CN107939194A - 一种发电门铰链 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发电门铰链，家装五金领域。该发电铰链利用房门在开启和关闭过程中，通过压电效应，将门的转矩的一部分机械能转化为电能。以为智能锁具等的电池提供充电电能，并且其发电量的大小与使用频率成正比，从而极大地延长智能锁具等的电池续航能力，减少电池的更换和维护，甚至做到免维护和免更换。同时，本发明所提供的发电门铰链在门开启或者关闭状态下可以对周围环境如大楼晃动、人员走动等造成的振动的能量进行转换，从而为提供额外的电池充电电能。同时该发电门铰链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。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，以保证其正常工作。虽然现有的智能锁具一般对其硬件、软件以及电源管理进行了深度优化，降低其功耗，以延长锁具的电池的更换时间间隔和电池续航能力，但受限于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。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，同时需同无线通信设备进行数据通信和传输，以将锁具的当前状态整合进入整个智能家居系统，因而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，锁具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无法正常工作。因此，在智能锁具使用数量巨大的行业，其电池电量监控、更换与维护等给企业带来额外的人力成本和费用。同时，更换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。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
本发明的目的是提供一种发电门铰链，已解决背景技术中提出的问题。
该发电门铰链体积紧凑，安装方式与传统的门铰链一致。其采用压电发电的原理，能将门在使用过程中的将门铰链的铰链轴套围绕铰链轴的转动机械能装换为电能，并将该电能为门锁锁具、智能门禁等的电池提供充电电能，从而极大地提高电池的续航时间和电池更换的时间间隔。同时，门具使用越频繁，产生的电能越多，为智能锁具提供的电能也越多。因此，通过该门铰链甚至可以使智能锁具等的电池实现免维护、免更换。同时，该发电门铰链可以调整门开启和关闭时的阻尼力矩，从而对操作舒适度和手感进行调节。
本发明的具体设计方案为：
一种发电门铰链，
包括，门铰链轴套、门铰链转轴、门铰链活页，门铰链轴套围绕门铰链转轴转动；
柔性绳, 柔性绳的一端与门铰链轴套固定连接；
金属片，柔性绳的另一端与金属片连接；
压电能量转换单元，所述的压电能量转换单元包含有弹性压电梁，金属片与弹性压电梁的中间连接；
导线，所述的导线连接在弹性压电梁上，用于将压电能量转换单元产生的电荷输出；
处理电路，所述的处理电路用于将弹性压电梁产生的电荷进行处理，并向外输出；
所述的弹性压电梁产生的电荷通过接导线进入处理电路，将产生的电荷进行整流、变换电压等处理步骤后，提供给电池的充电电路对电池充电提供电能，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，将交流电转变为直流电，对充电电池进行充电。
进一步的，柔性绳的另一端通过凹槽轮与金属片固连, 凹槽轮围绕凹槽轮转轴转动，对柔性绳的运动起到导向作用。
进一步的，弹性压电梁上设置有左右2个质量块，质量块贯穿于弹性压电梁上，，每个质量块的两侧均设置有2条导线，其目的地是用来降低弹性发电梁的固有频率。
进一步的，所述的所述的压电能量转换单元设置有第一能量转换单元、第二能量转换单元、第三能量转换单元，其中弹性压电梁、质量块、共同构成第一能量转换单元，弹性压电梁、质量块、共同构成第二能量转换单元，弹性压电梁、质量块、构成第三能量转换单元。第一能量转换单元、第二能量转换单元、第三能量转换单元通过导线并联，通过导线延伸出接线端子，电能量转换单元产生的电流通过接线端子输出。
进一步的，所述的金属片的下端设置有弹簧，金属片的下端和弹簧连接，弹簧的下端设置有调节螺钉，弹簧的下端和调节螺钉连接，调节螺钉与通过固定在门铰链活页上的挡块上的螺纹孔连接。
通过旋转调节螺钉，通过弹簧弹簧对金属片施加拉力从而可以对弹性压电梁的预变形量以及柔性绳的预紧力进行调节，从而对弹性压电梁在门从开到关的状态转变过程中的单次发电量进行调节。同时，弹簧和以及通过弹簧对柔性绳的预紧力的调整可以有效地减少快速开门或关门时对弹性压电梁造成的冲击，防止弹性压电梁损坏。
本发明具体有如下的技术效果：采用压电效应，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，从而有效延长智能锁具电池的更换和维护周期，甚至做到免维护和免更换。具体而言，具有如下技术特征：
1.发电门铰链可以将门开启和关闭过程中的机械能转化为电能。
2.弹性压电梁的的预变形量可以调节，因此可以对单次门开启和关闭转换的能量进行调节。
3.压电梁的数量可以更改，从而对单次发电量进行调节。
4.发电悬臂梁的固有频率可以调，使得房门在关闭或打开状态下，能够对大地振动、人员走动建筑物内其他振源造成的振动能量进行采集，从而提供充电电能。
5.可以通过改变弹性压电梁的数量来对开启门的手感舒适度进行调节。
6.可以有效的防止门突然开启和关闭造成弹性压电梁的损坏。
附图说明
图1门铰链结构示意图。
图2能量采集的结构示意图。
具体实施方式
以下结合设计实例和附图进一步说明本发明的结构和工作原理。
请参阅附图1和2所示，1为门铰链转轴，2为门铰链轴套，当门开启或是关闭的时候，门铰链轴套2将围绕门铰链转轴1转动，柔性绳3的一端与门铰链轴套2固定连接。柔性绳3的另一端通过凹槽轮4与金属片15固连。凹槽轮4围绕凹槽轮转轴5转动，对柔性绳3的运动起到导向作用。金属片15和弹性压电梁7、弹性压电梁21、弹性压电梁22的中间连接。其中在弹性压电梁7上有质量块16、25，其目的地是用来降低弹性发电梁7的固有频率。弹性压电梁21上有质量块24、26，其目的地是用来降低弹性发电梁21的固有频率。弹性压电梁22上有质量块23、27，其目的地是用来降低弹性发电梁22的固有频率。其中弹性压电梁7、质量块16、25共同构成一个能量转换单元。其中弹性压电梁21、质量块24、26共同构成一个能量转换单元。其中弹性压电梁22、质量块23、27共同构成一个能量转换单元。因此，在本实例中一共使用了3个能量转换单元。通过对能量转换单元的个数调整可以实现单次发电量的调整，同时可以对门的开启和关闭的手感进行调节。当门开启或是关闭的时候，门铰链轴套2将围绕门铰链转轴1转动，固定连接在门铰链轴套2的柔性绳3将将绕在转动轴套2上。因此，柔性绳3的长度将发生变化，柔性绳3长度的变化将通过凹槽轮4，最后带动金属片15运动。由于弹性压电梁7、弹性发电梁21、弹性压电梁22的中间端和金属片15固定连接，因此金属片15的运动将带动压电梁7、弹性发电梁21、弹性压电梁22的中间产生位移，从而导致弹性压电梁7、弹性发电梁21、弹性压电梁22发生变形，根据压电效应，弹性压电梁7、弹性发电梁21、弹性压电梁22的上下表面将产生大量极性相反的电荷。因此弹性压电梁7、弹性发电梁21、弹性压电梁22产生的电荷可以通过接线端子13、14、18、19进入处理电路，将产生的电荷在进行整流、变换电压等处理步骤后，提供给电池的充电电路对电池充电提供电能。
金属片15的下端和弹簧17连接，弹簧的下端和调节螺钉12连接，调节螺钉12与通过固定在门铰链活页6上的挡块20上的螺纹孔。通过旋转调节螺钉12，通过弹簧17弹簧对金属片15施加拉力从而可以对弹性压电梁7的预变形量以及柔性绳3的预紧力进行调节，从而对弹性压电梁7在门从开到关的状态转变过程中的单次发电量进行调节。同时，弹簧17和以及通过弹簧17对柔性绳3的预紧力的调整可以有效地减少快速开门或关门时对弹性压电梁7造成的冲击，防止弹性压电梁7损坏。
弹性压电梁7的一端连接在固定块11上，固定块11和和固定挡块10固定连接。弹性压电梁7另一端与可动挡块8固定连接，通过调整螺钉9可以对可动挡块8施加水平位移，进一步对弹性压电梁7施加水平方向的作用压力，可以改变弹性压电梁7的垂向刚度。随着弹性压电梁7水平方向作用压力的不断增加，弹性压电梁7和质量块16构成的能量采集单元的垂向固有频率将不断的下降。因此，当门处于打开或者关闭时的静止状态下，弹性压电梁7和质量块16构成的能量采集单元可以将门铰链所在环境的振动如：地面振动、大楼晃动、人员走动、其他房门开关等造成的振动的能量转换成电荷。
显然通过以上提出的门铰链可以有效将门开启和关闭时的机械能转化为电能，同时对环境中的振动能进行俘获，对智能锁具等提供充电所需的电能，同时使用频率越高发电量越大，为有提高电池的续航能力，以及延长电池更换和维护周期，甚至免更换免维护提供解决方案。
以上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 (2)
1.一种自供能发电门铰链，其特征在于：
包括，门铰链转轴（1）、门铰链轴套（2）、门铰链活页（6），门铰链轴套（2）将围绕门铰链转轴（1）转动；
柔性绳（3），柔性绳（3）的一端与门铰链轴套（2）固定连接，
凹槽轮（4），所述的柔性绳（3）的另一端通过凹槽转轮（4）与金属片（15）固连, 凹槽轮（4）围绕凹槽轮转轴（5）转动，对柔性绳（3）的运动起到导向作用；
金属片（15），柔性绳（3）的另一端与金属片（15）连接,
所述的金属片（15）的下端设置有弹簧（17），金属片（15）的下端和弹簧（17）连接，弹簧（17）的下端设置有调节螺钉（12），弹簧（17）的下端和调节螺钉（12）连接，调节螺钉（12）与通过固定在门铰链活页（6）上的挡块（20）上的螺纹孔连接；
压电能量转换单元，所述的压电能量转换单元包含有至少一个弹性压电梁，所述的弹性压电梁上设置有左右2个质量块，质量块贯穿于弹性压电梁上，所述的金属片（15）与弹性压电梁的中间连接；
所述的压电能量转换单元还包括固定块（11）、固定挡块（10）、可动挡块（8）、螺钉（9）、第一能量转换单元中的弹性压电梁（7）的一端连接在固定块（11）上，固定块（11）和和固定挡块（10）固定连接，弹性压电梁（7）另一端与可动挡块（8）固定连接，通过调整螺钉（9）可以对可动挡块（8）施加水平位移，进一步对弹性压电梁（7）施加水平方向的作用压力，可以改变弹性压电梁（7）的垂向刚度；
导线，所述的导线连接在每个质量块的两侧，用于将压电能量转换单元产生的电流输出；
处理电路，所述的处理电路通过导线接受来自压电能量转换单元的电流，并对所述的压电能量转换单元产生的电流进行整流、变压处理后，对门上内置的充电电池进行充电，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。
2.根据权利要求1所述的一种自供能发电门铰链，其特征在于：所述的压电能量转换单元包括有第一能量转换单元、第二能量转换单元、第三能量转换单元，其中弹性压电梁（7）、质量块（16）、（25）共同构成第一能量转换单元，弹性压电梁（21）、质量块（24）、（26）共同构成第二能量转换单元，弹性压电梁（22）、质量块（23）、（27）构成第三能量转换单元，所述的第一能量转换单元、第二能量转换单元、第三能量转换单元通过导线并联，通过导线延伸出（13）、（14）、（18）、（19）接线端子，电能量转换单元产生的电流通过接线端子外接输出。
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