CN205782597U - 一种楼梯自发电照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开一种楼梯自发电照明装置，包括发电踏板、单向传动机构、发电装置、与发电装置相连的发电传动轴、储能装置、以及照明装置，发电踏板一端与楼梯台阶铰接，另一端铰接有直连杆，直连杆与楼梯台阶之间设有第一复位弹簧，单向传动机构包括单向旋转轮和传动轴，直连杆下端设有F型曲柄，F型曲柄两个端部均铰接有单向旋转轮咬合与活动齿，活动齿与F型曲柄之间还设有第二复位弹簧，单向旋转轮和主动锥齿分别设于传动轴两端，发电传动轴一端设有与主动锥齿相咬合的从动锥齿，从动锥齿与发电传动轴通过棘轮机构相连，所述发电装置与储能装置、以及照明装置相连。本实用新型能实现自发电，节约能源，符合现代提倡的环保绿色理念。

Description

一种楼梯自发电照明装置

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，具体涉及一种楼梯自发电照明装置。

背景技术

在美国，越来越多的健身馆都开始使用绿色环保技术，将健身器械与电力网络相连接，当人们使用跑步机或者走步机进行运动时，释放的能量可以被重新搜集起来转化为电力。目前，国内开关门发电照明技术尚处于起步阶段，还没有在市场上出现，但一个授权公告号为CN 203906197 U的实用新型专利公开了一种开关门发电蓄电装置，该装置有效的利用开关门这两个方向相反的动作，无论是开门还是关门，都可以输出能量；无任何附加或辅助电路，所产生的能量通过电机的转化直接储存到蓄电池中。但没有将电能运用于生活中。我们的无源式楼道节能照明装置有节能、环保、无污染、无噪声、无辐射等优点，低压直流供电绝无触电火灾等意外事故，完全脱离了电网自主运行，是真正意义上的绿色能源

相关设计有第十二届“挑战杯”省赛作品，该作品介绍了一种新型无源的楼道照明装置，是通过小区住宅的楼道大门防盗门的闭门器，收集住户开关门所用的机械能并进行储存发电，用于楼道照明。

通过走廊门的开关，带动闭门器动作，经齿轮加速后，带动内部的小型高效直流发电机工作并通过蓄电池，为本装置提供所需电力，无需外界能源，以达到节能减排的目的。由于门的开/关速度较快，而电池充电的过程相对缓慢，为此设置了电容式快速电能收聚电路，将发电机的电能通过电路，瞬时存储于电容中，然后再通过电路缓慢释放，为内置的锂聚合物电池充电。楼道照明系统用直流12伏低压供电，并采用半导体固态照明技术，安全高效。

设计的基本思路和目的：以反复开/关门为动力，驱动小型发电机运行，白天为电池充电，供晚上使用的需要，达到了绿色、节能、环保、健康和人文关怀的目的。作品的创新点和关键技术：无需外界能源，达到环保、节能、减排的目的。采用直流12伏低压供电和半导体固态照明技术，半导体智能化照明灯功率1.5瓦，工作电压12伏，发电机与闭门器主轴驱动的差速比为1：170，每次开/关门可发电0.5-0.85瓦。

该作品的先进性：无需外界电力，它是只依靠走廊大门的反复开/关提供发电机动力的节能环保型电力装置，具有智能化充电智能化照明的功能，用于住宅楼道照明，节省了电力消耗，达到节能减排的目的。据统计，一盏3瓦楼道节能照明灯，平均每年消耗电网电力3.7度，按大连市600万人口最低保有量50万盏节能灯计算，每年消耗电力185万度。而无源式楼道节能照明装置，自动发电供电能，且采用LED高效长寿命的半导体固态照明器件，节电效率是白炽灯的10倍以上，寿命可达5万小时，经济性良好，有节能、环保、无污染、无噪声、无辐射等优点。

此类无源式装置在绿色科技的倡导下，在能源越来越匮乏的当今世界发挥着其特有价值。

目前住房楼梯照明状况不甚理想的状况，其表现为：

①无照明，这给居民们上下楼梯带来了很大的不便和不安全。

②有照明但无管理，常常彻夜长明，造成不必要的浪费。

③有管理但电气控制系统复杂且设备复杂、成本高，如采用PIC照明系统照就存在上述问题。

④近年来通常使用的采用声控开关或延迟开关(包括红外线感应开关和按钮式延时开关)，也存在一些问题。如声控开关需发出一定声响，声响过大则会给其他住户产生影响，也会出现几个楼层同时亮灯的现象，造成不必要的浪费：延迟开关下楼较为方便，上楼则需要爬到有控制钮的地方才能获得照明，有一定的不方便之处。

实用新型内容

针对上述情况，以创建节约型社区为理念，设计了楼梯自动照明装置，这既能给居民带来方便、安全，又能合理地节约电能，而且还可以作为应急电源使用，该装置结构简单易于实现，降低了资源消耗，响应了国家建设资源节约型社会的要求。

本项目以寻找生活中可利用的能源出发，主要通过吸收和转化人们上下楼梯时产生的多余动能实现节能环保，绿色生活。同时，该项目的控制部分舍弃了传统照明系统的人手机械控制，而是采用智能感应，自动实现人走灯熄，使产品更具人性化和实用性，可很好地提高人们的生活品质。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：包括设于楼梯台阶上的发电踏板、设于发电踏板下方的单向传动机构、发电装置、与发电装置相连的发电传动轴、储能装置、以及照明装置，所述发电踏板一端与楼梯台阶铰接相连，另一端设有铰接相连的直连杆，所述直连杆自由穿过楼梯台阶表面与单向传动机构相连，所述直连杆与楼梯台阶之间设有第一复位弹簧，所述单向传动机构包括单向旋转轮和传动轴，所述单向旋转轮为直齿轮，所述直连杆下端设有F型曲柄，所述F型曲柄两个端部均铰接有可单向转动的活动齿，所述活动齿与F型曲柄之间还设有第二复位弹簧，所述F型曲柄的活动齿与单向旋转轮的齿轮咬合，所述单向旋转轮与传动轴一端固定相连，所述传动轴另外一端固定设有主动锥齿，所述发电传动轴一端设有与主动锥齿相咬合的从动锥齿，另一端与发电装置相连，所述从动锥齿与发电传动轴通过棘轮机构相连，所述发电装置与储能装置、以及照明装置相连。

作为改进，所述发电踏板两端下方均设有单向传动机构，所述两个单向传动机构的传动轴通过齿轮传动机构相连，其中一个单向传动机构的传动轴通过主动锥齿与发电传动轴的从动锥齿咬合相连。

作为改进，所述楼梯上每一个楼梯台阶均设有发电踏板和单向传动机构，所述不同楼梯台阶下方的发电传动轴通过联轴器串联在一起，然后与发电装置相连。

作为改进，所述楼梯上每一个楼梯台阶按左右两边分别设有两个发电踏板，所述每一个发电踏板下方设有一组单向传动机构，所述左右两边单向传动机构的传动轴之间通过齿轮传动机构相连，其中一个单向传动机构的传动轴通过主动锥齿与发电传动轴的从动锥齿咬合相连，所述不同楼梯台阶下方的发电传动轴通过联轴器串联在一起，然后与发电装置相连。

作为改进，所述单向传动机构设于每个发电踏板的一端，所述发电踏板另一端下方设有铰接相连的直连杆，所述直连杆穿过楼梯台阶且两者之间也设有第一复位弹簧。

作为改进，所述齿轮传动机构包括分别与两个传动轴相连的第一直齿和第二直齿以及分别与第一直齿和第二直齿咬合相连的第一从动直齿和第二从动直齿，所述第一从动直齿和第二从动直齿之间通过轴固定相连。

作为改进，所述楼梯自发电照明装置还包括控制系统，所述控制系统包括单片机和设于发电踏板上的压力传感器，所述压力传感器接收的压力信号传给单片机，白天时，所述单片机控制发电装置所发电量储存于储能装置；夜晚时，压力传感器一感应到压力信号，单片机即控制开启照明装置，当储能装置电量不足时，单片机控制照明装置接入市电。

本实用新型的效果在于：

机械结构简单，实用方便，通过利用了人体上下楼梯时的势能，运用机械传动，电磁感应，电路控制等相关知识，将势能转化为电能，利用上下楼梯自动发电，安全可靠，节能环保，可持续性强。与现有的楼梯照明装置相比较，有如下优势：

1、自动发电，节约能源，符合现代提倡的环保绿色理念；

2、采用延时开关及压力信号作为照明灯的开启信号，白天发电，晚上照明；

3、与民用电接轨，可避免自身发电不足。

附图说明

附图1为本实用新型单个结构示意图。

附图2为齿轮传动机构左视图。

附图3为齿轮传动机构俯视图。

附图4为从动锥齿和荆棘机构示意图。

附图5为楼梯台阶下方单向传动机构连接示意图。

附图6为发电踏板和楼梯台阶主视图。

附图7为单层台阶双踏板俯视图。

附图8为本实用新型总体装配示意图。

附图标记：1-发电踏板，2-楼梯台阶，3-直连杆，4-第一复位弹簧，5-单向旋转轮，6-传动轴，7-发电传动轴，8-F型曲柄，9-活动齿，10-第二复位弹簧，11-棘轮机构，12-主动锥齿，13-从动锥齿，14-套筒，15-棘爪，16-第三复位弹簧，17-棘轮，18-第一直齿，19-第二直齿，20-第一从动直齿，21-第二从动直齿，22-连接轴。

具体实施方式

以下所述仅为本实用新型的最佳实施例，并非对本实用新型的范围进行限定。

如图1所示，一种楼梯自发电照明装置，包括设于楼梯台阶2上的发电踏板1、设于发电踏板1下方的单向传动机构、发电装置、储能装置、以及照明装置，所述发电踏板1一端与楼梯台阶2铰接相连，另一端设有铰接相连的直连杆3，所述发电踏板1上设有套筒14，套筒14内设有第一复位弹簧4，所述直连杆3从套筒14内第一复位弹簧4中穿过到发电踏板1下方，所述直连杆3中部设有对第一复位弹簧4进行限位的卡子，使得当人踩在发电踏板1上时，直连杆3向下运动，第一复位弹簧4处于压缩状态，当人离开该级发电踏板1时，第一复位弹簧4自动带动发电踏板1复位；

所述单向传动机构包括单向旋转轮5、传动轴6和发电传动轴7，所述单向旋转轮5为直齿轮，所述直连杆3下端设有F型曲柄8，所述F型曲柄8两个端部均铰接有可单向转动的活动齿9，所述活动齿9与F型曲柄8之间还设有第二复位弹簧10，通过铰接结构所述活动齿9可绕F型曲柄8单向转动，并在转动外力消失后，通过第二复位弹簧10迅速复位，所述F型曲柄8的活动齿9与单向旋转轮5的齿轮咬合，所述单向旋转轮5与传动轴6一端通过键固定相连，所述传动轴6另外一端通过键固定连接主动锥齿12，所述发电传动轴7一端设有从动锥齿13，所述从动锥齿13与主动锥齿12相咬合，所述从动锥齿13与发电传动轴7通过棘轮机构11相连，发电传动轴7另一端与发电装置相连，所述发电装置与储能装置、以及照明装置相连。

如图4所示，所述棘轮机构11包括设于从动锥齿13上的棘爪15、第三复位弹簧16和棘轮17，所述棘爪15与棘轮17咬合，棘爪15通过销轴铰接在从动锥齿13侧面上，第三复位弹簧16使棘爪15紧紧贴合在棘轮17的齿上，当棘轮17相对于从动锥齿13反转时，棘爪15抬起，然后在第三复位弹簧16作用下迅速卡在下一个棘轮17的凹齿上。

如图5所示，所述发电踏板1两端下方均设有单向传动机构，所述两个单向传动机构的传动轴6通过齿轮传动机构相连，其中一个单向传动机构的传动轴6通过主动锥齿12与发电传动轴7的从动锥齿13咬合相连。

如图2所示，所述齿轮传动机构包括第一直齿18和第二直齿19以及分别与之相咬合的第一从动直齿20和第二从动直齿21，第一直齿18和第二直齿19分别与传动轴6通过键连接，第一从动直齿20和第二从动直齿21通过键分别与连接轴22两端相连。

如图8所示，所述楼梯上每一个楼梯台阶2均设有发电踏板1和单向传动机构，所述不同楼梯台阶2下方的发电传动轴7通过联轴器串联在一起，然后与发电装置相连。

如图6和图7所示，所述楼梯上每一个楼梯台阶2按左右两边分别设有两个发电踏板1，所述每一个发电踏板1下方设有一组单向传动机构，所述单向传动机构设于每个发电踏板1的一端，所述发电踏板1另一端下方设有铰接相连的直连杆3，所述直连杆3穿过楼梯台阶2且两者之间也设有第一复位弹簧4；所述左右两边单向传动机构的传动轴6之间通过齿轮传动机构相连，其中一个单向传动机构的传动轴6通过主动锥齿12与发电传动轴7的从动锥齿13咬合相连，所述不同楼梯台阶2下方的发电传动轴7通过联轴器串联在一起，然后与发电装置相连。

所述楼梯自发电照明装置还包括控制系统，所述控制系统包括单片机和设于发电踏板1上的压力传感器，所述压力传感器接收的压力信号传给单片机，白天时，所述单片机控制发电装置所发电量储存于储能装置；夜晚时，压力传感器一感应到压力信号，单片机即控制开启照明装置，当储能装置电量不足时，单片机控制照明装置接入市电。

发电装置根据法拉第电磁感应原理，由转子、定子、绕组等组成，可产生交流电或直流电；储能装置由充放电装置、逆变电路等组成，可产生稳定电源，并存储电能，供LED照明使用。

控制系统

控制装置由单片机和压力传感器组成，主要负责蓄电电源的管理和照明灯的开关，同时，在蓄电电能不够的情况下，切换到民用电路，供照明使用。主要通过压力感应控制照明，白天将产生的电能最终储存于蓄电装置中，到了晚上，一旦踏板感受到压力，蓄电装置放电，通过控制装置，即开启相应楼层照明灯，待人走后相应的时间，控制装置即可关闭灯光，从而实现楼梯自动照明功能。当发电不足时，通过控制部分来接通民用电。保证用户的使用体验。

见图1,发电踏板1在人踩下去后,发电踏板1带动下端直连杆3做向下的直线运动,当直连杆3运动是向下的时候,活动齿9自由度被限制，F型曲柄8可以带动单向旋转轮5转动，单向旋转轮5通过传动轴6带动主动锥齿12转动，进而带动从动锥齿13转动，从动锥齿13通过发电传动轴7向上传递动力，在每层楼梯的最上方安装了一个发电装置，发电装置连接着控制系统、照明装置和储能装置，从而实现自发电蓄电照明的功能；而当人脚抬起来的时候，由于活动齿9反向自由度没有被限制且第一复位弹簧4和第二复位弹簧10的存在，所以能够在不带动单向旋转轮5转动情况下实现发电踏板1和活动齿9复位。其中，由于图4棘轮机构的存在，即使是在多个阶梯同时有人走动的情况下，每一个阶梯下的单向传动机构只能沿一个方向转动，从而实现该套设备不存在每个阶梯传动互相干涉的问题。如图5所示，两边都存在单向旋转轮5，且本套设备采用的发电踏板1是如图7所示的单层台阶双踏板结构设计，其发电踏板1主视图如图6所示，这样可以在保证踏板支撑平稳且具有一定刚度的情况下提高该设备的势能收集效率。

Claims (7)

1.一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：包括设于楼梯台阶(2)上的发电踏板(1)、设于发电踏板(1)下方的单向传动机构、发电装置、与发电装置相连的发电传动轴(7)、储能装置、以及照明装置，所述发电踏板(1)一端与楼梯台阶(2)铰接相连，另一端设有铰接相连的直连杆(3)，所述直连杆(3)自由穿过楼梯台阶(2)表面与单向传动机构相连，所述直连杆(3)与楼梯台阶(2)之间设有第一复位弹簧(4)，所述单向传动机构包括单向旋转轮(5)和传动轴(6)，所述单向旋转轮(5)为直齿轮，所述直连杆(3)下端设有F型曲柄(8)，所述F型曲柄(8)两个端部均铰接有可单向转动的活动齿(9)，所述活动齿(9)与F型曲柄(8)之间还设有第二复位弹簧(10)，所述F型曲柄(8)的活动齿(9)与单向旋转轮(5)的齿轮咬合，所述单向旋转轮(5)与传动轴(6)一端固定相连，所述传动轴(6)另外一端固定设有主动锥齿(12)，所述发电传动轴(7)一端设有与主动锥齿(12)相咬合的从动锥齿(13)，另一端与发电装置相连，所述从动锥齿(13)与发电传动轴(7)通过棘轮机构(11)相连，所述发电装置与储能装置、以及照明装置相连。

2.如权利要求1所述一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：所述发电踏板(1)两端下方均设有单向传动机构，所述两个单向传动机构的传动轴(6)通过齿轮传动机构相连，其中一个单向传动机构的传动轴(6)通过主动锥齿(12)与发电传动轴(7)的从动锥齿(13)咬合相连。

3.如权利要求2所述一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：所述楼梯上每一个楼梯台阶(2)均设有发电踏板(1)和单向传动机构，所述不同楼梯台阶(2)下方的发电传动轴(7)通过联轴器串联在一起，然后与发电装置相连。

4.如权利要求1所述一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：所述楼梯上每一个楼梯台阶(2)按左右两边分别设有两个发电踏板(1)，所述每一个发电踏板(1)下方设有一组单向传动机构，所述左右两边单向传动机构的传动轴(6)之间通过齿轮传动机构相连，其中一个单向传动机构的传动轴(6)通过主动锥齿(12)与发电传动轴(7)的从动锥齿(13)咬合相连，所述不同楼梯台阶(2)下方的发电传动轴(7)通过联轴器串联在一起，然后与发电装置相连。

5.如权利要求4所述一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：所述单向传动机构设于每个发电踏板(1)的一端，所述发电踏板(1)另一端下方设有铰接相连的直连杆(3)，所述直连杆(3)穿过楼梯台阶(2)且两者之间也设有第一复位弹簧(4)。

6.如权利要求2至5所述任意一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：所述齿轮传动机构包括分别与两个传动轴(6)相连的第一直齿(18)和第二直齿(19)以及分别与第一直齿(18)和第二直齿(19)咬合相连的第一从动直齿(20)和第二从动直齿(21)，所述第一从动直齿(20)和第二从动直齿(21)之间通过轴固定相连。

7.如权利要求6所述一种楼梯自发电照明装置，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括单片机和设于发电踏板(1)上的压力传感器，所述压力传感器接收的压力信号传给单片机，白天时，所述单片机控制发电装置所发电量储存于储能装置；夜晚时，压力传感器一感应到压力信号，单片机即控制开启照明装置，当储能装置电量不足时，单片机控制照明装置接入市电。