專利名稱：一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可再生能源領域，具體涉及收集外界機械動能并轉化為電能的裝置及方法。
背景技術：
隨著國防的現(xiàn)代化，士兵在野外作業(yè)都需要隨身攜帶一系列電子設備，例如GPS、通信設備等，這些設備的能源供給主要來自電池。雖然電池技術已經取得了長足進步，但電池的電容量仍然限制著這些電子設備的使用。另一方面，老化問題最終導致電池被拋棄，這也引起了嚴重的環(huán)境問題。因此，尋找一種可替代電池的能源，以供給士兵野外作戰(zhàn)所需的隨身電子設備是必要和有意義的。目前還沒有捕獲外界或者人體動能并作為隨身電子設備的供電電源。隨著社會經濟的發(fā)展，現(xiàn)代化的都市擁有越來越多的高樓大廈，同時由于電梯的普及，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，同時配備照明、應急照明等設備。由于一般情況下人們不會使用消防樓梯，因此，上述這些照明設備出于空置狀態(tài)，但又必須配置且需要經常維護，這是一筆很大的開支?？紤]到人們在應急狀況下才會使用消防樓梯，而往往在這種情況下，外部的電源是中斷的，例如火災的情況，又如911事件中的帝國大廈，在緊急情況下依賴外部電源成為一種負擔?？紤]上述的問題，有必要尋求一種可以不依賴外部電源、同時可以在應急情況下進行照明的方法，同時減少必要的設備支出的新技術。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置及其方法，本發(fā)明結構簡單、厚度薄、能夠高效地捕獲來自外部的壓力動能，并將其轉換為電能進行利用，節(jié)能環(huán)保，成本低廉。本發(fā)明的裝置采用如下技術方案一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，包括發(fā)電機，還包括相連接的運動捕獲機構與運動轉換機構；所述運動捕獲機構捕獲豎直方向的機械動能并轉換為水平方向的直線運動；所述運動轉換機構將直線運動轉換為旋轉運動，并將旋轉運動傳輸給發(fā)電機。所述運動捕獲機構包括上板、上排滑塊、上板復位機構、下板、下排滑塊及下板復位機構；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；上板復位機構設置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復位機構設置在水平方向上且連接在下排滑塊與下板之間。所述運動轉換機構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，加速齒輪組將旋轉運動傳輸給發(fā)電機。所述上板復位機構為上板復位彈簧。所述下板復位機構為下板復位彈簧。所述運動捕獲機構還包括設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方案基于上述裝置的捕獲機械動能并轉換為電能的方法，包括以下步驟(I)上板在外部壓力的作用下向下運動，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動，將豎直方向的運動轉換為下板滑塊在水平方向的運動；(2)通過上板復位機構使上板滑塊在外部壓力釋放之后復位，通過下板復位機構使下板滑塊在外部壓力釋放之后復位；(3)下板滑塊在水平方向的運動通過齒條傳遞給加速齒輪組，從而將直線運動轉換為旋轉運動；(4)旋轉運動傳遞給發(fā)電機，從而將壓力機械能轉換為電能。 本發(fā)明的原理如下通過上下兩排梯形滑塊來捕獲豎直方向的壓力機械動能并轉換為水平方向的旋轉運動，上面一排的梯形滑塊裝配在上板并僅可以沿著一個直線槽滑動，而下面一排的梯形滑塊則限制在一個直線槽中從而可以沿著直線槽滑動，外部壓力驅動推壓上板，上板向下運動通過梯形滑塊擠壓下板梯形滑塊，推動滑塊沿著直線槽滑動，從而將豎直方向的運動轉換為水平方向的運動。上板安裝有復位彈簧，在外部的壓力釋放之后可以復位；而下排梯形滑塊也安裝有水平的復位彈簧，在上排梯形滑塊的擠壓力消除后，得到復位。下排梯形滑塊的側面固定有齒條，當下排滑動沿著直線槽運動的時候，帶動齒條運動，齒條的直線運動驅動與其相嚙合的加速齒輪組，從而將低速的直線運動轉變?yōu)楦咚俚男D運動。高速的旋轉運動最終傳遞給與之匹配的發(fā)電機，從而將機械能轉換為電能 ’產生的電能通過整流調壓電路調整到合適電壓的直流電并存儲在蓄能裝置中。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明收集外界的壓力動能并轉化為電能，能夠以簡單的、容易制造的結構捕獲外界的壓力動能進行利用，擴展了可利用能量的來源。具有結構簡單、制作方便、厚度小的特點。2、上下兩排的梯形滑塊采用聚四氟乙烯材料機械制造，其滑動摩擦小，可極大程度上減少滑動摩擦。


圖I是本發(fā)明裝置的結構示意圖；圖2是圖I的剖視圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明，但本發(fā)明的具體實施方式
不限于此。實施例本發(fā)明捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，主要包括捕獲豎直方向的機械動能并轉換為水平方向的直線運動的運動捕獲機構、將直線運動轉換為旋轉運動并將旋轉運動放大的運動轉換機構、發(fā)電機和整流調壓電路等。參見圖1，運動捕獲機構包括安裝在上板4直線槽中做直線運動的上排梯形滑塊2，以及安裝在下板6的僅可以在直線槽中做直線運動的下排梯形滑塊I。上排滑塊與下排滑塊處于同一豎直平面內；上板復位機構設置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復位機構設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位機構的作用下做上下雙向運動；在上板的上下雙向運動及下板復位機構的作用下，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運動。在外部壓力的驅動下，上板4向下運動并通過上排梯形滑塊2擠壓下板6的下排梯形滑塊1，推動下排梯形滑塊I沿著下板6的直線槽滑動，從而將豎直方向的運動轉換為水平方向的運動。下板6直線槽的最右側有限位塊10，限制了上排梯形滑塊和下排梯形滑塊只能向右運動至限位塊10的位置。上板4在豎直方向上安裝有復位彈簧5，在外部壓力釋放之后上板4復位，上排梯形滑塊向上運動；下排梯形滑塊在左側安裝有水平的復位彈簧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位彈簧的作用下在水平方向復位，從而實現(xiàn)了豎直方向的運動轉換為水平方向的運動。上排梯形滑塊和下排梯形滑塊均采用聚四氟乙烯材料機械制造，其滑動摩擦小， 可極大程度上減少滑動摩擦。聚四氟乙烯材料堅硬，廉價且容易獲得，并可以根據(jù)所需形狀進行加工。如圖I所示，運動轉換機構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，當下排梯形滑塊I沿著下板6的直線槽運動的時候，帶動齒條7直線運動，齒條7的直線運動驅動與其相嚙合的加速齒輪組8，從而將低速的直線運動轉變?yōu)楦咚俚男D運動。高速的旋轉運動最終傳遞給與加速齒輪組8匹配的發(fā)電機9，從而將機械能轉換為電能；產生的電能通過整流調壓電路調整到合適電壓的直流電并存儲在蓄能裝置中。上述裝置用于捕獲機械動能并轉化為電能的方法，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動，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動，將豎直方向的運動轉換為下板滑塊在水平方向的運動；(2)通過上板復位機構使上板滑塊在外部壓力釋放之后復位，通過下板復位機構使下板滑塊在外部壓力釋放之后復位；(3)下板梯形滑塊在水平方向的運動通過齒條傳遞給加速齒輪組，從而將低速的直線運動轉換為高速的旋轉運動；(4)高速的旋轉運動傳遞給發(fā)電機，從而將壓力機械能轉換為電能，并通過整流調壓電路對電能進行調整后存儲在蓄能裝置。根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，包括發(fā)電機，其特征在于，還包括相連接的運動捕獲機構與運動轉換機構；所述運動捕獲機構捕獲豎直方向的機械動能并轉換為水平方向的直線運動；所述運動轉換機構將直線運動轉換為旋轉運動，并將旋轉運動傳輸給發(fā)電機。
2.根據(jù)權利要求I所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，其特征在于，所述運動捕獲機構包括上板、上排滑塊、上板復位機構、下板、下排滑塊及下板復位機構；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；上板復位機構設置在豎直方向上且連接在上板與下板之間，下板復位機構設置在水平方向上且連接在下排滑塊與下板之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，其特征在于，所述運動轉換機構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，加速齒輪組將旋轉運動傳輸給發(fā)電機。
4.根據(jù)權利要求2所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，其特征在于，所述上板復位機構為上板復位彈簧。
5.根據(jù)權利要求2所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，其特征在于，所述下板復位機構為下板復位彈簧。
6.根據(jù)權利要求2所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，其特征在于，所述運動捕獲機構還包括設置在下板的直線槽的一端的限位塊。
7.根據(jù)權利要求2所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，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)權利要求2所述的捕獲機械動能并轉換為電能的裝置，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.基于權利要求3所述裝置的捕獲機械動能并轉換為電能的方法，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動，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動，將豎直方向的運動轉換為下板滑塊在水平方向的運動； (2)通過上板復位機構使上板滑塊在外部壓力釋放之后復位，通過下板復位機構使下板滑塊在外部壓力釋放之后復位； (3)下板滑塊在水平方向的運動通過齒條傳遞給加速齒輪組，從而將直線運動轉換為旋轉運動； (4)旋轉運動傳遞給發(fā)電機，從而將壓力機械能轉換為電能。
全文摘要
一種捕獲機械動能并轉換為電能的裝置及其方法，其裝置包括發(fā)電機，還包括相連接的運動捕獲機構與運動轉換機構；所述運動捕獲機構捕獲豎直方向的機械動能并轉換為水平方向的直線運動；所述運動轉換機構將直線運動轉換為旋轉運動，并將旋轉運動傳輸給發(fā)電機。本發(fā)明結構簡單，制作方便，厚度小，低摩擦；可高效捕獲環(huán)境中的機械動能并將其轉換為電能進行了利用，擴大了可利用能量的來源。
文檔編號F03G7/00GK102797652SQ20121026090
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權日2012年7月26日
發(fā)明者謝龍漢, 蔡明京 申請人:華南理工大學