专利名称：地板系统及制造和使用该地板系统的方法
技术领域：
本发明的各种实施方式总体上涉及地板系统及其安装。具体地讲，本发明的各种实施方式涉及改进的用于收获能量的地板系统，以及制造和使用该类地板系统的方法。
背景技术：
地板系统作为地面覆盖物广泛使用于家居和商业应用中，这至少部分源于其多功能性、颜色和设计基本不受限的实用性和耐用性。该种地板系统构件可由陶瓷、大理石、花岗岩、石英、天然石材、瓷、木材、玻璃、各种金属或者聚合物等材料制成。采用传统方法安装的地板(例如灌浆瓷砖、钉牢的硬木地板、胶粘的乙烯板材等) 均是固定于安装面上，以防止地板在安装后发生任何的移位。在该种地板中，施加于地板上的机械力(例如，通过人们的脚、滚轮等施加的力)主要是向下作用，并扩散至地板单元的整个区域。这些传统的地板被称为“非浮式地板(Non-floating floors) ”，并且，为了使其在横向(即平行于地面的方向)和纵向(即垂直于地面的方向)上均尽量不移动，这些地板通常被牢固的固装于安装面上。若将例如是那些收获机械能的额外装置加入该种地板中， 那将是永久性的装入。这意味着无论是在对地板还是对该装置(及所附带的组件)进行维修时，都需要破坏地板和装置，这需要消耗大量的劳动力和成本。浮式地板(Floating floor)系统的特点是并不永久地固装于子地面或安装面上， 并易于安装或者移除，因此，允许随时的进入浮式地板的下方区域。该种地板会在载荷的作用下轻微移动，并甚至可设计为使该地板单元(例如瓷砖、层合板、木地板等)在行人或者车辆对其施加向下的力时在纵向上发生很大的移动(“压入”)或者偏转。这种向下的力继而在正发生移位的地板单元的整个横截面上扩散，这样，仅通过覆盖该地板的整个底面上的装置或者装置阵列即可最大限度的有效收获这些机械力。该种装置阵列(例如包括膜、 片、垫等)已在现有技术中公开。该种方法需要一大片区域由传感器/装置覆盖，因此，存在安装成本高及/或安装时间长的问题。该种方法也会带来实用性和使用中可预见的可靠性问题。举例说明，在因重力的作用而明显发生偏转的地板上行走时会感觉不舒适，甚至不安全，增大了例如是摔倒的风险。在一个实施例中，存在通过“摇摆”或者绕一些枢转点轻微转动就允许地板发生大的移动的地板，这样，地板会在置于摇摆件下方的压电元件上施加各种力。类似于地板被“压入”，该种方法在行人安全(例如摔倒)相关的方面和与地板的机械寿命相关的方面都有负面作用。相应地，这就需要对利用能量收获元件/装置的地板系统进行改进。为了提供该种系统，本发明的各种实施方式还指向了相关联的制造方法和使用方法。
发明内容
本发明的各种实施方式指向改进的浮式地板系统。另外的实施方式指向该地板系统的制造方法。还有其他的实施方式指向该地板系统的使用方法。
该改进的地板系统可包括线路和通过将机械能转换为电能的方式收获能量的电子装置。具体地讲，该地板系统可集成将机械能(例如振动、碰撞或应变)转换为电能的装置。该地板系统也可包括易于安装的地板单元设计，这种地板单元设计可利用允许相邻构件相互匹配在一起形成一地板面的机械接头进行组装。根据本发明的一些实施方式，一种浮式地板单元可包括一装饰构件和一机械能量收获装置。该机械能量收获装置可设置于该浮式地板单元的机械接头轮廓上或者机械接头轮廓内、设置于该装饰构件的底面上、设置于该装饰构件的底面内的凹槽或者沟槽中，或者设置于包括上述至少一种位置的组合位置处。该浮式地板单元的机械接头轮廓配置为使该浮式地板单元与一相邻的浮式地板单元耦接在一起。该浮式地板单元还可包括一能量储存装置，一配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动的电子元件，一导电电路元件，及/或线路。该电子元件可是一天线，压力传感器，湿度传感器，温度传感器，发射机，或电子开关等。该导电电路元件可设置于该机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内，并且该线路用于使该浮动地板单元与相邻的浮动地板单元电连接。该线路可用于使该浮动地板单元与该相邻的浮动地板单元电连接。在特定的情况下，该浮动地板单元可是一无灌浆(groutless)地砖地板单元，其中，该装饰构件是一设置于一基底的凹槽中的地砖，该基底包括该机械接头轮廓。该机械能量收获装置可设置于该基底的底面内的凹槽或者沟槽中、设置于该基底的顶面内的凹槽或者沟槽中、完全封装于该基底中，或者设置于包括上述至少一种位置的组合位置处；除此之外，或者可替换地，机械能量收获装置可设置于该浮式地板单元的一机械接头轮廓内、设置于该装饰构件的底面上、设置于该装饰构件的底面内的凹槽或者沟槽中，或者设置于包括上述至少一种位置的组合位置处。该无灌浆地砖地板单元还可包括一能量储存装置，一配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动的电子元件，一设置于该基底的机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及/或用于使该无灌浆地砖地板单元与一相邻的无灌浆地砖地板单元电连接的线路。该机械能量收获装置可是一包括压电材料的装置，一磁感装置，或一包括静电结构的装置。在一些实施例中，该机械能量收获装置可是一微机电(MEMQ装置。根据本发明的一些实施方式，一种浮动地板系统可包括一浮动地板单元，该浮式地板单元包括一装饰构件和一机械能量收获装置。该机械能量收获装置设置于该浮式地板单元的一机械接头轮廓上或者一机械接头轮廓内、设置于该装饰构件的底面上、设置于该装饰构件的底面内的凹槽或者沟槽中，或者设置于包括上述至少一种位置的组合位置处。 该浮式地板单元的机械接头轮廓可配置为使该浮式地板单元与该浮式地板系统内的一相邻的浮式地板单元耦接在一起。该浮式地板系统还可包括一能量储存装置，一配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动的电子元件，一设置于该机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及/或用于使该浮式地板单元与该相邻的浮式地板单元电连接的线路。该电子元件可是一天线，压力传感器，湿度传感器，温度传感器，发射机，摄像机，或电子开关等。在特定的情况下，该浮式地板单元可是一无灌浆地砖地板单元，其中，该装饰构件是一设置于一基底的凹槽中的地砖，且该基底包括该机械接头轮廓。该机械能量收获装置可设置于该基底的底面内的凹槽或者沟槽中，设置于该基底的顶面内的凹槽或者沟槽中、 完全封装于该基底中、或者设置于包括上述至少一种位置的组合位置处；除此之外，或者可替换地，机械能量收获装置可设置于该浮式地板单元的一机械接头轮廓内、设置于该装饰构件的底面上、设置于该装饰构件的底面内的凹槽或者沟槽中，或者设置于包括上述至少一种位置的组合位置处。该无灌浆地砖地板单元还可包括一能量储存装置，一配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动的电子元件，一设置于该基底的机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及/或用于使该无灌浆地砖地板单元与一相邻的无灌浆地砖地板单元电连接的线路。该电子元件可设置于该基底的底面或顶面上，或者该基底的底面或顶面内。根据本发明的一些实施方式，产生电能的方法包括在一浮式地板系统上施加力， 将该力传递至该机械能量收获装置处；以及，由该机械能量收获装置产生电。利用此方法的浮式地板系统可为在此说明的任何的浮式地板系统。施加该力包括在该浮式地板单元上迈步，及/或使不能自主移动地物体接触该浮式地板单元。传递该力包括碰撞该机械能量收获装置，使该机械能量收获装置发生应变，及/或使该机械能量收获装置振动。该方法还可包括将该电转移至一能量储存装置中。另外，或者可替换地，该方法还可包括将该电转移至配置为由该机械能量收获装置产生的电驱动的电子元件中；以及，驱动该电子元件。通过结合附图阅读以下的具体说明，本领域的技术人员可清楚本发明实施例的其他方面和特征。
图1为根据本发明一些实施方式的无灌浆瓷砖地板单元的立体示意图；图2为示出将两个无灌浆瓷砖地板单元耦接在一起的过程的截面图，其中，该截面图沿着根据本发明一些实施方式的图1的无灌浆瓷砖地板单元的线II - II绘制；图3为两个处于耦接状态的无灌浆瓷砖地板单元的截面图，其中，该截面图沿着图1的无灌浆瓷砖地板单元的线II - II绘制，以及，图3还插入了根据本发明一些实施方式的无灌浆瓷砖地板单元的舌榫形机械接头轮廓的放大图；图4为图3的插图的放大截面示意图，图4还示出了该机械接头轮廓内部的这样的区域，即在根据本发明一些实施方式的无灌浆地砖地板单元的装饰瓷砖构件上作用有载荷时，发生力集中的这些区域；图5为图3的插图的放大截面示意图，图5还示出了一第三组件，该第三组件可用于为根据本发明一些实施方式的无灌浆瓷砖地板单元的机械接头提供附加的锁止或者安全特征；图6为一无灌浆瓷砖地板单元的底面的立体示意图，其中，根据本发明一些实施方式的基底的底面上设置一机械能量收获装置；图7为一无灌浆瓷砖地板单元的底面的立体示意图，其中，根据本发明一些实施方式的基底的底面内的凹槽或者沟槽中设置一机械能量收获装置；图8为一无灌浆瓷砖地板单元的底面的平面示意图，其中，根据本发明一些实施方式的基底的底面内的空穴中安装有电子元件；
图9为图3的插图的放大截面示意图，图9还示出了该机械接头轮廓内部的用于设置导电元件的区域，并示出了穿设于根据本发明一些实施方式的无灌浆地砖地板单元中的相应电路；图10为两个无灌浆瓷砖地板单元的俯视平面示意图，图中示出了该机械接头轮廓内的用于设置导电元件的多个区域，并示出了穿设于根据本发明一些实施方式的无灌浆地砖地板单元的基底中的相应电路。
具体实施例方式现参照附图详细说明本发明的实施例，其中，各视图中相似的参考标记代表相似的零件。在说明的过程中，可能为各种构件指定了特定的值或参数，但这些都是作为具体实施例提供。事实上，该实施例并不能用来限制本发明的各方面和观点，因为，在应用中可采用多种适当的参数、尺寸、范围及/或数值。术语“第一”，“第二”等，以及“主要的”，“次要的”等并不表示任何顺序、数量或者重要性，仅是用于区分各构件。另外，术语“一”和“该” 并不是对数量的限制，而是代表存在“至少一个”所涉及的项目。在此公开改进的浮式地板系统及制造和使用该浮式地板系统的方法。如上所述， 该浮式地板系统通常包括一(即至少一个)地板单元和一机械能量收获装置(例如压电装置，磁感应装置，基于MEMS的电容装置，及类似装置)，该地板单元包括一装饰构件(例如瓷砖，大理石砖，花岗岩砖，石英砖，天然石材砖，瓷质砖，硬木板，实木复合板，玻璃砖，各种金属或者聚合物砖等)。该地板系统可进一步包括一能量储存装置及/或一电子元件，该电子元件可由任何利用该地板系统产生的电流启动或者驱动。该可选择设置的能量储存装置及 /或电子元件可作为该地板单元的组成部分或者不属于该地板单元。与现有地板系统相比较，在此公开的地板系统不需要将机械能量收获装置覆盖于整个地面上。另外，此公开的地板系统为离散设置的机械能量收获装置提供了改进的区域，因作用于地板上的动态载荷而产生的力将集中于所提供的改进区域处。通过策略性的设置，在此公开的地板系统不需要为了启动机械能量收获装置显著或者过多地移动或者偏转。这可以降低制造成本，提高生产可靠性和消除潜在的产品安全问题。这些有益效果可通过将该机械能量收获装置设置在特定地板单元上或者内部的多个位置上实现。如以下给出的详细说明，可将这些位于地板单元上或者内部的多个可能的位置设计为具有特定的轮廓，该轮廓为加入各种类型的机械能量收获装置，可选择设置的电路及/或可选择设置的需要将机械能转换为电流的并继而储存或者使用该电流的能量储存装置提供多种设计选择。事实上，在策略性地设置该机械能量收获装置的情况下，就没有必要为了使地板系统具有适当的功能而为在此说明的地板系统中的每个地板单元均配置一机械能量收获装置。易于安装和移除该地板单元构件使操作人员可以接触任何在通常情况下将被密封于非浮式地板系统的水泥层(或其他粘结层或者固定层)内的电子或者其他元件。事实上，该地板系统的安装相对其他设计可被简化，因为，机械能量收获装置，电路，及/或能量储存装置可在安装时就已被集成至该浮式地板系统内，进而无需再单独地将其安装于该地板单元构件下。现给出这样的一种浮式地板系统作为参照，在该浮式地板系统中，各地板单元是由一聚合物框架包围的瓷砖，这就是所谓的“无灌浆地砖”单元，在此给出参照的目的是为了便于说明，而不是用于限制本发明的实施。该种无灌浆地砖单元和系统在已受让的公开号为2008/0184646的美国专利申请中和公开号为WO 2008/097860的国际专利申请中给出了详细的说明，在此以引用的方式将上述申请的全部内容并入本申请中，就像在以下给出其全部说明一样，为此，以下仅简要地说明了该种无灌浆地砖单元和系统。除了具有由聚合物框架包围的瓷砖外，这些地板系统的地板单元通常还包括用于连接相邻无灌浆地砖(地板单元)的机械接头。图1示出了一示例性无灌浆地砖，其可作为在此说明的地板系统的地板单元。该无灌浆地砖整体被标记为数字100。无灌浆地砖100包括一耐用的装饰构件102(例如瓷砖，大理石砖，花岗岩砖，石英砖，天然石材砖，瓷质砖，硬木板，实木复合板，玻璃砖，各种金属或者聚合物砖等)，该装饰构件102设置于基底104上。如上所述，出于方便，在说明地砖单元的过程中，该装饰构件102将以瓷砖为例进行说明。可通过多种方法将装饰构件102固装于基底104上。基底104可由适当的材料构成，该材料是抗化学品的，抗污染的，至少部分未穿透的，以及可以足够的精度成型的。在实施例中，基底104由聚合物材料制成。虽然图1中示出的无灌浆地砖单元100为方形，但应当清楚的是，也可选择其他形状的无灌浆地砖(例如圆形、矩形、菱形、六边形、八边形和三角形等)。图1所示的基底104设计为相对装饰构件具有较大的尺寸，使装饰构件102可置于在基底104内形成的凹槽中。如有必要，装饰构件102的顶面和基底104的顶面可形成连续的表面。基底104包括一沿基底104的侧边或者侧壁设置的凸缘部106。凸缘部106 是提供机械接头的区域，机械接头设计为可将一个或者多个相邻的无灌浆地砖100耦接在一起。在利用凸缘部106的机械接头将二个或者多个相邻无灌浆地砖100耦接在一起时， 就在相互耦接的地砖单元100的与装饰构件102的顶面邻接的基底104的顶面处呈现完成灌浆的效果。对于在此公开的地砖系统，对用于耦接无灌浆地砖单元100的机械接头的类型无特殊限制。机械接头的一个实例是可采用所谓的“舌榫”接头，图2和3更具体地给出了该种接头结构的一种实施例，以下将具体说明该实施例。图2示出了利用舌榫形机械接头将两个无灌浆地砖单元耦接在一起的过程，而图3示出了处于耦接状态的两个无灌浆地砖单兀。在这些附图中，示出了第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300。包括第一无灌浆地砖200的基底204的一部分的第一耦接件220和包括第一无灌浆地砖300的基底304 的一部分的第二耦接件340用于连接与各自对应的第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖 300。第一无灌浆地砖200的第一耦接件220包括第一可弯曲部222和凹槽224。第二无灌浆地砖300的第二耦接件340包括舌状部346和本体部348。第一耦接件220的凹槽2M 设计为用于接收第二耦接件；340的本体部348和舌状部346。本体部348和舌状部346 — 旦定位于第一耦接件220的凹槽内，本体部348和舌状部346将分别与第一可弯曲部222 和凹槽2M接触。在一个实施例中，舌状部346和第一可弯曲部222设计为至少第一可弯曲部在无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300耦接时发生弯曲。附加地，舌状部346和第一可弯曲部222设计为至少第一可弯曲部222在第一无灌浆地砖200和第二无灌浆部300耦接后复位至正常的未弯曲位置或者向其正常的未弯曲位置运动，以防止地砖分离。在所述舌状部346和所述凹槽2 之间还形成位于所述舌状部346顶侧的接触面，所述接触面位于水平面上，该接触面可横穿装饰构件202和302。如图3中括号内的插图所示，第一可弯曲部222在其末端形成扩大部342，扩大部 342具有一倾斜内表面350。附加地，如图3中括号内的插图所示，第二耦接件340的本体部348也在其近侧端形成一倾斜表面360。第一可弯曲部222的扩大部342的倾斜内表面 350设计为具有与第二耦接件340的本体部348的倾斜表面360基本可相互补充的角度。 第一可弯曲部222设计为在第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300耦合期间与本体部 348滑动接触。再者，第一可弯曲部222和本体部348的倾斜表面在第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300耦合期间可进行正确的定位。在具体实施例中，第一可弯曲部222和本体部348的倾斜表面用于在地砖相互耦接在一起后保持第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300。本体部348和扩大部342的倾斜内表面形成横向运动锁止部，该横向运动锁止部在耦合状态下在纵向上位于无灌浆地砖200和300中至少一个的装饰构件的下方。在图 3中，该横向运动锁止部置于第二无灌浆地砖300的装饰构件302的下方。舌状部346位于第二耦接件340的末端，且基本沿水平方向延伸，并延伸出第二无灌浆地砖300。第二耦接件340的舌状部346和第一耦接件220的凹槽2M为纵向运动锁止部，该纵向运动锁止部在基底的至少一部分的下方在纵向上完全接合，基底的该部分沿水平方向延伸超出无灌浆地砖200和300中至少一个的装饰构件。在图3中，这些纵向运动锁止件位于基底204的一部分的下方，该部分沿水平方向延伸超出第一无灌浆地砖200 的装饰构件202。如图2所示，第一无灌浆地砖200可通过将第二无灌浆地砖300的第二耦接件340 扣入或者推入第一耦接件220中实现与第二无灌浆地砖300的耦接。通常，可利用横向或者水平方向的力将第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300耦接在一起。在耦接第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300的过程中，第二无灌浆地砖300的第二耦接件340 — 旦被插入第一耦接件220的凹槽224中，其位置即可被锁止。附加地，为了适应要将第一本体部348插入凹槽224中，第一可弯曲部222可被弯曲。在第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300耦接在一起后，第一可弯曲部222复位至其正常的未弯曲位置或者朝向其正常的未弯曲位置运动，并保持与本体部348接触的状态。如果有必要，可通过枢转第一无灌浆地砖200而使其从第二无灌浆地砖300中脱离的方式将第一无灌浆地砖200和第二无灌浆地砖300分开，优选是该种分离操作不会损坏各地砖的耦接件。现在存在许多将机械运动或者振动转换为电能的技术及相关的装置。该种技术或者方法包括压电材料、磁感结构或静电结构；并且它们可以是宏观(即肉眼可观察到其特征)的结构或装置，或者也可包括具有肉眼观察不到的特征的微机电系统(MEMS)。压电材料具有在对其施加电压时能产生变形或者尺寸变化的特性。在制造音频扬声器中就使用该种材料。相反地，在压电材料发生变形或者振动时，也会产生小的电压。随着技术和装置制造的进步，压电材料装置已被用于将机械能转换为电能的应用中(即从振动/变形中“收获”能量)。利用法拉第感应定律，磁感结构可将运动或者振动转换为电能。这种现象说明了在电路运动经过一非均勻变化的磁场时如何能够产生或者感应出电流。具有可移动磁性元件和固定的导电回路的小装置在磁性元件于回路中振动时将产生小电流。相反地，这些装置也可被配置为使磁性元件静止，并使导电线路元件振动。再者，两装置组件均可自由振动的其他装置配置也是可行的。静电结构可以类似麦克风的形式将振动转换为电能，即在电容性元件发生相对位移的过程中通过振动引发的变化能够在导电回路中产生或者感应出电流。具有可移动的电容性元件和固定的导电回路的小装置在电容性元件于回路中振动时将产生小电流。最后，通常使用用于生产硅芯片集成电路的制造方法制成的基于MEMS的装置可利用压电，磁感，电容的方法，或者这些现象的组合将机械能/振动转换为电能。无论使用何种类型的装置形成机械能量收获装置，都有必要将机械能量收获装置设置于将承受产生电所需要的振动的位置上。如上所述，该机械能量收获装置可选择连接于储电元件(例如电池或者电容器)或者由转换装置产生的电启动或者驱动的电子元件上。如果采用该种结构，该种连接应该是安全和可靠的，这对于利用机械能量收获装置中产生的电是必须的。图1至3所示的无灌浆地砖的机械接头设计为在组装地板系统时可提供简单和牢固的安装方式。除了具有互锁的功能外，这些机械接头轮廓可设计为占据多个这样的位置， 即在地板系统受踩踏或者承受动态载荷时，水平及/或竖直方向的力将直接作用的位置。因此，在一些实施方式中，机械能量收获装置可直接安装在机械接头内的这些设计/策划的区域中，这些区域的特点是在地板承受变化的载荷时，机械能量收获装置产生电所需的应变和振动将集中作用于这些区域上。地板单元构件内的包括接头的机械接头轮廓可经铣加工或者机加工形成。这样，可设计特定的轮廓，以使该机械能量收获装置可在将地板构件安装于地板中时置于机械接头内的空穴或者沟槽中。例如，图4示出了图1至3中所示的无灌浆瓷砖系统的机械接头，图中示出了在两个无灌浆地砖单元的基底内的区域(标记为数字370，372，374和376)，在地板上作用有载荷时，力将集中作用于这些区域上。理想的是，该种区域适于放置将机械(力/应变)能转换为电能的压电装置或者其他装置，因为，载荷施加于地板上将由于机械接头轮廓的设计于这些特定区域产生水平和竖直方向的分量。机械接头轮廓的设计要求可为可在两个轮廓匹配在一起所形成的空穴中容置单独的模组/装置/元件。图5示出了这样的一个实施例。图5的无灌浆地板系统的机械接头具有经变形的具有一第三组件500的轮廓，该第三组件500可“嵌”于设计在主要的机械接头轮廓组件中的较大的一个或者两个内的空穴或者沟槽380中。第三组件500可用于为机械接头提供额外的锁止特征及/或额外的安全。该种第三组件400的一个实例在公开号为2009/066153的国际专利申请中给出了详细的说明，在此以引用的方式将其全部内容并入本发明中，就像在以下给出其全部说明一样。可将机械能量收获装置加在随后将被安装于一个机械接头区域内的第三组件500 中，这个机械接头区域在地板承受载荷时将可靠地承受力/应变。在图5所示的实施例中， 该第三组件500插入大致与图4的区域372相对应的空穴380中。相反地，可将该机械能量收获装置加在机械接头的两个主要轮廓的任一个中或者两个中的所选择区域上，以使第三组件500在地板承受动态载荷时向嵌入的装置施加机械力/应变。在将该机械能量收获装置设置于机械接头内的至少一个区域370，372，374或376 中，及/或将该机械能量收获装置与设置于机械接头中(优选设置在至少一个区域370， 372，374或376中)的第三组件500结合时，可在制造期间将机械能量收获装置预先安装于地板单元中，这样，最终用户或者安装人员仅需要安装地板即可获得具有能够转换功能的地板。代替(或除了)将该机械能量收获装置设置于无灌浆地砖单元的机械接头区域中，还可以将机械能量收获装置安装于无灌浆地砖单元的背面或者底面上。在一些实施例中，可将该机械能量收获装置直接设置于无灌浆地砖单元的底面上。如图6所示，图1的无灌浆地砖单元就采用了该种类型的设计。图6示出了基底604的底面的一种类型的设计结构。基底604包括沿基底604的侧边或者侧壁设置的凸缘部606， 凸缘部606用来形成用于耦接相邻无灌浆地砖的机械接头。基底604还包括多个伸出腿， 伸出腿可用于在安装无灌浆地砖的铺砌面上至少部分地支撑无灌浆地砖。机械能量收获装置610可设置在基底604的底面的任何位置上。可利用任何的机械装置(例如螺丝，夹具， 钩环式紧固件，铆钉，胶带等)或者化学固定剂(例如胶，环氧树脂，压敏胶粘剂等)使机械能量收获装置610保持于所在的位置上。在其他实施例中，可将机械能量收获装置设置于无灌浆地砖单元的底面内的凹槽或者空穴中。如图7所示，图1的无灌浆地砖单元就采用了该种类型的设计。图7的基底 704与图6的基底604相同，区别只是基底704包括用于容置机械能量收获装置710的凹槽或者沟槽。该凹槽或者沟槽的深度包括基底704厚度的至少一部分，即在一些实施例中，凹槽或者沟槽的深度可能小于基底704的整个厚度，而在其他实施例中，凹槽或者沟槽的深度可能等于基底704的整个厚度，由此使得凹槽仅剩一缝隙。可将机械能量收获装置710 设置于基底704的底面的任何区域处，并可利用机械装置或者化学固定剂使机械能量收获装置710保持于所在的位置处。在机械能量收获装置710的尺寸较大的实施例中，设置凹槽或者沟槽是有利的。 在机械能量收获装置710太大的实施例中，也可以使无灌浆地砖的装饰构件的一部分形成凹槽或者沟槽。替代(除了)上述这些设置位置，还可将机械能量收获装置加在无灌浆地砖的基底的顶面上。在一些情况下，由于装饰构件位于基底(如图1至5所示)顶面内设置的凹槽中，因此，可在将要设置能量收获装置的区域内设置所谓的“更深的”或者“附加的”凹槽。 为机械能量收获装置设计的附加或者更深的凹槽可在制造基底的过程中或者之后制成。在一个实施例中，可将机械能量收获装置耦连于装饰构件的底面上，并在装饰构件/机械能量收获装置结合体周围模制出基底。在另一个实施例中，可模制或者机加工出具有用于容置机械能量收获装置的附加凹槽的基底。对于设置机械能量收获装置还有其他的选择，包括用形成基底的材料封装机械能量收获装置。例如，可在任何聚合物进入模具之前，将机械能量收获装置设置在模具中。这样，一旦将聚合物注入或者倒入基底中，聚合物将封装机械能量收获装置，这样，一些或者所有机械能量收获装置将被全部封装于聚合物基底内。按照机械接头的实施例，在机械能量收获装置直接设置于底面上、设置在位于无灌浆地板基底的顶面或者底面内的沟槽/凹槽中，或者整个封装于基底中时，可在制造期间将该机械能量收获装置预先安装于基底(可能涉及到装饰构件)上/内，这样，最终用户或者安装人员仅需要安装地板即可获得具有能够转换功能的地板。类似地，也可将任何可选择设置的与存储和利用由机械能量收获装置产生的电相
11关的附加电连接件、线路，及其他元件设置于无灌浆地砖单元中。上述的用于设置机械能量收获装置的每个位置均可用于设置这些附加的元器件。这也将省去用户或安装人员需要将电力系统元件单独安装于地板下的麻烦，极大地降低了安装难度，另外，由于这些电力系统元件被地板单元的结构保护起来，也降低了在安装或者随后的使用期间损坏系统元件的可能性。为了说明，图8给出了图1所示无灌浆地砖的底面的一种设计结构。该无灌浆地砖800包括基底804和装饰构件802 (切割出的圆中示出了装饰构件802的背面)。基底 804包括沿基底804的侧边或者侧壁设置的凸缘部806，该凸缘部806用来形成用于耦接相邻无灌浆地砖的机械接头。基底804还包括多个空穴808，任何可选择设置的与存储和利用由机械能量收获装置产生的电相关的附加电连接件、电路，及元件810设置于该空穴808 中。这些可在模制基底804时形成的或者在制造出基底后通过移除部分基底804而形成的空穴808，可设计为用于容纳与机械能量收获装置功能相关的线路及/或其他装置(例如电容器、天线、电池、传感器等)810。理所应当地，如上所述，在期望将机械能量收获装置设置于无灌浆地砖地板单元的底面上时，这些空穴808也可作为安装机械能量收获装置的区域。在一些实施例中，需要将地板单元相互电连接成“网络”，可在凸缘806上在模制和随后的机加工机械接头轮廓后，为机械能量收获装置和相关电路的互联提供设置区域。图9提供了图1至3所示的无灌浆瓷砖系统的机械接头的放大示意图。该机械接头包括集成于基底中的导电电路元件，其中，该基底位于瓷砖的装饰构件302周围。导电元件230和330部分设置于两个主要机械接头轮廓组件的每一个中，这样，在安装两个主要机械接头轮廓组件时，于机械接头中形成导电路径232和332。导电元件230和330可包括完全分开的部分/组分，分开的部分/组分可在机械接头轮廓的特定位置处连接上，或者，导电元件230和330可以是在模制和机加工后作用于机械接头轮廓的特定位置上的导电膜， 带，涂层等。无论如何，机械接头的设计，导电元件230和330，以及所述元件230和330的设置要以实现机械牢固性和电导性的连接为目的。例如，图10示出了两个无灌浆地砖200 和300，每个无灌浆地砖中具有多个分立的电连接。在该附图中，四个导电元件230和四个导电元件330以图9所示的方式设置在各自的无灌浆地砖200和300的各机械接头轮廓处。 当第二无灌浆地砖300与第一无灌浆地砖200耦接在一起时，将在机械接头中形成四个导电路径230和330。任何由机械能量收获装置产生的电可单独或者经相互电连接的无灌浆地砖单元合起来直接为电子设备供电，或者用于为电池，电容器等充电以进行储电，储存的电继而可用在任何其他用电目的上。以上在地板单元是无灌浆地砖或者由聚合物框架包围的瓷砖的情况下给出了地板系统的参照。这只是为了便于说明，并不是为了将本发明的实施限制于各种实施例上。本领域的技术人员应当清楚，地板单元的各种其他类型也可用于结合机械能量收获装置(以及可选择设置的附加元件及/或线路)。作为实施例，可用于制造本发明的地板系统的其他类型的地板单元包括那些由 Unilin/Mohawk公司制造和售出的商标为QUICKSTEP 的层压木地板。由于各层压地板不能像上述无灌浆地砖系统那样具有单独的装饰构件和基底，因此，必须将机械能量收获装置设置在装饰构件(及层压地板)自身中。可将机械能量收获装置设置在此种层压地板的机械接头结构中及/或位于板底面内的凹槽或者沟槽中。类似地，也可将任何附加的元件或者线路设置于这些区域中。另一种可用于制成本发明地板系统的地板单元包括可作浮式地板的一种的地毯砖产品。这些地毯砖可构造为在其顶部的装饰构件(及地毯块本身)和底部的芯层/基底层(及支撑层或衬垫层)之间容置该机械能量收获装置的形式。可替换地，可将该机械能量收获装置设置于底部的芯层/基底层的顶面或者底面的沟槽或凹槽中。也可以在允许的情况下在制造底部的芯层/基底层时，将该机械能量收获装置封装于此种层内。由于装饰构件具有高度的顺从性，因此，其可从步行作用力(或者在使用时用于于其上的其他力)中吸收更多的冲击力，但也将从步行作用力(或者在使用时用于于其上的其他力)中传递少量的振动能量。由此，相对更加刚硬的地板单元，该种类型的地板单元在采用相同的机械能量收获装置且感受到相等的冲击力的情况下，由施加的力或者应变启动的机械能量收获装置(如基于压电材料的装置)可产生更多的电。应当注意的是，由于装饰构件的顺从性，结合这种类型的地板单元使用的机械能量收获装置相对那些结合较刚硬的地板单元使用的机械能量收获装置需要更加耐用。无论使用何种类型的地板单元，本发明的浮式地板系统可有多种应用。在使用该浮式地板系统中，使用者将在构成浮式地板系统的地板单元的装饰构件上跳/走/跑，或者掉落/滚动/拖拽一物件。可替换地，该地板单元可在外部振源，例如车辆，附近的火车，地板系统的其他地板单元上的脚步，风等，的作用下振动。对于那些包括机械能量收获装置的地板单元，地板单元的机械运动或振动将被转换为电能。在一些实施例中，可将这些电能转移至能量储存装置(例如电池，电容器，超级电容器等)中，以备日后使用。该能量储存装置可作为同一地板单元，另一地板单元的一部分，或者与该地板系统构件分开设置。该机械能量收获装置可通过任何必要的线路与可选择设置的能量储存装置电连接。作为实施例，图7示出了设置于与机械能量收获装置设置于同一地板单元上的能量储存装置。进而，机械能量收获装置710可将任何产生的电转移至能量储存装置712中。 图7的实施例将所示的能量储存装置712设置于无灌浆地砖地板单元的基底704内的沟槽或凹槽中是为了便于说明，能量收获装置712的位置实际上可根据上述说明变化。在一些实施例中，可将电能转移至将由其驱动的电子元件中。该种电子元件例如包括天线，传感器，发射机，接收机，摄像机，电子开关等。作为实施例，可将天线及相关的元件加在地板单元中，用于发射和接收射频(RF) 信号。使用RF带中的电磁辐射传播信息基本是现代生活中普遍应用的技术。典型地，利用各种类型的天线结构发射和接收RF信号。对于给定天线的最优尺寸和设计高度依赖于使用目的，所处的位置或者区域，范围，频带，整体性能和使用寿命均是设计中需要考虑的部分。对于应用在房屋内的情况，采用典型方式布置的天线作为无线网络的一部分，在这个无线网络中使用大量或者多个发射/接收天线在房屋内部(或者甚至房屋外部)传递无线数据。此种设备通常作为不属于空间的内部装饰的组成部分的分离和单独的单元进行说明。 如此，这些设备不是装饰性的，并且期望这些设备相对较小且是不显眼的。此种设计约束不能达到严重影响其功能和性能的程度，这些设备的天线要制作的尽量的小。实质上是具有一些优选形式的二维导电电路的天线的性能基于许多因素，一个因素就是可用的空间。天线发射或者特别是收集所需要的RF信号的效率与其吸收横截面积直接相关，其中，吸收横截面积受天线的尺寸或表面面积影响。在特定的实施例中，可能期望通过增大其尺寸增强天线性能；然而，可用空间的限制或者不显眼的要求可能会使得该种增强天线性能方式无法实现。相对通常设置于房屋内部的结构，在此说明的地板系统的地板单元可对较大的天线结构进行不显眼的布置，形成新的无线网络配置，增强了性能及/或降低了总体的系统成本。地板单元的机械接头便于实现对到达和来自天线的能量/信号所需的电连接进行不显眼的设置。可将各地板单元相互电连接的功能允许形成天线阵列或者遍及整个地板系统的大的单一的天线。除了发送和接收无线传播数据的功能外，大天线或者天线阵列也可作为收获杂散的RF能量的装置，并将其转移至一些其他有益的应用中。相反地，该天线或者天线阵列可用于发送RF能量，以驱动附近电子设备或者为能量储存装置再充电。结合天线，该地板系统也可以包括由机械能量收获装置启动的温度、湿度或压力传感器。该温度、湿度或压力传感器一旦被启动即可测量当地的温度、湿度或者压力值，并将这些数据通过天线(优选为上述的天线)发送至外部设备。作为实施例，图6所示的地板单元包括此种均由机械能量收获装置启动的传感器和天线。该机械能量收获装置可将任何产生的电转移至传感器612。传感器612可测量特定的数据(例如温度，湿度，及/或压力)值，并利用天线614将该数据传输至外部设备(未示出)。虽然，所示的传感器612和天线614是设置在无灌浆地砖地板单元的基底604的底面的表面上，但是这样设置只是为了便于示出，传感器612及/或天线614的位置实际上可根据上述说明变化。本发明的实施例并不局限于在此说明的特定元件，过程步骤，及材料，此种元件， 过程步骤，及材料可稍微变化。而且，在此提及的技术仅是为了给出具体实施例，并不意于限制所能使用的技术，本发明的各种实施方式的范围仅由所附的权利要求要求保护的技术方案及等同的技术方案限定。因此，虽然在此参照特定的实施例说明了实施方式，但那些本领域的技术人员应当清楚，可在由所附的权利要求书限定的保护范围内进行变形和修饰。相应地，本发明各种实施方式的保护范围也不应限制为上述说明的实施方式，其应当仅由以下的权利要求要求保护的技术方案及所有的等同技术方案限定。
权利要求
1.一种浮式地板单元，包括一装饰构件；以及，一机械能量收获装置，其中，该机械能量收获装置设置于该浮式地板单元的一机械接头轮廓上或者一机械接头轮廓内，该浮式地板单元的机械接头轮廓配置为使该浮式地板单元与一相邻的浮式地板单元耦接在一起。
2.根据权利要求1的浮式地板单元，还包括一能量储存装置。
3.根据权利要求1的浮式地板单元，还包括一电子元件，该电子元件配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动。
4.根据权利要求3的浮式地板单元，其中，该电子元件是一天线，压力传感器，湿度传感器，温度传感器，发射机，或电子开关。
5.根据权利要求1的浮式地板单元，还包括一设置于该机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及用于使该浮式地板单元与该相邻的浮式地板单元电连接的线路。
6.根据权利要求1的浮式地板单元，其中，该浮式地板单元是一无灌浆地砖地板单元， 该装饰构件是一设置于一基底的凹槽中的地砖，该基底包括该机械接头轮廓。
7.根据权利要求6的浮式地板单元，其中，该无灌浆地砖地板单元还包括一能量储存直ο
8.根据权利要求6的浮式地板单元，其中，该无灌浆地砖地板单元还包括一电子元件， 该电子元件配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动。
9.根据权利要求6的浮式地板单元，其中，该无灌浆地砖地板单元还包括一设置于该基底的机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及用于使该无灌浆地砖地板单元与一相邻的无灌浆地砖地板单元电连接的线路。
10.根据权利要求1的浮式地板单元，其中，该机械能量收获装置是一包括压电材料的装置，一磁感装置，或一包括静电结构的装置。
11.根据权利要求10的浮式地板单元，其中，该机械能量收获装置是一微机电装置。
12.—种浮式地板系统，包括一浮式地板单元，该浮式地板单元包括一装饰构件和一机械能量收获装置，其中，该机械能量收获装置设置于该浮式地板单元的一机械接头轮廓上或者一机械接头轮廓内，该浮式地板单元的机械接头轮廓配置为使该浮式地板单元与该浮式地板系统内的一相邻浮式地板单元耦接在一起。
13.根据权利要求12的浮式地板系统，还包括一能量储存装置。
14.根据权利要求12的浮式地板系统，还包括一电子元件，该电子元件配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动。
15.根据权利要求14的浮式地板系统，其中，该电子元件是一天线，压力传感器，湿度传感器，温度传感器，发射机，摄像机，或电子开关。
16.根据权利要求12的浮式地板系统，还包括一设置于该机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及用于使该浮式地板单元与该相邻的浮式地板单元电连接的线路。
17.根据权利要求12的浮式地板系统，其中，该浮式地板单元是一无灌浆地砖地板单元，该装饰构件是一设置于一基底的凹槽中的地砖，该基底包括该机械接头轮廓。
18.根据权利要求17的浮式地板系统，其中，该无灌浆地砖地板单元还包括一能量储存装置。
19.根据权利要求17的浮式地板系统，其中，该无灌浆地砖地板单元还包括一电子元件，该电子元件配置为由该机械能量收获装置产生的任何电驱动。
20.根据权利要求19的浮式地板系统，其中，该电子元件设置于该基底的底面上或者底面内。
21.根据权利要求17的浮式地板系统，其中，该无灌浆地砖地板单元还包括一设置于该基底的机械接头轮廓上或者该机械接头轮廓内的导电电路元件，及用于使该无灌浆地砖地板单元与一相邻的无灌浆地砖地板单元电连接的线路。
22.根据权利要求12的浮式地板系统，其中，该机械能量收获装置是一包括压电材料的装置，一磁感装置，或一包括静电结构的装置。
23.根据权利要求22的浮式地板系统，其中，该机械能量收获装置是一微机电装置。
24.一种产生电能的方法，该方法包括在一浮式地板系统上施加力，其中，该浮式地板系统包括一浮式地板单元，该浮式地板单元包括一装饰构件和一机械能量收获装置，该机械能量收获装置设置于该浮式地板单元的一机械接头轮廓上或者一机械接头轮廓内，该浮式地板单元的机械接头轮廓配置为使该浮式地板单元与该浮式地板系统内的一相邻的浮式地板单元耦接在一起； 将该力传递至该机械能量收获装置处；以及， 由该机械能量收获装置产生电。
25.根据权利要求M的方法，还包括将该电转移至一能量储存装置中。
26.根据权利要求M的方法，还包括将该电转移至一配置为由该机械能量收获装置产生的电驱动的电子元件中；以及， 驱动该电子元件。
27.根据权利要求M的方法，其中，施加的该力包括在该浮式地板单元上迈步，或者使不能自主移动地物体接触该浮式地板单元。
28.根据权利要求M的方法，其中，传递该力包括碰撞该机械能量收获装置，使该机械能量收获装置发生应变，或使该机械能量收获装置振动。
全文摘要
本发明公开的各种实施方式指向浮式地板系统及制造和使用该地板系统的方法。该浮式地板系统通常包括一浮式装饰构件(704)和一机械能量收获装置(710)。该机械能量收获装置可加载该地板单元构件的多个区域处。该地板系统还可包括一能量储存装置(712)及/或已将由所产生的电启动或驱动的电子元件。
文档编号F03G7/08GK102439245SQ201080018563
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者卫斯理·A·金, 大卫·A·伊瑞尔 申请人:莫赫地板公司