CN213775616U - 楼梯式人体重力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种楼梯式人体重力发电装置，包括能量回收储存装置、放能发电装置以及控制器，所述能量回收储存装置用于将人体与楼梯产生的位移所产生的能量经过液压式能量转化装置进行回收储存；所述放能发电装置用于将回收储存的能量通过发电机进行发电；所述控制器用于控制楼梯式人体重力发电装置的工作模式切换。本实用新型能够用来回收利用废弃能量，且结构简单、体积较小、发电效率高、工作稳定。

Description

楼梯式人体重力发电装置

技术领域

本实用新型属于电力设备技术领域，涉及到新能源技术，具体涉及一种楼梯式人体重力发电装置。

背景技术

各种能量之间在一定条件下互相转化、可逆的一个过程叫做能量转化。能量以多种形式出现，包括辐射、物体运动、处于激发状态的原子、分子内部及分子之间的应变力。能量在数值上是相等的，可以从一种形式的能量转变成另外一种或几种形式的能量，例如电能、热能、化学能和机械能的相互转换、光能和电能的相互转换等。而这些能量的转换是通过能量转换材料和相应的技术来实现的。根据能量转换原理制备的具有特殊功能元器件的材料称为能量转换材料。依据能量转换的类型，可以把能量转换分为光电光热能量转换材料与技术、热电能量转换材料与技术、压电能量转换材料与技术材料、电致发光能量转换材料与技术、化学能-电能能量转换材料与技术和磁能-机械能能量转换材料与技术等。

随着人类活动的不断扩展，全球日益严重的能源短缺和环境污染问题，影响到人类的生存与可持续发展。为了解决这些问题，需要在开发探索清洁新能源的同时，提高传统能源的能量转换效率。其中，能量转换材料的研发与应用技术的发展是实现能量高效转化的关键环节，如收集太阳能并将其转化成为电能的太阳能电池，回收工业余热并将其发电的热电器件，以及通过清洁环保的化学反应过程产生大量电能的燃料电池技术，都可以实现不同形式能量之间的高效转换，进而提高能源的利用率，为社会产生经济效益，为民生带来诸多便利。

目前，结合我国经济发展状况，众多常规能源(煤、石油、天然气等)的短缺制约着我国的经济发展。但从能源利用的角度来看，物体的变形会产生能量，楼梯在反复受到人体重力的作用时会使台阶面产生压力能，这部分能量如果加以利用，将其转变为电能，可以用来进行楼梯夜间照明、应急灯充电、教室电子设备的供电等。

近年来国内外研究人员越来越重视能量回收利用技术，但由于发展现状和研究方向的不同，国内外研究重点主要在路面减速带收集能量方面上，并没有在其他场所，如楼梯、公共区域的人体重力发电方面有较大的进展，楼梯人体重力发电的研究存在的文献和成果更是少之又少。

因此，本申请基于国内外对路面减速带能量回收的研究，寻求一种装配空间小、发电效率高的装置来解决上下楼梯时利用人体重力进行发电的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种楼梯式人体重力发电装置，能够用来回收利用废弃能量，且结构简单、体积较小、发电效率高、工作稳定。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：

一种楼梯式人体重力发电装置，包括能量回收储存装置、放能发电装置以及控制器，所述能量回收储存装置用于将人体与楼梯产生的位移所产生的能量经过液压式能量转化装置进行回收储存；所述放能发电装置用于将回收储存的能量通过发电机进行发电；所述控制器用于控制楼梯式人体重力发电装置的工作模式切换。

优选地，所述能量回收储存装置包括若干个台阶面能量回收设备，每个台阶面能量回收设备通过电磁阀和单向阀分别与油箱和储能器相连；每个台阶面能量回收设备包括台阶面、液压缸、复位弹簧、限位块、底座、支撑柱，所述液压缸位于台阶面的正下方，液压缸的顶部活塞与台阶面相连，底部固定在底座上；所述限位块位于支撑柱的下方，所述复位弹簧包裹住限位块和支撑柱，复位弹簧的上下两端分别与台阶面和底座固定连接；所述液压缸内的液压油通过人体重力作用直接进入储能器储存。

优选地，所述液压缸采用单作用方式的活塞式液压缸；所述储能器采用储能罐。

优选地，所述放能发电装置包括发电机和液压马达，所述液压马达分别与液压缸、储能器和油箱通过管路相连，所述发电机与液压马达连接。

优选地，所述发电机采用飞轮式永磁交流发电机，所述液压马达采用摆线式液压马达。

优选地，所述液压马达的连接管路上设有调速阀和电磁阀，用于调整液压马达的转速。

优选地，所述储能器的一侧设有压力表，用于显示储能器内的压力。

优选地，所述储能器的下方设有手动泄压阀和安全阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)实现了上下楼梯时利用人体重力进行发电，提高了能量的利用效率，节约了能源。

(2)结构简单，装配空间小，发电效率高，工作稳定，能够有效地回收利用废弃能量。

(3)通过储能器进行储能，能够尽可能地收集储存废弃能量，大大提高了能源的再生利用率，实现了能源的循环利用。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的一种楼梯式人体重力发电装置的结构组成示意图。

图2是本实用新型实施例所提供的一种楼梯式人体重力发电装置能量回收过程单个台阶面的能量回收原理图。

图3是本实用新型实施例所提供的一种楼梯式人体重力发电装置的放能发电模式原理示意图。

图4是本实用新型实施例所提供的一种楼梯式人体重力发电装置的换能部分受力示意图。

附图标记说明：1、台阶面；2、液压缸；3、复位弹簧；4、限位块；5、底座；6、支撑柱；7、油箱；8、储能器；9、发电机；10、液压马达；11、压力表；12、控制器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型公开了一种楼梯式人体重力发电装置，包括能量回收储存装置、放能发电装置以及控制器12，所述能量回收储存装置用于将人体与楼梯产生的位移所产生的能量经过液压式能量转化装置进行回收储存；所述放能发电装置用于将回收储存的能量通过发电机进行发电；所述控制器12用于控制楼梯式人体重力发电装置的工作模式切换。

具体地，如图1所示，所述能量回收储存装置包括若干个台阶面能量回收设备，每个台阶面能量回收设备通过电磁阀和单向阀分别与油箱7和储能器8相连；每个台阶面能量回收设备包括台阶面1、液压缸2、复位弹簧3、限位块4、底座5、支撑柱6，所述液压缸2位于台阶面1的正下方，液压缸2的顶部活塞与台阶面1相连，底部固定在底座5上；所述限位块4位于支撑柱6的下方，所述复位弹簧3包裹住限位块4和支撑柱6，复位弹簧3的上下两端分别与台阶面1和底座5固定连接；所述液压缸2内的液压油通过人体重力作用直接进入储能器8储存。

具体地，所述液压缸2采用单作用方式的活塞式液压缸；所述储能器8采用储能罐。

具体地，所述放能发电装置包括发电机9和液压马达10，所述液压马达10分别与液压缸2、储能器8和油箱7通过管路相连，所述发电机9与液压马达10连接。

具体地，所述发电机9采用飞轮式永磁交流发电机，所述液压马达10采用摆线式液压马达。

具体地，所述液压马达10的连接管路上设有调速阀和电磁阀，用于调整液压马达10的转速。

具体地，所述储能器8的一侧设有压力表11，用于显示储能器8内的压力。

具体地，所述储能器8的下方设有手动泄压阀和安全阀。

实施例

如图1所示，一种楼梯式人体重力发电装置，包括台阶面1、复位弹簧3、液压缸2、支撑柱6、限位块4、底座5、电磁阀、单向阀、安全阀、手动泄压阀、调速阀、储能器8、压力表11、控制器、液压马达10、发电机9、油箱7等。其中，台阶面1、液压缸2、复位弹簧3组成了能量转换系统，即换能器部分。液压缸2内的液压油通过人体重力作用直接进入储能器8储存，故应采用单作用方式的活塞式液压缸。为了可以充分利用储能器内部容积来进行储能，从而也起到降低储能器成本的目的，可以选择容量为100L的储能器外加一个储能罐进行组合。在该装置中选择的发电机9因考虑到安装空间的大小、维修难易程度、寿命长短、价格高低等因素的影响，故可选择YF250系列的飞轮式永磁交流发电机。在楼梯式人体重力发电装置中，液压马达10属于执行元件，为了保证其具有足够的转速范围和一定的最低稳定转速，并能使其在高压油液下稳定工作，所以需要液压马达10在启动时应具有一定的封闭性。在楼梯式人体重力发电装置中，需要占用空间小、传动效率高的液压马达，在这里可选择摆线式液压马达

该装置包括两种工作模式：能量回收储存模式和放能发电模式，分别如图2和图3所示。两种模式在特定的状态下通过控制器12可以做到自由切换。

当电磁阀1、电磁阀2处于开启状态，电磁阀3处于闭合状态时，该装置处于能量回收储存模式下，如图2所示，在该模式下装置的工作原理是：每个台阶面下有一个液压缸，当行人踏上台阶面时，会使台阶面发生向下的位移，在人体重力的作用下，台阶面下的液压缸活塞会下移，迫使缸内油液通过单向阀1、单向阀2和油管流入储能器中进行能量的回收；在液压缸活塞杆下移的同时，复位弹簧受到挤压，会有部分重力势能被转换为弹性势能，当人体离开台阶面时，由于弹性势能得不到外界压力的平衡，复位弹簧会使台阶面上移进行复位，在发生复位的过程中，液压缸活塞杆会发生向上的位移，从而通过单向阀3和油管在油箱内吸油，当台阶面复位过程完成，吸油过程也随之完成，这时，一次完整的储能过程完成。如此重复循环，人体多次经过楼梯，储能器中油压就会不断升高。

当电磁阀1、电磁阀2处于闭合状态，电磁阀3处于开启状态，该装置处于放能发电模式下，如图3所示。在这种模式下装置的工作原理是：装置处在能量回收储存模式下对储能器进行储能，当储能器内的压力值达到某一个设定的值时，压力表将数据传递给控制器，控制器控制电磁阀1、电磁阀2进行闭合，电磁阀3开启，这时，储能器中的液压油通过电磁阀3和调速阀流入液压马达，使液压马达进行旋转，从而带动发电机发电。当储能器内液压油压力值下降，低于某一个设定的值时，控制器会控制电磁阀1、电磁阀2开启，电磁阀3闭合，装置再次进入能量回收储存模式进行储能。在这种模式下装置的工作原理是：装置处在能量回收储存模式下对储能器进行储能，当储能器内的压力值达到某一个设定的值时，压力表将数据传递给控制器，控制器控制电磁阀1、2进行闭合，电磁阀3开启，这时，储能器中的液压油通过电磁阀3和调速阀流入液压马达，使液压马达进行旋转，从而带动发电机发电。当储能器内液压油压力值下降，低于某一个设定的值时，控制器会控制电磁阀1、电磁阀2开启，电磁阀3闭合，装置再次进入能量回收储存模式进行储能。

当人体踏上台阶面时，在重力作用下对台阶面产生向下的作用力，这个作用力同时传递给复位弹簧和液压缸活塞杆，迫使缸内油液向储能器流动，并将一部分作用力转化为复位弹簧的弹性势能，当人体离开台阶面时，弹簧复位，对台阶面产生向上的作用力，在发生此过程的同时，在人体、台阶面、复位弹簧、液压缸组成的系统中存在以下力的作用：人体重力mg、复位弹簧弹力kx、油液压力F和液压缸活塞与缸内壁的阻力f，力的示意图如图4所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：包括能量回收储存装置、放能发电装置以及控制器(12)，所述能量回收储存装置用于将人体与楼梯产生的位移所产生的能量经过液压式能量转化装置进行回收储存；所述放能发电装置用于将回收储存的能量通过发电机进行发电；所述控制器(12)用于控制楼梯式人体重力发电装置的工作模式切换。

2.根据权利要求1所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述能量回收储存装置包括若干个台阶面能量回收设备，每个台阶面能量回收设备通过电磁阀和单向阀分别与油箱(7)和储能器(8)相连；每个台阶面能量回收设备包括台阶面(1)、液压缸(2)、复位弹簧(3)、限位块(4)、底座(5)、支撑柱(6)，所述液压缸(2)位于台阶面(1)的正下方，液压缸(2)的顶部活塞与台阶面(1)相连，底部固定在底座(5)上；所述限位块(4)位于支撑柱(6)的下方，所述复位弹簧(3)包裹住限位块(4)和支撑柱(6)，复位弹簧(3)的上下两端分别与台阶面(1)和底座(5)固定连接；所述液压缸(2)内的液压油通过人体重力作用直接进入储能器(8)储存。

3.根据权利要求2所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述液压缸(2)采用单作用方式的活塞式液压缸；所述储能器(8)采用储能罐。

4.根据权利要求2所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述放能发电装置包括发电机(9)和液压马达(10)，所述液压马达(10)分别与液压缸(2)、储能器(8)和油箱(7)通过管路相连，所述发电机(9)与液压马达(10)连接。

5.根据权利要求4所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述发电机(9)采用飞轮式永磁交流发电机，所述液压马达(10)采用摆线式液压马达。

6.根据权利要求4所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述液压马达(10)的连接管路上设有调速阀和电磁阀，用于调整液压马达(10)的转速。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述储能器(8)的一侧设有压力表(11)，用于显示储能器(8)内的压力。

8.根据权利要求7所述的一种楼梯式人体重力发电装置，其特征在于：所述储能器(8)的下方设有手动泄压阀和安全阀。

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