專利名稱：重力驅(qū)動的電力生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重力驅(qū)動的電力生成裝置，具體地說，涉及在不需要使用電力儲存裝置的情況下適于提供光的裝置。
背景技術(shù)：
從人類文明伊始，人們就期望在數(shù)小時的黑暗中獲得光亮。在史前以及歷史的大多數(shù)時期里，已經(jīng)通過燃燒適當?shù)娜剂蠈崿F(xiàn)了這一目的，最初使用手邊的任何能燃燒的材料得到火，隨后使用可燃的碳氫化合物燃料獲得火，例如在蠟燭和細燭的情形下使用的蠟狀物，或者是更近以來使用的各種油類?，F(xiàn)代發(fā)展的石油和天然氣工業(yè)使照明工具得到了發(fā)展，該照明工具以煤油、石蠟或者利用壓縮燃氣(通常而非限制性為丁烷)的罐體作為燃料。這種照明燃料消耗礦物燃料，因此危害環(huán)境并且最終不可持續(xù)發(fā)展。在19世紀，電燈泡的發(fā)展使夜間照明時間實現(xiàn)大幅增加，盡管安裝分配電力所必需的高壓輸電線路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以及通過燃燒礦物燃料進行發(fā)電或近年來通過水力進行發(fā)電的發(fā)電廠的投資均需要大量的資金費用。雖然在工業(yè)發(fā)達國家電力照明變得普遍存在， 而在農(nóng)村地區(qū)以及發(fā)展中國家電力照明從來不作為解決夜晚照明問題的方案。在20世紀，在利用電氣裝置產(chǎn)生光的效率以及電力儲存系統(tǒng)的發(fā)展方面取得了很大的進展，盡管電力儲存系統(tǒng)通常包括使用昂貴材料構(gòu)造的蓄電池，這些材料通常是有毒的并且進而導(dǎo)致棄置問題，尤其是在非可充電儲存裝置的情況下。20世紀，人們還看到了能夠?qū)⑻柟庵苯愚D(zhuǎn)換為電的裝置和材料的發(fā)展，該裝置和材料能夠在白天用太陽能電池板收集太陽光并產(chǎn)生電并且將該電饋送到儲存裝置，從而可以在夜晚將所儲存的電用于照明。然而，制造太陽能電池板所需的投資巨大，并且太陽能電池板容易損壞，除非采用充分的措施來進行保護。太陽能電池板還具有有限的使用壽命， 盡管近年來在效率上有所增加，但是根本不能產(chǎn)生那么多的電力。在過去，人們已經(jīng)做出嘗試以提供將作用在重物上的重力能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。美國文獻US-A-5905312描述了如下一種重力驅(qū)動的電力生成系統(tǒng)該電力產(chǎn)生系統(tǒng)通過將裝置上方的水箱中的水饋送到在豎直環(huán)道材料上所安裝的一系列小水箱中而提供能量。水箱中的水的重量使得該環(huán)道旋轉(zhuǎn)，并且該環(huán)道的緩慢旋轉(zhuǎn)經(jīng)由齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機的能量輸入軸的快速旋轉(zhuǎn)。這種裝置制造和維護復(fù)雜，并且不適合于在農(nóng)村地區(qū)生成用于照明的少量電力。發(fā)明人Clay Moulton在2008年2月提出了一種重力驅(qū)動的柱形發(fā)光裝置。該裝置披露了通過使質(zhì)量塊繞著旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)而慢速下降產(chǎn)生電力。由此釋放的能量被描述可為十個高輸出的LED供能，這些LED將光發(fā)射到丙烯酸有機玻璃透鏡上以產(chǎn)生散射光。該裝置被描述為需要翻轉(zhuǎn)沙漏狀機構(gòu)以便將可移動的重物從較低的位置移動到較高的位置，在此之后在重物緩慢地向下滑動的同時將LED燈點亮
發(fā)明內(nèi)容
我們通過仔細地設(shè)計現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以基于重力驅(qū)動的電力生成裝置生產(chǎn)照明裝置，該重力驅(qū)動的電力生成裝置可以具有簡單的構(gòu)造并且很適合于批量制造以便生產(chǎn)如下照明裝置該照明裝置能夠被易于配置在野外，并且能夠提供有效的照明量，同時非常易于維護和抵抗不利條件。根據(jù)本發(fā)明，提供一種重力驅(qū)動的電力生成裝置，該裝置包括支撐架；至少兩個高增速比齒輪，其串聯(lián)地安裝在所述支撐架中，其中，輸入到最上游齒輪的動力是由從所述齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)的點所懸掛的重物來提供，并且從最下游齒輪輸出的動力提供到發(fā)電機的軸，所述發(fā)電機的輸出足以為至少一個高亮度LED提供電力。所述電力生成裝置的特征在于，最后的高增速比齒輪的齒輪傳動比至少為25，并且驅(qū)動齒輪與所述發(fā)電機的軸之間的接觸是摩擦接觸。優(yōu)選地，設(shè)置兩個或三個增速齒輪，并且每個增速齒輪的齒輪傳動比大于25，優(yōu)選為大于30。優(yōu)選地，最上游齒輪為行星式齒輪構(gòu)造。優(yōu)選地，最上游齒輪具有轂盤，在轂盤上纏繞有用于懸掛重物的繩索。在轂盤與最上游驅(qū)動齒輪之間可以設(shè)置有自由輪機構(gòu)，其允許在提升重物時圍繞轂盤回卷繩索。優(yōu)選的自由輪機構(gòu)包括兩個彈簧棘爪，該兩個彈簧棘爪安裝在轂盤的內(nèi)側(cè)并且設(shè)計為與最上游齒輪上的圓形棘輪接合。作為選擇，繩索可以圍繞轂盤纏繞兩圈至四圈，并且在繩索上設(shè)置有平衡物(例如驅(qū)動重物的重量的二十分之一)，以便使繩索圍繞轂盤保持拉緊并且使轂盤能夠由驅(qū)動重物驅(qū)動。此機械結(jié)構(gòu)與用于在船或碼頭上驅(qū)動繩索的絞盤的結(jié)構(gòu)類似， 可是在那種特定情形下，驅(qū)動絞盤而繩索間歇地與例如重錨連接或者輔助船的停泊。在根據(jù)本發(fā)明的這種裝置中，除了在為了生成新一輪電力而短時間地提升重物以重置裝置時以外，最上游齒輪均受到驅(qū)動。如果最上游齒輪設(shè)置有自回卷機構(gòu)，則用戶僅需要將重物提升來重置裝置以便于生成下一輪電力。例如，繩索可以固定在最上游齒輪的一個端部上，并且將繩索纏繞在最上游齒輪上幾圈，然后，在繩索的自由端上具有用于與重物連接的裝置。通過構(gòu)建例如由棘爪、棘輪以及例如與回卷卷尺所使用的恒力彈簧類似的螺旋彈簧組成的回卷機構(gòu)，當主重物被提升時，最上游齒輪可以抵靠在棘輪上進行回卷。作為彈簧的替代，可以利用小的平衡物將繩索的中心處于主驅(qū)動重物的鉤與固定在齒輪上的平衡物之間來實現(xiàn)回卷。在另一個實施例中，懸掛機構(gòu)具有固定在其上的止擋塊，當重物接近其最低位置時，止擋塊到達殼體的與齒輪裝置接觸的一側(cè)。當止擋塊與殼體接觸時，則齒輪不再旋轉(zhuǎn)。通過將止擋塊向下拉，則重置機構(gòu)用于生成下一輪電力。在已將裝置用于產(chǎn)生光之后，為了在黑暗中輔助裝置進行回卷，該裝置可以裝載有一塊發(fā)光材料，該發(fā)光材料在燈進行照明時被充電并且當重物已落到地面或地板上、或者止擋塊已經(jīng)到達殼體時在短時間里繼續(xù)發(fā)出足夠的光，以使用戶能夠容易地確定裝置的位置并將重物提起(或者向下拉止擋塊)。在使用時，支撐架從諸如房梁或樹枝等與地板或地面相距合適距離的適當?shù)牟考蠎覓煜聛?，以提供連接于繩索的重物緩慢下降的適當?shù)臅r間段。在根據(jù)本發(fā)明裝置中所使用的發(fā)電機可以是專門制造的發(fā)電機，但是我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在市面上廣泛銷售的小型低壓電動機能夠容易地用作發(fā)電機，并且在使用標準高亮度 LED時能夠產(chǎn)生好效果。當然，LED的額定電壓應(yīng)該與發(fā)電機的輸出電壓匹配。
優(yōu)選地，發(fā)電機的驅(qū)動軸的直徑盡可能地小，以使最后的齒輪傳動比最大化。優(yōu)選地，在與該軸緊鄰并且與驅(qū)動該軸的齒輪相對的位置上安裝有一個或兩個擠壓輪，該擠壓輪輔助保持摩擦接觸以減少任何滑動趨勢，同時還減小發(fā)電機的輸入軸上的橫向力。發(fā)電機的驅(qū)動軸可以是簡單的具有恒定直徑的軸，但是也可以將軸做成錐形軸，從而通過使發(fā)電機沿著驅(qū)動軸的軸線方向移動，使驅(qū)動軸與摩擦地驅(qū)動該驅(qū)動軸的盤之間的齒輪傳動比產(chǎn)生變化。發(fā)電機的此種移動可以通過在裝置的殼體外部安裝轉(zhuǎn)動把手來實現(xiàn)，從而用戶能夠調(diào)節(jié)把手，直到特定重物輸出的光達到最亮。還可以通過與掛鉤相關(guān)的彈簧平衡機構(gòu)自動地實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)，從而基于重物的重量自動調(diào)節(jié)齒輪傳動比。最后的增速齒輪的驅(qū)動齒輪，即光滑齒輪的與發(fā)電機的驅(qū)動軸的外表面摩擦接合的外周形狀在從徑向剖面觀察時優(yōu)選地為圓形或半圓形。在用于照明時，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以具有與其連接的單個LED，或者具有可以并聯(lián)連接的多個LED，以提供所需擴展的照明區(qū)域。在裝置的形成殼體的部分上可以安裝有一個或更多的LED，以對裝置所處的區(qū)域提供照明。作為選擇，或者另外地，裝置可以具有與一段電線連接的一對端子，該電線的另一端安裝有LED。例如，如果裝置的用戶所需要的光源位置與裝置本身相比更接近地面或地板，例如為了讀書而使用光源時，則該設(shè)置具有特別的價值。裝置的詳細設(shè)計和構(gòu)造可以有所變動，但是優(yōu)選為保持簡單而易懂的設(shè)計和構(gòu)造，以保證實踐中的高穩(wěn)定性。具體地說，裝置可以構(gòu)造為如下的電力生成組件該電力生成組件具有用于將裝置懸掛在例如房梁或樹枝上的裝置，并且具有帶鉤的繩索，在該鉤上可以連接有例如充水的袋子或石頭的形式的重物。如果期望的話，裝置可以包括在解鎖之前防止多個齒輪旋轉(zhuǎn)的閂鎖機構(gòu)。如果期望除了重物從裝置所在的位置到達地板或地面的單個行程之外在更長的時間段里連續(xù)地產(chǎn)生電力，則該設(shè)置具有特別的價值。通過使用毗鄰安裝的一組裝置，并且通過在第一個裝置的重物接近地面時觸發(fā)第二個裝置上的待解鎖的閂鎖，可以在第一個裝置停止操作時開始使用第二個裝置(當然，直到通過提升重物使第一個裝置回卷)。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用簡單的設(shè)計，可以在IOkg的重物下落1. 8米的距離之中生成提供30分鐘照明的足夠電力。選擇此距離是因為該距離與將重物從地板提升到恰位于頭部高度上方的位置，即，恰位于可以懸掛裝置的房梁的下方的位置相對應(yīng)。同時，如上面所注意到的，本發(fā)明的裝置尤其適用于生成在例如長達30或更多分鐘的延長的時間段中驅(qū)動一個或幾個高亮度LED的電力，并且本發(fā)明的裝置還可以包括用于將最后的齒輪的增速齒輪傳動比例如大致從25減小到例如2至5的裝置。由于此減小設(shè)置實質(zhì)上減少了重物落下給定的距離所花費的時間，因此實質(zhì)上提高了在該時間段里所能得到的電力，從而使裝置能夠?qū)缫苿与娫?、可充電手電筒或閃光燈、以及紫外線凈水筆等由存儲電荷驅(qū)動的電子裝置進行再充電。可以通過任何適當?shù)膶嵤C構(gòu)在最后的齒輪傳動比中實施充電，例如，在高增速比齒輪的最后的驅(qū)動齒輪上安裝帶齒的環(huán)，在發(fā)電機的輸入軸上安裝并且可旋轉(zhuǎn)地固定有嵌齒輪，并且設(shè)置用于使環(huán)與嵌齒輪臨時接合的嵌齒輪，以代替最后的增速齒輪的未達到那么高的增速齒輪傳動比為2至5。另外，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過如上所述地在裝置中使用2. 5的齒輪傳動比，我們能夠借助IOkg重物下落1. 8米的距離兩次僅僅用六分鐘對移動電話進行充電，足以提供三分鐘的通話時間或者三小時的待機。同樣地，1. 8米距離兩次下落可以向低功率UV滅菌裝置對^Oml的水進行消毒提供足夠的電力。


通過參考附圖的實例對本發(fā)明進行說明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的簡單分解圖，在該圖中，為了清晰而省略了某些部件，并且其他某些部件以截面的形式示出。圖2是沿著圖1所示的根據(jù)本發(fā)明組裝成的裝置的縱向截取的剖視圖。
具體實施例方式參照附圖，本發(fā)明裝置包括由兩個半殼體部分1、30形成的殼體，在該殼體內(nèi)設(shè)置有本發(fā)明裝置的主要部件。如圖1所示，半殼體部分1示出在左側(cè)。在半殼體部分1上安裝有短軸31 (如圖2所示)，在短軸31上可旋轉(zhuǎn)地安裝有驅(qū)動鼓2。鼓2的圍繞短軸31的轂盤由附圖標記3表示。驅(qū)動鼓2的外表面上具有模制在該外表面上的螺旋槽5，螺旋槽5 上纏繞有若干圈繩索4，繩索的懸垂部分6在使用中加載有例如IOkg的重物。轂盤3的外部承載有帶外部棘輪環(huán)8的環(huán)形部件7，外部棘輪環(huán)8與安裝在驅(qū)動鼓 2內(nèi)的兩個彈簧棘爪9配合。這使得當重物已落到地板上時可以將驅(qū)動鼓2回卷。在短軸31的遠離半殼體部分1的端部上安裝有安裝板50。安裝板50在短軸31 上安裝成使得安裝板50不能相對于短軸31或半殼體部分1移動。在安裝板50上經(jīng)由軸 52安裝有三個行星齒輪13，這三個行星齒輪13形成與太陽輪12 —起組合的行星式齒輪構(gòu)造的一部分。太陽輪12具有帶齒的轂14，該帶齒的轂14與行星齒輪13的外周面上的齒相嚙合。太陽輪12的外周面上具有齒，并且太陽輪12的外周面上的齒與中間齒輪16的帶齒的轂15相嚙合，該中間齒輪16具有光滑的圓形外周面。齒輪16的光滑的外表面與錐形的被驅(qū)動部件18接觸，該錐形的被驅(qū)動部件18安裝在小型電動機20的軸19上并且偏壓在中間齒輪16的輪緣上。當電動機20用作電動機時，軸19為電動機20的輸出軸。在本裝置中，由于軸19受到驅(qū)動，所以用作發(fā)電機。相應(yīng)地，電動機的正常的輸入端子作為發(fā)電機的輸出端子，并且這些輸出端子經(jīng)由適當?shù)碾娋€與安裝在半殼體部分30 中的高亮度LED 40連接，并且與輸出插座41連接，通過電導(dǎo)線連接輸出插座41可以進一步連接其它的LED。在半殼體部分1和30的頂部內(nèi)模制有相互接合的柱狀物43和凹槽44，柱狀物43 和凹槽44形成軸，在該軸上安裝有可轉(zhuǎn)動的鉤45，該鉤45能夠在需要使用本裝置時將本裝置掛起來?？梢砸匀缦路绞教峁┍狙b置完全組裝地提供本裝置，并且能夠被簡單地密封，需要從適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)上懸掛，并且對繩索6附加額外的重物以操作本裝置。例如，首先，用戶可以將裝置懸掛在房梁等適當?shù)念愃莆锷?，然后，在繩索6上固定重物。重物使驅(qū)動鼓2非常緩慢地旋轉(zhuǎn)，同時棘爪9使部件7隨著驅(qū)動鼓2旋轉(zhuǎn)。然后，該旋轉(zhuǎn)使得增速齒輪旋轉(zhuǎn)，并且因此使驅(qū)動軸19旋轉(zhuǎn)，然后，電動機/發(fā)電機20產(chǎn)生使LED 40發(fā)光的電力。當重物到達地面時，本裝置可以通過如圖所示地逆時針方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動鼓2進行重置，使得棘爪9從棘輪環(huán)8的齒上經(jīng)過。當重物下落時，可以利用驅(qū)動鼓2中的彈簧(未示出)或是通過拉拽纏繞在凹槽5上的繩索(未示出)實現(xiàn)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種重力驅(qū)動的電力生成裝置，包括 支撐架；至少兩個高增速比齒輪，其串聯(lián)地安裝在所述支撐架中，其中，輸入到最上游齒輪的動力由從所述最上游齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)的點所懸掛的重物來提供，并且從最下游齒輪輸出的動力提供到發(fā)電機的軸，并且所述電力生成裝置的特征在于，最后的高增速比齒輪的齒輪傳動比至少為25，并且驅(qū)動齒輪與所述發(fā)電機的軸之間的接觸是摩擦接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括齒輪傳動比大于25的兩個或三個增速齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中， 所述最上游齒輪為行星式齒輪構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其中，所述最上游齒輪具有轂盤，在所述轂盤上纏繞有用于懸掛重物的繩索。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，包括 自由輪機構(gòu)，其位于所述轂盤和最上游驅(qū)動齒輪之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述自由輪機構(gòu)包括兩個彈簧棘爪，所述兩個彈簧棘爪安裝在所述轂盤的內(nèi)側(cè)并且設(shè)計為與所述最上游齒輪上的圓形棘輪接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中， 所述最上游齒輪設(shè)置有自回卷機構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其中，在所述支撐架的外表面上裝載有一塊可充電的發(fā)光材料，所述發(fā)光材料在暴露于光下時進行充電，并且所述發(fā)光材料在停止暴露于光下之后，在短時間里發(fā)射用于在黑暗中確定所述裝置的位置的足夠的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置，其中， 所述發(fā)電機是小型低壓電動機。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，包括一個或兩個擠壓輪，所述擠壓輪緊鄰所述發(fā)電機的驅(qū)動軸安裝并且與驅(qū)動所述驅(qū)動軸的齒輪相對，以便輔助保持所述驅(qū)動齒輪與所述驅(qū)動軸之間的摩擦接觸并且減小所述發(fā)電機的驅(qū)動軸上的橫向力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的裝置，其中， 所述發(fā)電機的驅(qū)動軸為錐形軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的裝置，其中，最后的增速齒輪的驅(qū)動齒輪的與所述發(fā)電機的驅(qū)動軸的外表面摩擦接合的外周形狀在從徑向剖面觀察時為圓形或半圓形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的裝置，包括 閂鎖機構(gòu)，其在解鎖之前防止所述多個齒輪旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的裝置，包括用于將所述最后的增速齒輪的增速比臨時地減小到5或者更小的裝置。
15.一種照明裝置，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的電力生成裝置以及由所述發(fā)電機的輸出轉(zhuǎn)換成的至少一個高亮度LED。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明裝置，包括一個或更多的LED，其安裝在所述裝置的包含有所述多個齒輪和所述發(fā)電機的殼體上， 以便對所述電力生成裝置所處的區(qū)域提供照明。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的照明裝置，包括 一對輸出端子，其位于所述電力生成裝置上；以及一段電線，所述電線的一端與所述端子連接，而所述電線的另一端承載有與所述電線中的導(dǎo)電體連接的一個或更多的LED。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重力驅(qū)動的電力生成裝置，具體地，公開了一種用于生成光的重力驅(qū)動的電力生成裝置。該裝置具有支撐架(1、30)，在該支撐架中安裝有一系列齒輪和由齒輪驅(qū)動的發(fā)電機(20)。由從位于最上游齒輪(2)的旋轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)的點懸掛的重物提供驅(qū)動最上游齒輪(2)的動力。最下游齒輪的驅(qū)動齒輪沒有齒，從而驅(qū)動齒輪與發(fā)電機(20)的軸之間的最終接觸為摩擦接觸。最下游齒輪的齒輪傳動比至少為25。當用于照明時，該裝置可以包括安裝在殼體(30)上的一個或多個高亮度LED(40)。通過適當?shù)剡x擇齒輪傳動比，該裝置可以在使10kg的重物下落1.8米距離的同時生成用于30分鐘的照明的電力。
文檔編號F03G3/00GK102575654SQ201080046355
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者馬丁·菲利普·里迪福德 申請人:瑞爾福有限公司