一种储能式主动能量收集装置的制作方法

本发明涉及能量收集装置，尤其涉及主动式能量收集装置。

背景技术：

目前，一些便携式电子产品和传感器等电子器件的都是依靠传统的电池来提供能量，由于传统的电池需要更换、充电、维护等缺点使电子器件的应用受到了诸多的限制。于是研究人员提出从周围的环境获取能量来产生电能，而太阳能、风能、热能等能量受昼夜、气候、温度等一些自然因素的的影响较大，输入不稳定，因而使这些电子设备的用也受到一定的限制。另外从自然界可以收集到的机械能很小，因此依靠被动的收集自然界存在的机械能转化为电能的输出功率很低。于是研究人员针对这种被动的从自然界获取微小的能量不能满足短时间大功率的需求所带来的不便，提出了从人体主动地产生机械能来获取能量，因为人可以不受一些自然条件因素的限制，可以随时随地的产生较大的机械能，是一种可靠地机械能来源。如手摇发电机，该设备通过人体主动地摇动发电机手柄，经过传动装置到发电装置再同步输出电能。该设备在使用时，必须要有持续的机械能输入才能有持续的电能输出，输入的能量一旦停止，输出也立即终止，因此客户在使用时要长时间持续的输入机械能。另外，受限于结构装置，该设备的单位时间输入的机械能不能过大，单位时间内输入的机械能过大可能会毁坏设备的内部结构，因此在输出功率一定的时候延长了人体的输入机械能的时间。因此，这种长时间且不能停止的输入会使用户在使用时体验感很差。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是针对一般的发电装置在单位时间不能输入较大的能量和不能实现输入与输出异步的问题，提供一种新型的储能式主动能量收集装置，弥补了前述背景技术中不能实现单位时间内输入较大能量和只能输入与输出同步的缺陷，可实现单位时间内输入较大的能量和能量输入与电能输出异步。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种储能式主动能量收集装置，包括腔体、储能模块、传动模块、能量转换模块；

所述储能模块固定在腔体内部，一端与输入端连接，另一端与传动模块的一端连接；所述传动模块的另一端与能量转换模块的一端连接；所述能量转换模块的另一端为电能输出端；

当所述输入端输入机械能时，储能模块将这部分机械能进行储存，然后经过传动模块，将存储起来的机械能传递给能量转换模块，能量转换模块将这部分机械能转化为电能输出。

在一较佳实施例中：所述输入端为手柄和棘轮轴，所述手柄与棘轮轴连动设置，转动所述手柄时，棘轮轴绕着自身轴向转动。

在一较佳实施例中：所述储能模块为涡卷弹簧，所述棘轮轴穿过涡卷弹簧，并与其扭矩作用端连接；位于所述涡卷弹簧外周的另一端为固定端；所述涡卷弹簧在储能过程中阻止所述棘轮轴绕着自身轴向转动，在释能状态时带动棘轮轴绕着自身轴向转动。

在一较佳实施例中：所述传动模块包括第一齿轮和第二齿轮，其中第一齿轮与棘轮轴同轴单向连动设置，第二齿轮与第一齿轮啮合；所述第二齿轮与第一传动轴同轴连动设置。

在一较佳实施例中：所述第一传动轴还与第一涡轮同轴连动设置，所述第一涡轮与蜗杆调速器啮合。

在一较佳实施例中：所述传动模块还包括第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第一传动轴同轴连动设置，第四齿轮与第三齿轮啮合；所述第四齿轮与第二传动轴连动设置。

在一较佳实施例中：所述第二传动轴还与第二涡轮同轴连动设置，所述第二涡轮与蜗杆拨轮的蜗杆啮合；当所述第二涡轮转动时，所述蜗杆拨轮的蜗杆转动，并带动拨片转动。

在一较佳实施例中：所述能量转换模块为压电悬臂梁，其一端与腔体固定，另一端与所述蜗杆拨轮的拨片沿着蜗杆转动的方向顶抵，当蜗杆拨轮的蜗杆带动拨片转动时，所述拨片与压电悬臂梁顶抵使其产生形变。

在一较佳实施例中：所述储能模块采用涡卷弹簧储能或采用飞轮储能。

在一较佳实施例中：所述传动模块采用齿轮传动或链轮传动或带轮传动；所述能量转换模块采用压电式能量收集装置或电磁能量收集装置或摩擦电能量收集装置或静电能量收集装置或混合式能量收集装置。

本发明提供的一种储能式主动能量收集装置，可以先通过储能模块将人体短时间的做功产生的较大机械能进行储存，然后通过传动模块将机械能传递到能量转换模块，最后将能量转换模块将机械能稳定的转化为长时间、持续性、可异步输出的电能。储能模块的使用，不仅可以实现单位时间内大能量的输入还不会毁坏设备，也可以减少人体输入机械能的时间，可以很好的提升用户使用时的体验感。因此，相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.本发明优点之一是采用储能装置，不仅可以实现单位时间内大能量的输入机械能且不会毁坏设备，也可以减少人体主动输入机械能的时间。

2.本发明优点之二是采用储能装置、传动装置和能量转换装置相结合新型设计，可以有效客服机械能输入和电能输出同步所带来的电能连续输出受外界激励作用时间限制等问题，从而实现异步机械能输入和电能输出。

附图说明

图1为本发明优选实施例的俯视结构图；

图2为本发明优选实施例的侧视结构图。

具体实施方式

以下通过附图对本发明做进一步说明，但本发明不仅限于此实施例。

本发明提供的一种储能式主动能量收集装置，包括腔体、储能模块、传动模块、能量转换模块；

所述储能模块固定在腔体内部，一端与输入端连接，另一端与传动模块的一端连接；所述传动模块的另一端与能量转换模块的一端连接；所述能量转换模块的另一端为电能输出端；

当所述输入端输入机械能时，储能模块将这部分机械能进行储存，然后经过传动模块，将存储起来的机械能传递给能量转换模块，能量转换模块将这部分机械能转化为电能输出。

为了实现上述的目的，结合图1-2所示，所述储能式主动能量收集装置具体包括腔体1、储能盒2、手柄3、棘轮轴4、涡卷弹簧5、第一齿轮6、第二齿轮7、第一传动轴8、第一涡轮9、第三齿轮10、蜗杆调速器11、第四齿轮12、第二传动轴13、第二涡轮14、蜗杆拨轮15、压电悬臂梁16；

所述输入端为手柄3和棘轮轴4，所述手柄3与棘轮轴4连动设置，转动所述手柄3时，棘轮轴4绕着自身轴向转动。

所述储能模块为涡卷弹簧5，所述棘轮轴4穿过涡卷弹簧5，并与其扭矩作用端连接；位于所述涡卷弹簧5外周的另一端为固定端；所述涡卷弹簧5在储能过程中阻止所述棘轮轴4绕着自身轴向转动，在释能状态时带动棘轮轴4绕着自身轴向转动。

所述传动模块包括第一齿轮6和第二齿轮7，其中第一齿轮6与棘轮轴4同轴单向连动设置，第二齿轮7与第一齿轮6啮合；所述第二齿轮7与第一传动轴8同轴连动设置。

所述第一传动轴8还与第一涡轮9同轴连动设置，所述第一涡轮9与蜗杆调速器11啮合。

所述传动模块还包括第三齿轮10和第四齿轮12，所述第三齿轮10与第一传动轴8同轴连动设置，第四齿轮12与第三齿轮10啮合；所述第四齿轮12与第二传动轴13连动设置。

所述第二传动轴13还与第二涡轮14同轴连动设置，所述第二涡轮14与蜗杆拨轮15的蜗杆啮合；当所述第二涡轮14转动时，所述蜗杆拨轮15的蜗杆转动，并带动拨片转动。

所述能量转换模块为压电悬臂梁16，其一端与腔体固定，另一端与所述蜗杆拨轮15的拨片沿着蜗杆转动的方向顶抵，当蜗杆拨轮15的蜗杆带动拨片转动时，所述拨片与压电悬臂梁16顶抵使其产生形变。

当外力转动手柄3时，涡卷弹簧5收缩变形并储存一定的机械能，由于第一齿轮6和棘轮轴是单向连动的，因此此时第一齿轮6并不会跟随棘轮轴4转动，当外力撤掉时，涡卷弹簧5将缓慢恢复原有形状，此时涡卷弹簧5将带动棘轮轴4和第一齿轮6同向旋转，从而带动第二齿轮7和第一传动轴8转动，进而带动第三齿轮10、第四齿轮12和第二传动轴13转动。通过齿轮传动使固定于腔体1的蜗杆拨轮15加速转动，从而使连接于腔体的压电悬臂梁16同时受到蜗杆拨轮15的周期性、持续性地激励，并达到一定位移后释放，产生周期性自由衰减的高频谐振振动，从而产生电能，实现异步电能输出。

所述1腔体的形状可以设计为圆形、方形和不规则图形，本实施例中为方形。

所述2储能盒可以设计为涡卷弹簧5储能、飞轮储能以及其他方式储能，本实施例中为涡卷弹簧5储能。

所述棘轮轴4、涡卷弹簧5、第一齿轮6、第二齿轮7、第一传动轴8、第一涡轮9、第三齿轮10、蜗杆调速器11、第四齿轮12、第二传动轴13、第二涡轮14、蜗杆拨轮15组成至少为二级的机械传动结构，本实施例中为二级机械传动结构。

所述第一齿轮6的内圈设计为单向运动结构以满足涡卷弹簧5的储能和释放，本实施例中采用卡爪式。

所述齿轮之间的传动比可根据需要激励压电悬臂梁16的频率设计，本实施例中总传动比为24:1。

所述蜗杆拨轮15上的拨片呈阵列分布，拨片个数可根据蜗杆拨轮15转速、压电悬臂梁16的衰减周期设计，个数至少为一个，本实施例中为2个。

所述压电悬臂梁16可以为单压电悬臂梁16或多层压电悬臂梁16，若为多层压电悬臂梁16则需要用刚性连接件连接起来。

综上所述，本发明提出储能式主动能量收集装置，不受自然条件的限制，可将人体主动产生的机械能通过储能装置储存起来，再通过能量转换装置将机械能转化为长时间、持续性的电能输出，实现了异步的电能输出，提升了用户使用时的体验感，增强了在储能式主动能量收集装置的实用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。