用來產(chǎn)生電能的便攜式設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用來產(chǎn)生電能的便攜式設(shè)備，特別地，該便攜式設(shè)備具有在超載狀態(tài)下防止過度力或過度運(yùn)行速度損害設(shè)備的保護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)估算世界上有超過15億人沒有可靠的電源供給。在黑暗的時(shí)間里，這些人通常依靠諸如煤油的可燃燃料作為能源，特別是用來照亮他們的家或工作的地方。在過去的幾十年中，特別地在光伏(PV)電池技術(shù)上有重大的進(jìn)步并且光伏電池技術(shù)被視為生物質(zhì)燃料的潛在替換物。但是，由于光伏電池顯然只能在白天工作，因此光伏電池需要電池或類似的存儲裝置來存儲產(chǎn)生的電能。光伏電池以及電池系統(tǒng)太貴以致于不能威脅到煤油被用作燃料源來提供光。依賴煤油的人通?？糠浅５偷氖杖肷?，這使得許多技術(shù)替換物在經(jīng)濟(jì)上遙不可及。盡管煤油的燃燒產(chǎn)物會帶來長期的健康危害、使用火焰來照明會引起火災(zāi)、以及大范圍燃燒這種燃料會對氣候變化帶來影響，煤油仍然被廣泛地使用。
[0003]在本文中針對這個(gè)問題，我們已經(jīng)預(yù)先開發(fā)了一種重力推進(jìn)發(fā)電機(jī)的形式的非常低成本、可靠且“零污染”的解決方案。使用這種解決方案，允許升高的重量在重力的作用下下降，其作用通過齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)動給LED供電的小型發(fā)電機(jī)。這種設(shè)備的一個(gè)示例在W02011/045606A1 中描述。
[0004]應(yīng)該理解的是，這種發(fā)電機(jī)因此必須能以非常低的成本生產(chǎn)，并且還可以承受由不熟悉這種設(shè)備從而不能理解如何切實(shí)遵照操作說明來延長這種設(shè)備的壽命的用戶在富有挑戰(zhàn)性的環(huán)境下重復(fù)使用。
[0005]在這種設(shè)備中，用于將大質(zhì)量的緩慢下降轉(zhuǎn)換為對發(fā)動機(jī)的高速驅(qū)動的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)必須是高效的。典型的驅(qū)動系統(tǒng)的部件之間具有固定的、嚴(yán)格的關(guān)系，以有效地轉(zhuǎn)移能量。例如，齒輪箱通常由一般由金屬制造的剛性外殼制成，牢牢地以固定關(guān)系保持齒輪?；喯到y(tǒng)以類似方式工作?；喗M是滑輪布置的示例，其被設(shè)計(jì)來便于提升重量，其中不惜任何代價(jià)來避免系統(tǒng)中的任何彈性或滑動。
[0006]當(dāng)超載時(shí)，這些驅(qū)動系統(tǒng)中的每一個(gè)都可能徹底失效。在重量驅(qū)動提速齒輪箱的情況下，懸掛在固定點(diǎn)，這可能導(dǎo)致脫離齒輪或重量分離并且自由下落，可能引起傷害。如果在變速箱上施加太大重量，或者如果重量被升起并下落，施加在齒輪上的壓力會產(chǎn)生瞬間大幅增長，則會發(fā)生超載。在這種系統(tǒng)中，用戶可能認(rèn)為額外的重量加載可能是有益的，例如產(chǎn)生更多能量。但是每個(gè)系統(tǒng)都有一個(gè)安全操作負(fù)荷，超過安全操作負(fù)荷來使用可能是危險(xiǎn)的。
[0007]在重力推動發(fā)電機(jī)的情況下，最不希望的是這種容易由于超載而發(fā)生故障，因?yàn)檫@種發(fā)電機(jī)對其擁有者而言可以代表相當(dāng)大的投資，需要保證其可以可靠地使用多年。正是在這樣的背景下，開發(fā)出了本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用來產(chǎn)生電能的便攜式設(shè)備，該設(shè)備包括:
[0009]a.響應(yīng)于輸入的機(jī)械動作產(chǎn)生電能的電能產(chǎn)生裝置
[0010]b.重力推動驅(qū)動器，其在重力的作用下通過懸掛的質(zhì)量塊的下降向電能產(chǎn)生裝置提供所述機(jī)械動作；以及，
[0011]C.保護(hù)系統(tǒng)，其適于防止電能產(chǎn)生裝置由于輸入的機(jī)械動作而承受的驅(qū)動力由于超載狀態(tài)而超出預(yù)定閾值。
[0012]因此，通過保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，該設(shè)備中產(chǎn)生了重大進(jìn)步，該保護(hù)系統(tǒng)防止了驅(qū)動力由于超載狀態(tài)而超過預(yù)定閾值。
[0013]此構(gòu)思原則上可應(yīng)用于任何形式的便攜式重力推動電能產(chǎn)生裝置，具體地，該便攜式重力推動電能產(chǎn)生裝置中的許多不同方法中的一個(gè)可以將下降的質(zhì)量塊的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能。通常這種方法涉及這樣的電能產(chǎn)生裝置，其包括:輪系，其用來將來自重力推動驅(qū)動器的相對低速的輸入轉(zhuǎn)換為相對高速的輸出。電能產(chǎn)生功能本身通常如交流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)或(反向操作的)發(fā)動機(jī)形式中的通過電磁感應(yīng)啟動。但是，保護(hù)系統(tǒng)也可以有助于在保護(hù)根據(jù)諸如壓電現(xiàn)象的不同原理運(yùn)行的電能產(chǎn)生裝置。
[0014]在發(fā)生超載狀態(tài)下使保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行。超載狀態(tài)可以由以下情形表示:超過預(yù)定大小的質(zhì)量施加至重力推動驅(qū)動器；通過向驅(qū)動系統(tǒng)施加外部附加力(諸如向下拉質(zhì)量塊或其支撐)，質(zhì)量塊的不可控下降(諸如如果其下落)；或者電能產(chǎn)生裝置上的電負(fù)載不足(超速的情況)。實(shí)際上，超載狀態(tài)存在的情形可取決于裝置的運(yùn)行狀態(tài)。因此，在諸如開路狀態(tài)的不充足的電負(fù)載應(yīng)用到電能產(chǎn)生裝置上時(shí)，超載狀態(tài)可以以超速的形式存在。因此，“正常”操作重量在電負(fù)載被移除時(shí)可能引起這種超速的發(fā)生，并且該重量驅(qū)動電能產(chǎn)生裝置達(dá)到可能發(fā)生損壞的速度。超載狀態(tài)可以由同時(shí)發(fā)生的這些情形中的一個(gè)或多個(gè)來表示。因此，超載狀態(tài)可以代表臨時(shí)狀態(tài)(持續(xù)時(shí)間少于幾秒:例如，如果質(zhì)量塊在上升的過程中下落、或通過臨時(shí)地?cái)嚅_了供電裝置來移除電負(fù)載)或者其中所應(yīng)用的質(zhì)量塊實(shí)在太大、由該裝置供電的燈“爆炸”、或永久地移除了唯一動力裝置的更持續(xù)的狀態(tài)。
[0015]可選地，保護(hù)系統(tǒng)可以通過至少部分地將機(jī)械驅(qū)動器從電能產(chǎn)生裝置上解耦來運(yùn)行。部分解耦而非完全解耦是有利的，因?yàn)樵谔囟ǔd狀態(tài)下，完全解耦可能潛在地引起質(zhì)量塊下落(除非另由附加機(jī)械裝置放緩)，其可能給用戶帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0016]保護(hù)系統(tǒng)可以包括若干不同部件，并且在多部件系統(tǒng)的情況下，這些部件可以位于設(shè)備中的不同位置上。例如，保護(hù)系統(tǒng)的至少部分可以位于重力推動驅(qū)動器和電能產(chǎn)生裝置之間，包括在驅(qū)動器或裝置的一個(gè)或每個(gè)內(nèi)。保護(hù)系統(tǒng)可以在這樣的情形下位于驅(qū)動器和裝置之間:在超載狀態(tài)下是裝置最有風(fēng)險(xiǎn)遭到損壞。保護(hù)系統(tǒng)可以包括摩擦機(jī)械裝置，其用來在超載狀態(tài)下向電能產(chǎn)生裝置提供減少的驅(qū)動力。這種機(jī)械裝置可以包括離合器或剎車中的一種或每一種，從而附加的不期望的能量在由超載引起的離合器或剎車滑動期間通過摩擦作用被耗散為熱量。偏置棘齒系統(tǒng)也可以用于此目的，棘齒的動作產(chǎn)生超載的聲首指不。
[0017]此外，保護(hù)系統(tǒng)的至少部分可以位于或鄰近質(zhì)量塊的耦合點(diǎn)。另外或可選擇地，設(shè)備可以具有外殼，其包括使用時(shí)用來將設(shè)備附著于支撐上的附接構(gòu)件(諸如住所的橫梁或其他結(jié)構(gòu))，并且其中，保護(hù)系統(tǒng)的至少部分位于或鄰近附接構(gòu)件。在這種情況下，保護(hù)系統(tǒng)可以包括彈性偏置構(gòu)件。這種構(gòu)件可以由高彈體或彈簧(各種類型的彈簧，雖然螺旋彈簧提供緊湊結(jié)構(gòu))形成。彈性偏置構(gòu)件在適于提供阻止重量的下落(不可控下落)的保護(hù)，而不適用于超重狀態(tài)。但是，在發(fā)生超載狀態(tài)下物理地移動的相同的彈性偏置構(gòu)件可以引起開關(guān)的操作，以便激活電子版本的保護(hù)系統(tǒng)(之后描述)中的保護(hù)電路。這些附加部分可以對快速增長力(如向設(shè)備提供動力的質(zhì)量塊下落的情況)提供一些抑制效果，從而提供防止暫時(shí)超載狀態(tài)的一些保護(hù)。然而它們對于防止持續(xù)超載狀態(tài)的能力有限。
[0018]除以上任何一種的也可以使用的另一種可能是可延展耦合件的使用，其包括耦合外殼和一段柔性材料，被構(gòu)造為允許附著于所述柔性材料的一端的所述設(shè)備的第一部分響應(yīng)于超載狀態(tài)而相對于附著于耦合外殼的所述設(shè)備的第二部分可控分離。因此，以這種方法，如果超載狀態(tài)發(fā)生，則柔性材料會展開以便分離各個(gè)部分。例如，這可能引起過重的質(zhì)量塊降低到地面或電能產(chǎn)生裝置相對于其附著于橫梁或其他支撐的位置落下。這種可延展耦合件可以通過使用離合器來產(chǎn)生作用，當(dāng)在超載狀態(tài)下，離合器引起柔性材料展開。這在可延展耦合件包括柔性材料的線軸時(shí)特別有用。作為替換，長螺旋彈簧可以被用來實(shí)現(xiàn)類似的效果。這可以通過彈性棘爪保持在它的外殼中，例如通過應(yīng)用過重質(zhì)量塊，使棘爪產(chǎn)生偏斜，因此允許質(zhì)量塊附著的彈簧展開。有時(shí)，最簡單的布置可能需要手動撤銷柔性材料的展開，可以想到的是，當(dāng)超載狀態(tài)被解除時(shí)，可以使用某種形式的自動“卷入”機(jī)構(gòu)。
[0019]實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的另一種方法是這樣一種方法，其中，保護(hù)系統(tǒng)包括保護(hù)電路，其與電能產(chǎn)生裝置的輸出電連接，保護(hù)電路被構(gòu)造為在處于超載狀態(tài)時(shí)運(yùn)行，以便增加電負(fù)載的電壓或移除負(fù)載(開路)，從而允許電能產(chǎn)生裝置以超過其在正常狀態(tài)下的運(yùn)行速度的速度運(yùn)行。倘若電能產(chǎn)生裝置能夠以這種速度運(yùn)行，則該保護(hù)系統(tǒng)通過減小該電能產(chǎn)生裝置中的機(jī)械壓力，特別地，減小形成這種裝置的部分的任何輪系中的機(jī)械壓力來運(yùn)行。
[0020]優(yōu)選地，使保護(hù)電路切換至保護(hù)模式，其中所述裝置的運(yùn)行速度增加至超過正常速度而達(dá)到更高的保護(hù)速度。保護(hù)電路可以包括物理開關(guān)和警告裝置(諸如LED和/或蜂鳴器)，警告裝置可連接至電能產(chǎn)生裝置的響應(yīng)于正在運(yùn)行的開關(guān)的輸出。警告裝置可以與電阻器串聯(lián)連接以允許對保護(hù)電路中的電流的控制。通常，當(dāng)開關(guān)置于第一位置時(shí)，其可以操作使得警告裝置與電能產(chǎn)生裝置相連接。單刀雙擲開關(guān)可以用來達(dá)到這個(gè)目的。當(dāng)設(shè)備處于超載狀態(tài)時(shí)，開關(guān)通常適于采用第一位置。在這種條件下，超載