專利名稱：一種捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，具體涉及收集外界機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)防的現(xiàn)代化，士兵在野外作業(yè)都需要隨身攜帶一系列電子設(shè)備，例如GPS、通信設(shè)備等，這些設(shè)備的能源供給主要來(lái)自電池。雖然電池技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但電池的電容量仍然限制著這些電子設(shè)備的使用。另一方面，老化問(wèn)題最終導(dǎo)致電池被拋棄，這也引起了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，尋找一種可替代電池的能源，以供給士兵野外作戰(zhàn)所需的隨身電子設(shè)備是必要和有意義的。目前還沒(méi)有捕獲外界或者人體動(dòng)能并作為隨身電子設(shè)備的供電電源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代化的都市擁有越來(lái)越多的高樓大廈，同時(shí)由于電梯的普及，這些高樓大廈也普遍安裝電梯供人們使用。另一方面，由于消防的要求，所有建筑物必須有消防樓梯，同時(shí)配備照明、應(yīng)急照明等設(shè)備。由于一般情況下人們不會(huì)使用消防樓梯，因此，上述這些照明設(shè)備出于空置狀態(tài)，但又必須配置且需要經(jīng)常維護(hù)，這是一筆很大的開(kāi)支?？紤]到人們?cè)趹?yīng)急狀況下才會(huì)使用消防樓梯，而往往在這種情況下，外部的電源是中斷的，例如火災(zāi)的情況，又如911事件中的帝國(guó)大廈，在緊急情況下依賴外部電源成為一種負(fù)擔(dān)?？紤]上述的問(wèn)題，有必要尋求一種可以不依賴外部電源、同時(shí)可以在應(yīng)急情況下進(jìn)行照明的方法，同時(shí)減少必要的設(shè)備支出的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置及其方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄、能夠高效地捕獲來(lái)自外部的壓力動(dòng)能，并將其轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行利用，節(jié)能環(huán)保，成本低廉。本發(fā)明的裝置采用如下技術(shù)方案一種捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，包括發(fā)電機(jī)，還包括相連接的運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)捕獲豎直方向的機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為水平方向的直線運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸給發(fā)電機(jī)。所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)包括上板、上排滑塊、上板復(fù)位機(jī)構(gòu)、下板、下排滑塊及下板復(fù)位機(jī)構(gòu)；上排滑塊裝配在上板的直線槽中，下排滑塊裝配在下板的直線槽中，上排滑塊與下排滑塊處于同一豎直平面內(nèi)；上板復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在水平方向上且連接在下排滑塊與下板之間。所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括與所述上排滑塊連接的齒條，以及與齒條相嚙合連接的加速齒輪組，加速齒輪組將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸給發(fā)電機(jī)。所述上板復(fù)位機(jī)構(gòu)為上板復(fù)位彈簧。所述下板復(fù)位機(jī)構(gòu)為下板復(fù)位彈簧。所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在下板的直線槽的一端的限位塊。
所述上排滑塊為上排梯形滑塊，下排滑塊為下排梯形滑塊。本發(fā)明的方法采用如下技術(shù)方案基于上述裝置的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的方法，包括以下步驟(I)上板在外部壓力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，上板滑塊擠壓下板滑塊，使上板滑塊及下板滑塊沿直線槽運(yùn)動(dòng)，將豎直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為下板滑塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)；(2)通過(guò)上板復(fù)位機(jī)構(gòu)使上板滑塊在外部壓力釋放之后復(fù)位，通過(guò)下板復(fù)位機(jī)構(gòu)使下板滑塊在外部壓力釋放之后復(fù)位；(3)下板滑塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條傳遞給加速齒輪組，從而將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；(4)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給發(fā)電機(jī)，從而將壓力機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 本發(fā)明的原理如下通過(guò)上下兩排梯形滑塊來(lái)捕獲豎直方向的壓力機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為水平方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上面一排的梯形滑塊裝配在上板并僅可以沿著一個(gè)直線槽滑動(dòng)，而下面一排的梯形滑塊則限制在一個(gè)直線槽中從而可以沿著直線槽滑動(dòng)，外部壓力驅(qū)動(dòng)推壓上板，上板向下運(yùn)動(dòng)通過(guò)梯形滑塊擠壓下板梯形滑塊，推動(dòng)滑塊沿著直線槽滑動(dòng)，從而將豎直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水平方向的運(yùn)動(dòng)。上板安裝有復(fù)位彈簧，在外部的壓力釋放之后可以復(fù)位；而下排梯形滑塊也安裝有水平的復(fù)位彈簧，在上排梯形滑塊的擠壓力消除后，得到復(fù)位。下排梯形滑塊的側(cè)面固定有齒條，當(dāng)下排滑動(dòng)沿著直線槽運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，齒條的直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)與其相嚙合的加速齒輪組，從而將低速的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚俚男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最終傳遞給與之匹配的發(fā)電機(jī)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 ’產(chǎn)生的電能通過(guò)整流調(diào)壓電路調(diào)整到合適電壓的直流電并存儲(chǔ)在蓄能裝置中。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明收集外界的壓力動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能，能夠以簡(jiǎn)單的、容易制造的結(jié)構(gòu)捕獲外界的壓力動(dòng)能進(jìn)行利用，擴(kuò)展了可利用能量的來(lái)源。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、厚度小的特點(diǎn)。2、上下兩排的梯形滑塊采用聚四氟乙烯材料機(jī)械制造，其滑動(dòng)摩擦小，可極大程度上減少滑動(dòng)摩擦。


圖I是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不限于此。實(shí)施例本發(fā)明捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，主要包括捕獲豎直方向的機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為水平方向的直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)、將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)放大的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)和整流調(diào)壓電路等。參見(jiàn)圖1，運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)包括安裝在上板4直線槽中做直線運(yùn)動(dòng)的上排梯形滑塊2，以及安裝在下板6的僅可以在直線槽中做直線運(yùn)動(dòng)的下排梯形滑塊I。上排滑塊與下排滑塊處于同一豎直平面內(nèi)；上板復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在水平方向上且連接在下排滑塊與下板之間。上板在外部壓力及上板復(fù)位機(jī)構(gòu)的作用下做上下雙向運(yùn)動(dòng)；在上板的上下雙向運(yùn)動(dòng)及下板復(fù)位機(jī)構(gòu)的作用下，上排滑塊擠壓下排滑塊使上排滑塊及下排滑塊沿直線槽做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在外部壓力的驅(qū)動(dòng)下，上板4向下運(yùn)動(dòng)并通過(guò)上排梯形滑塊2擠壓下板6的下排梯形滑塊1，推動(dòng)下排梯形滑塊I沿著下板6的直線槽滑動(dòng)，從而將豎直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水平方向的運(yùn)動(dòng)。下板6直線槽的最右側(cè)有限位塊10，限制了上排梯形滑塊和下排梯形滑塊只能向右運(yùn)動(dòng)至限位塊10的位置。上板4在豎直方向上安裝有復(fù)位彈簧5，在外部壓力釋放之后上板4復(fù)位，上排梯形滑塊向上運(yùn)動(dòng)；下排梯形滑塊在左側(cè)安裝有水平的復(fù)位彈簧3，在上排梯形滑塊的擠壓力消除后，下排梯形滑塊由于原先擠壓力已釋放并且在水平復(fù)位彈簧的作用下在水平方向復(fù)位，從而實(shí)現(xiàn)了豎直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水平方向的運(yùn)動(dòng)。上排梯形滑塊和下排梯形滑塊均采用聚四氟乙烯材料機(jī)械制造，其滑動(dòng)摩擦小， 可極大程度上減少滑動(dòng)摩擦。聚四氟乙烯材料堅(jiān)硬，廉價(jià)且容易獲得，并可以根據(jù)所需形狀進(jìn)行加工。如圖I所示，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括相嚙合連接的齒條7與加速齒輪組8。下排梯形滑塊I與齒條7連接，當(dāng)下排梯形滑塊I沿著下板6的直線槽運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)齒條7直線運(yùn)動(dòng)，齒條7的直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)與其相嚙合的加速齒輪組8，從而將低速的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚俚男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最終傳遞給與加速齒輪組8匹配的發(fā)電機(jī)9，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；產(chǎn)生的電能通過(guò)整流調(diào)壓電路調(diào)整到合適電壓的直流電并存儲(chǔ)在蓄能裝置中。上述裝置用于捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能的方法，其特征在于包括以下步驟( I)上板在外部壓力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，上板滑塊擠壓下板滑塊，使上板滑塊及下板滑塊沿直線槽運(yùn)動(dòng)，將豎直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為下板滑塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)；(2)通過(guò)上板復(fù)位機(jī)構(gòu)使上板滑塊在外部壓力釋放之后復(fù)位，通過(guò)下板復(fù)位機(jī)構(gòu)使下板滑塊在外部壓力釋放之后復(fù)位；(3)下板梯形滑塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條傳遞給加速齒輪組，從而將低速的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；(4)高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給發(fā)電機(jī)，從而將壓力機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并通過(guò)整流調(diào)壓電路對(duì)電能進(jìn)行調(diào)整后存儲(chǔ)在蓄能裝置。根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，包括發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括相連接的運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)捕獲豎直方向的機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為水平方向的直線運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸給發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)包括上板、上排滑塊、上板復(fù)位機(jī)構(gòu)、下板、下排滑塊及下板復(fù)位機(jī)構(gòu)；上排滑塊裝配在上板的直線槽中，下排滑塊裝配在下板的直線槽中，上排滑塊與下排滑塊處于同一豎直平面內(nèi)；上板復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置在水平方向上且連接在下排滑塊與下板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括與所述上排滑塊連接的齒條，以及與齒條相嚙合連接的加速齒輪組，加速齒輪組將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸給發(fā)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述上板復(fù)位機(jī)構(gòu)為上板復(fù)位彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述下板復(fù)位機(jī)構(gòu)為下板復(fù)位彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在下板的直線槽的一端的限位塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述上排滑塊和下排滑塊均采用聚四氟乙烯材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其特征在于，所述上排滑塊為上排梯形滑塊，下排滑塊為下排梯形滑塊。
9.基于權(quán)利要求3所述裝置的捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)上板在外部壓力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，上板滑塊擠壓下板滑塊，使上板滑塊及下板滑塊沿直線槽運(yùn)動(dòng)，將豎直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為下板滑塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)； (2)通過(guò)上板復(fù)位機(jī)構(gòu)使上板滑塊在外部壓力釋放之后復(fù)位，通過(guò)下板復(fù)位機(jī)構(gòu)使下板滑塊在外部壓力釋放之后復(fù)位； (3)下板滑塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條傳遞給加速齒輪組，從而將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； (4)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給發(fā)電機(jī)，從而將壓力機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
全文摘要
一種捕獲機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為電能的裝置及其方法，其裝置包括發(fā)電機(jī)，還包括相連接的運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；所述運(yùn)動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)捕獲豎直方向的機(jī)械動(dòng)能并轉(zhuǎn)換為水平方向的直線運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸給發(fā)電機(jī)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，厚度小，低摩擦；可高效捕獲環(huán)境中的機(jī)械動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行了利用，擴(kuò)大了可利用能量的來(lái)源。
文檔編號(hào)F03G7/00GK102797652SQ20121026090
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者謝龍漢, 蔡明京 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)