CN204126824U - 一种基于恒力弹簧的能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于恒力弹簧的能量收集装置，包括支撑座，支撑座包括支架、支撑轴和驱动转轴，支撑轴上安装有恒力弹簧，恒力弹簧的另一端安装在驱动转轴上，驱动转轴上安装有蓄能转盘和第一齿轮传动机构，驱动转轴通过第二齿轮传动机构连接有发电机，第一齿轮传动机构包括传动齿轮及驱动齿轮，传动齿轮的底端设置有驱动盘，蓄能转盘连接有单片机，传动齿轮的顶端周向设置有棘齿，支撑座上设置有棘爪和光电传感器，蓄能转盘上安装有遮光板。本实用新型能稳定释放能量、更高效地产生电能，通过将外部旋转机构的旋转轴转动产生的能量收集在恒力弹簧上，当能量达到预设的限度后蓄紧的恒力弹簧释放，从而产生稳定的能量。

Description

一种基于恒力弹簧的能量收集装置

技术领域

本实用新型属于发电装置领域，更具体地，涉及一种基于恒力弹簧的能量收集装置。

背景技术

目前，国内大型商场、火车站、汽车站、旅游景点等公共场所多设有旋转门，但绝大多数旋转门不能收集经过人流的推力，损失了很多能量。另外近期集体恐怖事件多有发生，越来越多的公共场所必然会限制人流以进行安检，旋转门在限制人流进行安检方面有很大作用。

由于我国人口集中分布在各大城市，而随着公共场所治安的要求不断提高，单向旋转门的应用也越来越广泛。其广泛应用于车站、商场以及风景区等人流量巨大的公共场所。例如北京地铁在2014年3月8日就突破了日流量千万大关，如果每个人在进出车站时推动旋转门时消耗的能量能被收集起来，所收集的能量是很可观的，能为国家节能减排事业做贡献，但是目前这些能量并未被有效利用起来。

随着能源的紧缺，人们环保意识不断增强，各种各样的环保产品和替代能源层出不穷。在不稳定能量收集利用方面，因不稳定能量收集不易，使得目前不稳定能量的收集还很不完善。例如人推动单向旋转门时的微小作用力产生的能量如果能够收集起来也是十分可观的；再譬如现在的风力发电装置，风力时大时小，会使得发电机发出的电极不稳定，这些电能只能在滤波整流后，充入蓄电池，再转化为交流电为人使用。滤波和两次转化过程中存在大量能量损失，同时蓄电池的制造也会造成环境污染。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于恒力弹簧的能量收集装置，能实现能量的采集和转化，收集的能量能够为公共场所其他用电设备利用，或者储存起来用于其他用途。

为实现上述目的，按照本实用新型应用的一个方面，提供了一种基于恒力弹簧的能量收集装置，包括支撑座，所述支撑座包括支架及竖直安装在支架上的相互平行的支撑轴和驱动转轴，所述支撑轴上安装有恒力弹簧，所述恒力弹簧的另一端安装在驱动转轴上，驱动转轴上安装有蓄能转盘和第一齿轮传动机构，驱动转轴通过第二齿轮传动机构连接有发电机，第一齿轮传动机构包括传动齿轮及与传动齿轮啮合的用于安装到外部旋转机构的旋转轴上的驱动齿轮，传动齿轮通过轴承安装在驱动转轴上，蓄能转盘固定安装在驱动转轴上，传动齿轮的底端设置有驱动盘，驱动盘的外侧设置有多个缺口槽，所述蓄能转盘的上端敞口，驱动盘伸入蓄能转盘的内腔，蓄能转盘的侧壁上设置有凹槽，凹槽内设置有电磁铁，电磁铁上安装有导向杆，所述导向杆上活动穿装有滑块，滑块与电磁铁之间安装有压缩弹簧，压缩弹簧套接在导向杆上，滑块能在压缩弹簧的弹力作用下伸入驱动盘的缺口槽内并使驱动盘与蓄能转盘同步旋转，蓄能转盘通过电刷连接有用于控制电磁铁通断电的单片机，电刷抵接在蓄能转盘的外侧，传动齿轮的顶端周向设置有棘齿，所述支撑座上设置有与棘齿配合的棘爪，棘爪和棘齿配合能使传动齿轮实现单向旋转，支撑座上设置有与单片机相连的光电传感器，所述蓄能转盘上安装有能配合光电传感器计数的遮光板，驱动齿轮驱动传动齿轮旋转时，驱动转轴卷绕恒力弹簧。

优选地，所述滑块的侧面安装有便于其进出缺口槽的滚轮。

优选地，所述支撑轴设置为多根。

优选地，所述支撑轴设置为三根，所述三根支撑轴呈三角形布置，每根支撑轴上安装一根恒力弹簧，每根恒力弹簧的另一端均安装在驱动转轴上。

优选地，所述棘爪的数量为多个，该多个棘爪周向分布在支撑座上。

优选地，所述支撑座包括固定座，所述固定座固定穿装在支撑轴上，固定座位于传动齿轮的上方，所述棘爪安装在固定座上。

优选地，所述固定座通过压紧弹簧与棘爪相连，所述压紧弹簧压在棘爪上从而使棘爪紧压传动齿轮上的棘齿。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本实用新型的驱动齿轮安装于外部旋转机构的旋转轴上，旋转轴转动时带动传动齿轮转动，传动齿轮又能带动蓄能转盘和驱动转轴同步旋转，使恒力弹簧卷绕在驱动转轴上进行蓄能；当滑块从驱动盘的缺口槽内退出后，传动齿轮与蓄能转盘分离，恒力弹簧被驱动转轴释放开始恢复初始状态，恒力弹簧卷绕在支撑轴上，驱动转轴在恒力弹簧的弹力作用下旋转，驱动转轴通过第二齿轮传动机构带动发电机的转子转动，使发电机发电产生电能；

2)当恒力弹簧完全松驰回复到初始状态后，滑块进入缺口槽，光电传感器能重新对蓄能转盘的转动圈数进行计数，进行下一轮蓄能与发电过程；

3)本实用新型能稳定释放能量、更高效地产生电能，通过将外部旋转机构的旋转轴转动产生的能量收集在恒力弹簧上，当能量达到预设的限度后蓄紧的恒力弹簧释放，从而产生稳定的能量。

4)本实用新型采用棘轮机构，使得能量能逐步收集集中、释放；通过恒力弹簧的机械方式储能，使得能量得以利用，优化了能量收集的过程，能产生稳定的电流；采用光电传感器进行计数，结果更加准确。

附图说明

图1是本实用新型安装到旋转门上时的结构示意图；

图2是本实用新型撤去固定座时的结构示意图；

图3是本实用新型中蓄能转盘内安装电磁铁的结构示意图；

图4是本实用新型中传动齿轮上设置驱动盘的结构示意图；

图5是图1中A处的放大图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图5所示，一种基于恒力弹簧的能量收集装置，包括支撑座1，所述支撑座1包括支架10及竖直安装在支架10上的相互平行的支撑轴11和驱动转轴12，所述支撑轴11上安装有恒力弹簧2，所述恒力弹簧2的另一端安装在驱动转轴12上，驱动转轴12旋转时能收紧恒力弹簧2进行蓄能，也能释放恒力弹簧2从而将能量释放，保证了恒力弹簧2能量收集与能量释放的正常进行。优选地，所述支撑轴11设置为多根；更优选地，所述支撑轴11设置为三根，所述三根支撑轴11呈三角形布置，三根支撑轴11的合理分布可以平衡水平方向的力，以使结构更加稳定。每根支撑轴11上安装一根恒力弹簧2，每根恒力弹簧2的另一端均安装在驱动转轴12上。选用多根恒力弹簧2，能储蓄更多的能量。驱动转轴12上安装有蓄能转盘3和第一齿轮传动机构4，驱动转轴12通过第二齿轮传动机构5连接有发电机51，第一齿轮传动机构4包括传动齿轮6及与传动齿轮6啮合的用于安装到外部旋转机构8的旋转轴81上的驱动齿轮61。外部旋转机构8的旋转轴81转动时带动驱动齿轮61一起旋转。传动齿轮6通过轴承安装在驱动转轴12上。转轴12可以独立旋转，不会相互影响，只有在能量释放阶段传动齿轮才和驱动转轴分开旋转，能量收集阶段二者是同步旋转的。

传动齿轮6的底端设置有驱动盘7，驱动盘7的外侧设置有多个缺口槽71，所述蓄能转盘3的上端敞口，驱动盘7伸入蓄能转盘3的内腔，蓄能转盘3的侧壁上设置有凹槽31，凹槽31内设置有电磁铁32，电磁铁32上安装有导向杆33，所述导向杆33上活动穿装有滑块34，滑块34与电磁铁32之间安装有压缩弹簧35，压缩弹簧35套接在导向杆33上，所述滑块34的侧面安装有便于其进出缺口槽71的滚轮，滑块34上设置滚轮，能变滑动摩擦为滚动摩擦，可大幅度降低滑块34与驱动盘7间的摩擦，减小磨损。滑块34能在压缩弹簧35的弹力作用下伸入驱动盘7的缺口槽71内并使驱动盘7与蓄能转盘3同步旋转。

蓄能转盘3通过电刷连接有用于控制电磁铁32通断电的单片机，电刷抵接在蓄能转盘3的外侧，传动齿轮6的顶端周向设置有棘齿62，所述固定座14上设置有与棘齿62配合的棘爪63，棘爪63和棘齿62配合能使传动齿轮6实现单向旋转，所述棘爪63的数量为多个，该多个棘爪63周向分布在固定座14上，以使其更好地限制棘齿62。

所述支撑座1包括固定座14，所述固定座14固定穿装在支撑轴11上，固定座14位于传动齿轮6的上方，所述棘爪63安装在固定座14上。所述固定座14通过压紧弹簧64与棘爪63相连，所述压紧弹簧64压在棘爪63上从而使棘爪63紧压传动齿轮6上的棘齿62。

支撑座1上设置有与单片机相连的光电传感器13，光电传感器13包括一发射器和一接收器，所述蓄能转盘3上安装有能配合光电传感器13计数的遮光板36，发射器发射光线到接收器上，当遮光板36挡住光线时，光电传感器13检测到此信号，单片机进行一次计数。

将本能量收集装置的驱动齿轮61安装于外部旋转机构8的旋转轴81上，外部旋转机构8可以是旋转门，也可以是风车等风力发电设备。参照图1，本实用新型的外部旋转机构8选用的是地铁站常见的旋转门，旋转门上的旋转轴81转动时带动传动齿轮6转动，此时电磁铁32断电，滑块34在压缩弹簧35的弹力作用下进入驱动盘7的缺口槽71内，此时棘爪63无法对棘齿62进行限制，传动齿轮6能够旋转，传动齿轮6底端的驱动盘7带动蓄能转盘3和驱动转轴12同步旋转，驱动转轴12在转动时对恒力弹簧2施加拉力，使恒力弹簧2继续卷绕在驱动转轴12上。

当光电传感器13检测到蓄能转盘3转动了额定圈数后，单片机控制电磁铁32通电，吸附滑块34，使滑块34从驱动盘7的缺口槽71内退到蓄能转盘3的凹槽31内，传动齿轮6与蓄能转盘3分离，恒力弹簧2被驱动转轴12释放，恒力弹簧2会回复到初始状态，在此过程中驱动转轴12在恒力弹簧2的弹力作用下反向旋转，驱动转轴12通过第二齿轮传动机构5带动发电机51的转子转动，使发电机51发电产生电能。棘齿62和棘爪63的主要作用在于在蓄能时间内，当没有人推动旋转门时，传动齿轮6和驱动转轴12(此时二者同步运动)不会因为恒力弹簧2的弹力而反转。

在地铁站的旋转门上使用时，首先将此装置安装于旋转门下部，行人经过时推动旋转门的旋转轴81旋转，带动第一齿轮传动机构4转动，从而使恒力弹簧2蓄能，将每个人一份份的微小推力产生的能量收集在恒力弹簧2上，当能量达到预设的限度后蓄紧的恒力弹簧2释放，从而产生更为稳定的能量。本实用新型采用棘轮机构，使得能量能逐步收集集中、释放；通过恒力弹簧2的机械方式储能，使得微小能量得以利用，优化了能量收集的过程，产生的电流较稳定；采用光电传感器13进行计数，结果更加准确。因恒力弹簧2对驱动转轴12所加的力是恒定的，故可平稳的释放能量。

滑块34上连接压缩弹簧35，保证了释放能量结束、电磁铁32断电后，滑块34会再次顶进驱动盘7的缺口槽71内。压缩弹簧35驱动滑块34向缺口槽71内运动时，滑块34与缺口槽71位置可能未能刚好重合，此时滑块34压在驱动盘7外壁上，随着传动齿轮的转动，滑块34在驱动盘7的外壁移动，驱动盘7转动一定角度后，滑块34仍会进入到缺口槽71内，开始下一轮蓄能过程。在驱动盘7上开多个缺口槽71，可使滑块34快速进入驱动盘7的缺口槽71内，使驱动盘7尽快带动蓄能转盘3旋转，有效减少不蓄能的时间。

恒力弹簧2对外的力恒定不变，保证蓄能转盘3释放能量时受力稳定，从而使得发出的电较为平稳。此外恒力弹簧2耐疲劳特性较发条弹簧好，使用寿命长，故本装置选用恒力弹簧2。

在传动齿轮6顶端加工出棘齿62，与其上方的棘爪63组成棘轮机构，使得传动齿轮6只能单向旋转，保证了即使在没有人推动旋转门的时间段里，只要蓄能转盘3与传动齿轮6未分开，驱动转轴12就不会在恒力弹簧2的弹力作用下反转，处于蓄紧状态下的恒力弹簧2也不会释放能量。另外，即使蓄能转盘3与传动齿轮6分开了，传动齿轮6也不会反转，因此不会影响到旋转门的正常使用。

因为电磁铁32置于蓄能转盘3的凹槽31内，不能直接通过导线供电，故可在蓄能转盘3上嵌入两个铜环，电磁铁32安装于两个铜环之间，电磁铁32两接线端通过导线分别与两铜环相连；铜环旁安装两个电刷，保证了蓄能转盘3在旋转的同时电刷和铜片始终处于接通状态，达到预设限度时，电磁铁32能够通电吸附滑块34，使蓄能转盘3能够反向转动释放能量。

本装置使用光电传感器13，蓄能转盘3每转一圈，遮光片挡光一次，光电传感器13记录一次信号，通过单片机设定上限信号数值，达到预定圈数后则控制开关闭合，使电磁铁32通电吸附滑块34。

电磁铁32的通断，核心在于单片机的利用。当传感器信号达到设定值时，单片机将控制电源给电磁铁32通电，产生磁力吸引滑块34，滑块34从缺口槽71中退出，蓄能转盘3与传动齿轮6分离并释放能量，能量释放结束后，单片机控制电源不再给电磁铁32通电，电磁铁32停止工作，滑块34又进入到驱动盘7的缺口槽71内，同时使传感器从零计数。

该能量收集装置的主要特点体现在储能释能的自动化与单向控制方面。在控制方面，可以选择使用机械控制结构与电路控制相结合，使系统自动循环工作。另外，恒力弹簧2能够提供足够大的力时，本装置可直接应用于风力发电、水力发电，产生能够直接接入电网的稳定电流，所以本实用新型具有很大的市场潜力。

本产品结构简单，易损耗零件可拆卸，且只需在原有旋转门上添加本装置即可使用，具有较高的实用性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：包括支撑座(1)，所述支撑座(1)包括支架(10)及竖直安装在支架(10)上的相互平行的支撑轴(11)和驱动转轴(12)，所述支撑轴(11)上安装有恒力弹簧(2)，所述恒力弹簧(2)的另一端安装在驱动转轴(12)上，驱动转轴(12)上安装有蓄能转盘(3)和第一齿轮传动机构(4)，驱动转轴(12)通过第二齿轮传动机构(5)连接有发电机(51)，第一齿轮传动机构(4)包括传动齿轮(6)及与传动齿轮(6)啮合的用于安装到外部旋转机构(8)的旋转轴(81)上的驱动齿轮(61)，传动齿轮(6)通过轴承安装在驱动转轴(12)上，蓄能转盘(3)固定安装在驱动转轴(12)上，传动齿轮(6)的底端设置有驱动盘(7)，驱动盘(7)的外侧设置有多个缺口槽(71)，所述蓄能转盘(3)的上端敞口，驱动盘(7)伸入蓄能转盘(3)的内腔，蓄能转盘(3)的侧壁上设置有凹槽(31)，凹槽(31)内设置有电磁铁(32)，电磁铁(32)上安装有导向杆(33)，所述导向杆(33)上活动穿装有滑块(34)，滑块(34)与电磁铁(32)之间安装有压缩弹簧(35)，压缩弹簧(35)套接在导向杆(33)上，滑块(34)能在压缩弹簧(35)的弹力作用下伸入驱动盘(7)的缺口槽(71)内并使驱动盘(7)与蓄能转盘(3)同步旋转，蓄能转盘(3)通过电刷连接有用于控制电磁铁(32)通断电的单片机，电刷抵接在蓄能转盘(3)的外侧，传动齿轮(6)的顶端周向设置有棘齿(62)，所述支撑座(1)上设置有与棘齿(62)配合的棘爪(63)，棘爪(63)和棘齿(62)配合能使传动齿轮(6)实现单向旋转，支撑座(1)上设置有与单片机相连的光电传感器(13)，所述蓄能转盘(3)上安装有能配合光电传感器(13)计数的遮光板(36)，驱动齿轮(61)驱动传动齿轮(6)旋转时，驱动转轴(12)卷绕恒力弹簧(2)。

2.根据权利要求1所述的一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：所述滑块(34)的侧面安装有便于其进出缺口槽(71)的滚轮。

3.根据权利要求1所述的一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：所述支撑轴(11)设置为多根。

4.根据权利要求1所述的一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：所述支撑轴(11)设置为三根，所述三根支撑轴(11)呈三角形布置，每根支撑轴(11)上安装一根恒力弹簧(2)，每根恒力弹簧(2)的另一端均安装在驱动转轴(12)上。

5.根据权利要求1所述的一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：所述棘爪(63)的数量为多个，该多个棘爪(63)周向分布在支撑座(1)上。

6.根据权利要求1所述的一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：所述支撑座(1)包括固定座(14)，所述固定座(14)固定穿装在支撑轴(11)上，固定座(14)位于传动齿轮(6)的上方，所述棘爪(63)安装在固定座(14)上。

7.根据权利要求6所述的一种基于恒力弹簧的能量收集装置，其特征在于：所述固定座(14)通过压紧弹簧(64)与棘爪(63)相连，所述压紧弹簧(64)压在棘爪(63)上从而使棘爪(63)紧压传动齿轮(6)上的棘齿(62)。