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