TWI593882B

TWI593882B - 發電裝置

Info

Publication number: TWI593882B
Application number: TW102135961A
Authority: TW
Inventors: 林哲瑋; 陳和成
Original assignee: 林哲瑋; 陳和成
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-08-01
Also published as: US9498017B2; US20150097374A1; TW201514377A

Description

發電裝置

本發明關於發電裝置，且具體而言，係有關將動能轉為電能的發電裝置。

發電裝置係將能量轉為電能的媒介，其能量來源可能為風力、水力、火力等自然力，經由發電裝置轉換為電能。另外亦有非利用自然力的發電裝置，例如手搖發電裝置，經由人力產生電能，然而其缺點為需要用手搖充電較為不方便，且發電量不足。

另一種人力發電裝置例如為發電鞋。然而現有的發電鞋具有以下缺點：(1)發電量不足一現有技術為壓電技術，其產生的電量過小；(2)難以量產一電路結構或機構過於複雜，成本過高；(3)舒適度不足一因充電裝置的加入，影響原本足部空間。

人力發電裝置一般可用於手機/行動裝置之充電。因手機/行動裝置之耗電量過大，容易耗盡電力，且攜帶儲存能量裝置或尋找插座接不方便。

本發明的實施例可提供一種發電裝置，包含一第一樞軸臂，具有一長柄部沿一預定方向延伸，以及一齒條沿所述預定方向排列，所述長柄部具有一槽孔位於所述齒條與所述長柄部之一端部之間；一第二樞軸臂，具有一第一端部與所述長柄部之所述端部經由一第一樞軸相接；以及一第三樞軸臂，具有一第一端部與所述第二樞軸臂之一第二端部經由一第二樞軸相接，以及一第二端部與所述長柄部之所述槽孔經由一第三樞軸相接，其中所述第二樞軸臂經配置以因應於一第一方向之力，使所述第一樞軸臂相對於所述第三樞軸在所述槽孔所界定之長度範圍內，沿所述預定方向延伸。

本發明的實施例中，其中所述第一樞軸臂包含一平板部連接所述齒條及一側面，且所述第一樞軸臂配置為配合一滑軌。

本發明的實施例中，其中所述平板部的寬度大於所述滑軌之軌距。

本發明的實施例中，其中所述齒條嚙合至少兩個發電齒輪。

本發明的實施例中，其中所述槽孔之大小允許所述第三樞軸作一維線性移動。

本發明的實施例中，其中所述第三樞軸臂具有一彎曲部用以避免與所述第一樞軸接觸。

本發明的實施例中，其中所述第三樞軸之一端部固定於一外殼。

本發明的實施例中，其中所述第一樞軸臂包含至少兩齒條。

本發明的實施例可提供一種發電鞋裝置包含一發電裝置，包含：一底蓋具有一滑軌；一發電裝置包含：一第一樞軸臂，具有一長柄部沿一預定方向延伸，以及一齒條沿所述預定方向排列，所述長柄部具有一槽孔位於所述齒條與所述長柄部之一端部之間；一第二樞軸臂，具有一第一端部與所述長柄部之所述端部經由一第一樞軸相接；以及一第三樞軸臂，具有一第一端部與所述第二樞軸臂之一第二端部經由一第二樞軸相接，以及一第二端部與所述長柄部之所述槽孔經由一第三樞軸相接，其中所述第二樞軸臂經配置以因應於一第一方向之力，使所述第一樞軸臂相對於所述第三樞軸在所述槽孔所界定之長度範圍內，沿所述預定方向延伸；一彈簧；以及一上蓋連接所述第二樞軸，其中所述彈簧作為恢復所述上蓋至一第一位置。

本發明的實施例中，其中所述第一樞軸臂包含一平板部連接所述齒條及一側面，且所述第一樞軸臂配置為配合所述滑軌。

本發明的實施例中，其中所述齒條嚙合至少兩個發電齒輪。

本發明的實施例中，其中所述第三樞軸之一端部固定於所述底蓋。

本發明的實施例中，其中所述第一樞軸臂包含至少兩齒條。

本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多元件可以不同之結構實施或以其它相同功能的結構予以取代，或者採用上述二種方式之組合。

此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的裝置、元件或結構。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示裝置、元件或結構，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋此類裝置、元件或結構。

9‧‧‧傳動機構

10‧‧‧第一樞軸臂

11‧‧‧第二樞軸臂

12‧‧‧第三樞軸臂

13‧‧‧第三樞軸

14‧‧‧第一樞軸

15‧‧‧第二樞軸

30‧‧‧齒輪

31‧‧‧齒輪

32‧‧‧齒輪

34‧‧‧齒輪

35‧‧‧齒輪

41‧‧‧滑軌

50‧‧‧彈簧

60‧‧‧底蓋

62‧‧‧凸起部

64‧‧‧樞軸

65‧‧‧孔洞

67‧‧‧第一上蓋

68‧‧‧第二上蓋

72‧‧‧發電模組

73‧‧‧電源輸入/輸出模組

74‧‧‧開關

75‧‧‧外部接連埠

76‧‧‧負載模組

78‧‧‧電池連接埠

79‧‧‧電池

100‧‧‧發電裝置

101‧‧‧齒條

102‧‧‧槽孔

103‧‧‧側邊

105‧‧‧平板部

106‧‧‧長柄部

121‧‧‧彎曲部

301‧‧‧齒輪組

304‧‧‧軸心

315‧‧‧軸心

326‧‧‧軸心

601‧‧‧上蓋群組

當併同各隨附圖式而閱覽時，即可更佳瞭解本揭露之前揭摘要以及上文詳細說明。為達本揭露之說明目的，各圖式裏圖繪有現屬較佳之各具體實施例。然應瞭解本揭露並不限於所繪之精確排置方式及設備裝置。

圖1顯示根據本揭露之一實施例之發電裝置之分解圖；圖2顯示根據本揭露之一實施例之發電裝置之上視圖；圖3A-3C顯示根據本揭露之一實施例之傳動機構之示意圖；圖4顯示根據本揭露之一實施例之齒輪配置之示意圖；圖5A-5B顯示根據本揭露之一實施例之裝置操作之示意圖；以及圖6顯示根據本揭露之一實施例之外接模組之示意圖。

圖1顯示根據本揭露之一實施例之發電裝置100之分解圖。參照圖1所示，發電裝置100具有將動能轉為電能之功能，可廣泛利用於人力能直接接觸或間接傳動之裝置上，將人力產生之動能轉為電能。本揭露之發電裝置100可結合在各種將動能轉為電能之裝置上實施，例如腳踏板、踏墊、地板、地磚或其他構造。一些實施例為利用於鞋跟或與鞋子本體結合之發電裝置，然而其利用不僅限於此。

發電裝置100主要包含一傳動機構9、齒輪組301、上蓋群組601以及底蓋60。傳動機構9由多個樞軸臂所組成，作為傳動外力的媒介。傳動機構9可將第一方向的作用力轉換為第二方向的作用力，例如將大致上垂直於地面的作用力轉換為大致上平行於地面的作用力。

齒輪組301為多個齒輪嚙合，將來自傳動機構9的動量轉變為角動量，並將角動量轉化為電能。

上蓋群組601可與底蓋60密合，用以保護發電裝置100內部。當外力於第一方向施加於發電裝置100上時，下壓上蓋群組601以推動傳動機構9。傳動機構9將第一方向的作用力轉換為第二方向的作用力，並透過齒輪組301，將作用力轉化為電能。

底蓋60可容納傳動機構9、齒輪組301。其形狀搭配鞋體大小，可置於鞋底或鞋跟，但不限於此。底蓋60、上蓋群組601的材料選自輕盈堅固，且能與鞋體製程相容者，例如塑膠、硬橡膠等等。

上蓋群組601包含一第一上蓋67、一第二上蓋68。第一上蓋67覆蓋並固定於底蓋60上方，其固定方式例如但不限定於以螺絲穿過底蓋60的孔洞來達成。第一上蓋67與底蓋60密合使得能保護內部元件。在第一上蓋67另包含一阻肋條69用以防止傳動機構9在第一方向上移動，並使傳動機構9於第二方向上移動。

第二上蓋68以樞軸方式固定在底蓋60的側邊，例如以一樞軸64固定第二上蓋68使第二上蓋68可相對於第一上蓋67作樞軸旋轉，但不限於此。在一實施例中，第二上蓋68在一第一位置與一第二位置之間作樞軸旋轉。第二上蓋68之第一位置與第一上蓋67夾一角度，大約呈100至170度，而第二上蓋68之第二位置則與第一上蓋67大約呈180度，但不限於此。當一第一方向的作用力施加於第二上蓋68時，第二上蓋68從第一位置樞軸旋轉到第二位置。第二上蓋68從第一位置位移到第二位置時，相對於第一上蓋67產生一力矩並作用在傳動機構9。傳動機構9因應於第一方向的作用力，將該作用力轉化為一第二方向的作用力。

齒輪組301包含齒輪30、31、32、34及35。齒輪30、31為具有發電功能的齒輪，其配置不限於兩個。惟至少兩個以上時可增加發電量。用於發電的齒輪之構造為習知，外部動能使軸心轉動，內部線圈感受磁力變化而產生感應電動勢，進而產生電能。齒輪30、31之旋轉，僅一旋轉方向能發電或兩旋轉方向皆能發電。在一些實施例中，齒輪30、齒輪31皆為逆時針方向帶動之齒輪，順時針方向轉動時僅能使齒輪依慣性轉動或靜止。

齒輪32同時嚙合齒輪30、齒輪31。藉由齒輪34、齒輪35，傳動機構9的第二方向作用力間接傳動齒輪30、31。齒輪30、31將第二方向作用力轉化為角動量，進而產生電能。

發電裝置100進一步包含一彈簧50。彈簧50套入底蓋60的一凸起部62。彈簧50的主要功能為回復第二上蓋68為第一位置，如此能允許發電裝置100反覆的操作。

圖2顯示根據本揭露之一實施例之發電裝置100之上視圖。如圖2所示，傳動機構9包含一第一樞軸臂10、一第二樞軸臂11、一第三樞軸臂12。第一樞軸臂10具有一側邊103、平板部105、長柄部106。平板部105分別連接側邊103與長柄部106。平板部105的寬度必須配合(大於)一滑軌41的軌距，使得第一樞軸臂10在滑軌41上滑行時，僅於預定方向上前後移動。長柄部106在該預定方向上延伸超過平板部105之長度，並與第二樞軸臂11樞接。又長柄部106相對應於側邊103而與齒輪組301相鄰接處設有齒條101。在一些實施例中，齒條101、側邊103、平板部105、長柄部106所組成之第一樞軸臂10為一體成形物件。

齒條101能嚙合齒輪35並間接轉動齒輪30、31。藉由齒條101，第二方向的作用力能傳遞到齒輪30、31上。詳言之，第一方向的作用力藉由傳動機構9將動能傳遞至用於發電的齒輪30、31上，進而使動能轉換為電能。經由人力踩踏發電裝置100，反覆施加身體體重下壓的動能，產生大量電能。

側邊103面向底蓋60之內側壁，並且與內側壁平行。側邊103之相對面為齒條101。傳動機構9的配置不限於本實施例，可配置於底蓋60之左側或右側。故側邊103的配置皆面向內側壁，而齒條101皆面向發電裝置100中心用以嚙合齒輪組301。在一些實施例中，係將第一樞軸臂10之兩側面皆配置為鋸齒面，以增加動力傳導。

第二樞軸臂11為長扁狀或長條狀，且其兩端部各具有一設置樞軸的孔洞。第二樞軸臂11以一第一樞軸14與第一樞軸臂10之長柄部106樞接，且以一第二樞軸15與第三樞軸臂12樞接。又，第二樞軸15之一端部固定於第二上蓋68下方，使得傳動機構9連接第二上蓋68，用以推動傳動機構9。

第三樞軸臂12包含一彎曲部121。彎曲部121的兩拐角之角度為90度，或是大於90度。該彎曲部121使得第三樞軸臂12在作動時，不會碰觸或干擾第一樞軸臂10與第一樞軸14。彎曲部121使得第一樞軸14與第三樞軸臂12相隔一空間，以使第三樞軸臂12遠離第一樞軸14。彎曲部121提供相連樞軸臂的作動空間，並且能將傳動機構9的佔據體積縮小，以容納其他物件。

第三樞軸臂12之另一端部以一第三樞軸13與第一樞軸臂10之長柄部106相接。第三樞軸13的長度較第一樞軸14、第二樞軸15長。第三樞軸13貫穿第三樞軸臂12之一端部以及第一樞軸臂10，且第三樞軸臂12之一端部固定在底蓋60之內側邊之孔洞65上。

上述樞軸臂、樞軸之材料選定適合機械忍耐度較高之材料，能允許長時間外力擠壓作動而不變形，例如：鋼鐵、不鏽鋼、聚合物、合金、混合材料、硬塑膠。其鋼鐵製造方法為習知技術可完成，本案特殊曲度、鋸齒皆可由鍛造、切削而成。一些實施例之樞軸可為螺絲釘穿過樞軸孔洞後，再以螺帽鎖上，以此將兩樞軸臂固定於同一樞軸上，允許兩樞軸臂相對於樞軸而旋轉掃動，樞軸方法不限於上述手段。

底蓋60具有一滑軌41，用來導引第一樞軸臂10，使得第一樞軸臂10僅於預定方向上前後移動。藉由第三樞軸13限制第一樞軸臂10的滑動，加上滑軌41導引第一樞軸臂10，使得整個傳動機構9能緊貼於底蓋60滑行。

底蓋60具有樞軸64。第二上蓋68之兩個角落分別由樞軸64及第三樞軸13固定。第二上蓋68下方有彈簧50，用以回復第二上蓋68為第一位置。第一方向作用力下壓第二上蓋68時，藉由第二上蓋68連接第二樞軸15，將推動傳動機構9。未施力時，藉由彈簧50將第二上蓋68回復為第一位置。故彈簧50搭配第二上蓋68允許外力反覆對發電裝置100施力。

圖3A-3C顯示根據本揭露之一實施例之傳動機構9之示意圖。如圖3A所示，第一樞軸臂10包含一槽孔102。槽孔102為一長橢圓形，其大小允許第三樞軸13貫穿，並能於槽孔102內部作預定方向上之一維度線性滑行。第三樞軸13貫穿槽孔102，且第三樞軸13之一端部固定於底蓋60之內側壁上。藉由槽孔102可確保第一樞軸臂10之位移沿一第二方向，例如平行於底蓋60之平面切線方向。

未施加作用力下，第一樞軸臂10、第二樞軸臂11、第三樞軸臂12界定出一三角形。此時第三樞軸13位於槽孔102內第一位置。

圖3B為傳動機構9受第一方向作用力後的傳動方式。因應於第一方向之作用力，傳動機構9由圖3A轉變為圖3B。當第二樞軸15受第一方向作用力下壓，第三樞軸臂12以第三樞軸13為支點，產生力矩用以推動第二樞軸臂11。第二樞軸臂11以第一樞軸14為支點作旋轉，產生力矩推動第一樞軸臂10。因此，第一樞軸臂10產生第二方向作用力。此時第一樞軸臂10、第二樞軸臂11、第三樞軸臂12呈一直線。第三樞軸13移動到槽孔102內第二位置。如此，傳動機構9能將第一方向作用力轉變為第二方向作用力。

在外力作動過程中，第三樞軸13為不動樞軸。因第三樞軸13之一端部固定於底蓋60之內側面上，故在作動過程中並不會移動。反之，在作動過程中，第一樞軸14、第二樞軸15會相對應於第三樞軸13改變位置，具有位移。例如第二樞軸15，因第一方向作用力使第二樞軸15向底蓋60之底面移動。而第一樞軸14之位移方向與第一樞軸臂10之滑動方向相同。

圖3C為傳動機構9之另一視圖。平板部105分別連接齒條101及側邊103而形成例如一H形狀結構。彎曲部121提供第一樞軸14與第三樞軸臂12之相隔空間。

圖4顯示根據本揭露之一實施例之齒輪配置之示意圖。第一樞軸臂10之齒條101與齒輪35嚙合。齒輪35則嚙合齒輪34，而齒輪34嚙合齒輪32之軸心326，且齒輪32同時嚙合齒輪30之軸心304及齒輪31之軸心315。當第一樞軸臂10產生第二方向作用力時，將帶動齒輪的轉動，而將動能傳遞到用於發電的齒輪上，使得動能轉化為電能。

圖5A-5B顯示根據本揭露之一實施例之發電裝置100操作之示意圖。如圖5A及右下圖箭頭所示，當第一方向作用力下壓第二上蓋68，第二上蓋68由第一位置作樞軸旋轉至第二位置。因第二上蓋68下方連接第二樞軸15之一端部，使得第一方向作用力推動傳動機構9。傳動機構9由三角形狀態轉變為一直線的狀態。第一樞軸臂10產生第二方向作用力如左下箭頭所示。使得齒輪32為順時針方向旋轉，帶動齒輪30、齒輪31作逆時針轉動，進行發電。在本實施例中，所使用之用於發電的齒輪僅能於軸心逆時針旋轉時，使齒輪發電。反之，若軸心順時針旋轉，將無法發電。但一些實施例不限於此，可將齒輪配置為順、逆時針皆可發電。

如圖5B所示，當第一方向作用力遠離或未施加，例如足部抬起時。其示意圖如右上角之箭頭往上。第二上蓋68由第二位置作樞軸旋轉回第一位置。因第二上蓋68下具有彈簧50，將第二上蓋68上推到第一位置。傳動機構9由一直線的狀態轉變為三角形狀態。第二樞軸15反第一方向上抬，如右下箭頭所示，反第二方向上回拉第一樞軸臂10。第一樞軸臂10之方向如左下箭頭所示。此時齒輪32為逆時針方向旋轉，無法帶動齒輪30、齒輪31。圓盤持續進行慣性轉動。

圖6顯示根據本揭露之一實施例之外接模組之示意圖。一發電模組72，例如發電裝置100，產生電力。發電模組72將電力傳輸到一電源輸入/輸出模組73，其作用為接收電力後，將電力分配到下一級模組或電路。電源輸入/輸出模組73一輸出端為一開關74用以開啟或關閉電源。開關74連接到一外部接連埠75作為一連接口連接負載。外部連接埠75連接一負載模組76。負載模組76可為鞋底發熱裝置、LED燈、警示燈等裝置。電源輸入/輸出模組73另一輸出端連接到電池連接埠78，用以外接電池之連接口。電池連接埠78連接到一電池79，用以儲存電能。但一些實施例不限於此，可將各種模組靈活搭配。

利用體重及步行反覆踩踏發電裝置100，不僅能以省力方式發電，亦能提供更大發電量。傳動機構9佔據體積小，能節省空間，配置在其他發電裝置上。