专利名称：产生电能的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1所述特征的产生电能的装置。
电气或电子装置，或直接连接在供电网上，或由电池或蓄电池驱动。其中，蓄电池可以是湿电池，干电池或结构紧密型电容器电池。可充电的电储存器在放电之后必须通过相应的充电器充电。采用蓄电池的缺点是，它们仅仅借助供电网或通常采用汽油或柴油驱动的备用发电机组才可被充电。备用发电机组的缺点是体积大，重量重并因此在购置和维护方面很昂贵。因此通常没有常规的备用发电机组用于放电后的蓄电池的重新充电。假如在海上，在森林里或在群山中没有供电网的场合下，或许必须携带多个已充电的蓄电池，以便随后安装在要驱动的电器装置上。由于蓄电池不仅重且价格昂贵，这种解决方案通常不实用。一旦所携带的蓄电池没电了，由蓄电池所驱动的装置，如无线电话、测量或报警装置、定位系统等在被重新充电之前无法使用。
因此本发明的目的在于提供一种装置，借助它可由人产生电能，该能量可用于驱动电子装置或为一个或多个蓄电池的再充电。
按照本发明，上述目的将通过具有权利要求1所述特征的装置来达到。本发明装置的其它优选实施形式在从属权利要求中给出。
本发明装置的优点是尺寸小且重量轻。它可或由人手工操作或以特殊方式操作。本发明装置利用的是压电效应，借助该效应通过压电元件把机械能转换成电能。该装置具有不止一个，而是多个压电元件，尤其是晶体，它们最好多次借助压力施载的装置被加压，因此通过压电元件的机械形变可在此产生用来驱动电子装置或对电储存器，如蓄电池充电的电压。在压电元件上产生的电压由一个相应的和作为现有技术已十分熟知的电路整理并调整成适合于电子装置或蓄电池的工作电压。
作为本发明装置一种可能的实施形式，可借助一个操纵装置移动至少一个撞击元件，该撞击元件对至少一个压电元件施压。在该实施形式中，人们在使用电子装置或对蓄电池充电时必须持续使用本发明装置。在本发明装置的另一优选实施形式中，操纵本发明装置的人可借助一个操纵装置对一个机械储能器储能。机械储能器可以是一个例如可由人预施压的弹簧。预施压的弹簧能在需要时被用来这样移动对压电元件施压的撞击元件即在压电元件上产生电压，该电压用来驱动连接在本发明装置上的装置或对蓄电池充电。
在另一实施形式中，本发明装置本身具有一个蓄电池，它与本发明装置成一体，它所储存的电能可被用来驱动电子装置或对另外的蓄电池充电。由此确保本发明装置在需要时提供足够的电能，以完成所希望的事情。利用该装置，可在该装置本身不必输出能量时产生并储存能量。
很显然，本发明装置可有任意多个压电元件。每个压电元件可设有一个对该压电元件施压的撞击元件。也可考虑，多个撞击元件依次对一个压电元件施压。此外也可使撞击元件循环对设在圆周上的压电元件施压。为避免可能的震动，具有优点的是，作为成压电元件设有多个撞击元件。
为使蓄电池可以充电，设有一个充电电子元件，它控制并调整充电过程，尤其是充电电流和充电电压。
下面将参照图示进一步解释本发明装置的不同实施形式。
图1具有压电元件的第一机构的横截面图2a和2b本发明装置的另一机构的侧视图和俯视图；图3采用图1中机构的本发明装置的横截面图；图4对拉力弹簧施压的加紧机构的俯视图、侧视图和主视图，拉力弹簧所储存的能量用于驱动图2a和2b中采用的锤式机构；图5带有图4所示操纵装置的锤式机构的总体结构；图6产生工作电压的电子线路。
图1示出了本发明装置的第一实施例的截面图，其中，在一个外壳部分1内设有四个压电换能器3a至3d。一个绕A轴旋转的内侧部分2具有多个空腔2a，其内部可径向移动地设有撞击部件4。撞击元件4的外部轮廓与内侧部分2的空腔2a这样适配，即部件4仅仅可沿径向移动。撞击元件4径向向外由同样设在空腔2a内的弹簧元件5施压。撞击元件4由弹簧元件5径向向外挤压在外侧部分1的导向面1a上。外侧部分1的导向面1a这样形成，即撞击元件4通过内侧部分2沿箭头方向旋转四分之一圆周时克服弹簧元件5的弹力被压入空腔2a内。一旦撞击元件4被完全压入其相应的空腔2a内时，撞击元件4越过外侧元件1的导向面1a的一个边棱1b。越过边棱1b后，撞击元件4由此刻开始加压的弹簧元件5径向向外加速，并撞在径向向外错开设置的压电元件3a至3d上。撞击元件4撞在压电元件3a至3d上后产生形变，并由于压电效应而由此产生电压，该电压由一个图6所示的电子线路计量并形成能源供应。在内侧部分2绕A轴旋转一整周过程中，每个撞击元件4总共四次由导向面1a压入相应的空腔2a内并由四个边棱1b这样松开即储存在弹簧元件5内的弹力使撞击元件4径向向外加速。
压电元件3a至3d这样设置在外侧部分1内即它们与导向面粘合封闭或略微超出它们，因此，撞击元件4在内侧部分2旋转时从压电元件3a至3d的表面到达导向面1a。
图1所示的实施形式可这样改变即设置多于或少于四个撞击元件或压电元件。撞击元件和压电换能器最好这样环绕轴A的圆周分布设置，即在内侧部分转动时产生尽可能小的震动。为避免这种震动，可绕内侧部分2的圆周设置5个或7个撞击装置，它们仅仅对3个压电换能器依次施压。
结果证明，借助压力脉冲而形成的突发施压有助于本发明装置的能量产生。
图2a和2b示出了本发明装置的另一实施形式，其中，小的锤式撞击元件40利用其撞击面41使压电换能器30a至30d循环形变。撞击元件设置成摇杆，其中一个臂44的自由端与一个尤其是凸轮或齿轮的驱动轮共同起作用，它在轮旋转时至少一次，尤其多次偏转并重新放开摇杆。图2a示出了装置的这种状态，即摇杆40不偏转，而是直接对压电换能器30a施压。弹簧50在撞击元件40偏转时由传动装置20施压。当摇杆40借助传动装置20被放开时，摇杆40通过被施压的弹簧迅速弹回到其初始位并利用其撞击面41脉冲式撞击压电换能器30a，该压电换能器通过形变产生可测得的电压。在基板10上可旋转地设置多个绕轴42周围的、设置成摇杆的撞击元件40。由此，撞击元件可旋转地设在基板10上两个轴承43之间。由突轮或齿轮20组成的传动装置同样设在基板10上两个轴承21之间。
很显然，可并排在基板19上设置任意多摇杆形式的撞击元件。同样也可根据实施形式设置一个强弱得当的回拉弹簧50。同样也可考虑，撞击元件像图2所示那样导回到初始位置，但不是通过弹簧，而是通过传动装置20的一个导向杆强制实现。此外，该实施形式的另一结构可这样考虑，即撞击元件40可在驱动装置20的两个止挡位置之间往复运动，其中，摇杆40的不与驱动装置共同起作用的那只臂的两个彼此分开的撞击面，分别对处在最大偏转位置的压电换能器脉冲式施压。
在图3所示本发明装置的实施形式中，图1所示的机构设在一个壳体内，其中，图1所示机构安排在两个壳体部分8b和8c之间。内侧部分2通过一个轴W与一个螺旋弹簧7相连。可借助一个旋转头形式的操纵装置9经一个传动装置对螺旋弹簧7施压。一个止动装置11，12，13避免螺旋弹簧7意外卸压。如果轴W沿这样的方向旋转即在该方向上螺旋弹簧被施压，则内侧部分2由于其连接在中间的离合器，尤其是棘轮偶合器而不一起旋转。当止动装置11松开，则螺旋弹簧7被卸压，然后轴沿图1所示方向旋转并通过棘轮离合器驱动内侧部分2，由此，撞击元件4依次周期性脉冲式对压电换能器3a至3d施压。该旋转装置这样设计即旋转头不随同移动。不过也可考虑，为简化机构，旋转头一同转动。当螺旋弹簧拉紧时，止动机构11用来使轴仅仅沿一个方向旋转，也就是沿预施压方向旋转。
为使图3所示的装置安装简便，此装置由三个壳体部分8a,8b和8c组成，其中，图6所示的电路(图3中未示出)同样可设在装置的壳体内。壳体尺寸最好这样即它可以舒适地拿在操作人手中，尤其外侧形状应这样，即可确保装置操作人在操作旋转头时可以牢靠地握持。
图4示出了本发明装置的一个施压装置的另一实施形式，在此，借助一个操纵杆64对两个拉力弹簧68预施压。为此在一个基板60上装配有两个导轨61，一个齿杆62可在二者之间滑动。导轨61各自携带一个轴承座65，在其轴承内有一个轴与和齿杆62同步的齿轮66一起转动。如果仅仅通过操纵杆64并借助棘轮传动装置使齿轮66逆箭头旋转，则齿杆逆箭头方向向左移动。两个拉力弹簧68在两个轴承座63和67之间被施压。轴承座67牢固地与装配板60连在一起。相反，轴承座63与齿杆62牢固地连在一起。当齿杆62借助操纵装置64向左逆箭头方向经过齿轮66移动时，向两个拉力弹簧68施压。借助一个用于使两个预受压的弹簧释放能量的止动机构，或称止动装置，使齿杆62在装置拉紧时不可能沿箭头方向移动。如果未示出的止动装置松开，则齿杆62借助预施压的拉力弹簧68沿箭头方向移动，而齿轮66同样沿箭头方向移动并用来驱动图1或2所示的机构。
图5举例示出图2和图4中所示装置的装配图。在此，装配板10固定在轴承座65上，由此齿轮20与齿轮66啮合。
同样也可是这样的即图4所示施压装置与图1所示结构组合在一起。在此，齿轮66在将储存在拉力弹簧68内的能量释放的同时使内侧部分旋转。
图6示出了一个由压电元件产生的电压转换成电能的的基本电路。每个压电元件K串联一个二极管，因此确保单向退耦。任意多个这样的由二极管和压电元件组成的串联电路被并联到一个电容C和一个齐纳二极管ZD上。电容C在此用作中间储存元件，由压电元件通过压力产生的电能首先被收集其中，然后通过电阻R继续传输给要充电的蓄电池V或传给电器装置，即终端用户。
该电路仅仅举例示出，它可根据相应的结构补充。它们是通常公知的，因此可由作用相当的电路代替。
结果证明，作为压电换能器可采用陶瓷、晶体、合成体或非晶质揉性体。本发明装置基于这样的原理即一个手动提升系统对一个机械装置预施压，该机械储存的能量通过压电装置被转换成电能。该压电元件的一个电路则使压电元件产生的电压可用。任意的手动提升系统均可被采用。图中举例示出的提升系统可任意放大或缩小比例并可适合相应的任何比例。该装置此外还含有一个监控电路，它监控要充电的蓄电池，即电储存器的充电状态。
权利要求
1．一种借助压电效应产生电能的装置，其中，该装置特别地具有一个手动元件，至少一个压电换能器和一个提取由该压电换能器产生的电压的电子线路，其特征在于，该装置还具有至少一个可借助装置操作者的手或脚操纵的操纵装置(9)，其中，可以直接借助操纵装置(9)或一个传动装置对至少一个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加压。
2．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，可借助操纵装置(9)，张紧至少一个弹簧(7)，尤其是拉簧、压簧、板簧、螺旋弹簧或扭簧，储存在该弹簧(7)内的机械能在需要时可释放出来，用于对至少一个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加压。
3．按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在弹簧(7)和至少压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)之间连接有一个传动装置，和/或在弹簧(7)与操纵装置(9)之间连接有一个传动装置。
4．按照权利要求3所述的装置，其特征在于，在弹簧(7)与操纵装置(9)之间有一个接合器，尤其是换向接合器。
5．按照权利要求1至4之任一项所述的装置，其特征在于，为产生能量，连续或相继对至少一个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加压，尤其借助一个撞击元件(4,40)加压。
6．按照权利要求1至5之任一项所述的装置，其特征在于，每一个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)设有至少一个撞击元件(4,40)，尤其是撞针。
7．按照权利要求1至6之任一项所述的装置，其特征在于，撞击元件(4)依次对多个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加压。
8．按照权利要求6或7所述的装置，其特征在于，依次加速撞击元件(40)，使它以高速撞击压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)。
9．按照权利要求1至8之任一项所述的装置，其特征在于，多个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)给一个公共的储能器，尤其是电容充电。
10．按照权利要求1至9之任一项所述的装置，其特征在于，卸压的弹簧(7)驱动一个其上面可径向移动地设置至少一个撞击元件的轴(2)，同时，弹簧(5)径向向外对撞击元件施压，而轴(2)旋转时，导向面(1a)在某一角度范围内克服弹簧(5)的力径向向内移动撞击元件，而在另一角度范围内，导向面(1a)将撞击元件(4)松开，使撞击元件(4)由弹簧(5)径向向外加速，并撞击在一个压电换能器(3a,3b,3c,3d)上。
11．按照权利要求10所述的装置，其特征在于，撞击元件(4)在轴(2)每转一周时被多次由导向面(1a)径向向外移动然后被放开，使撞击元件(4)每一周多次对设在轴(2)圆周上的压电换能器(3a,3b,3c,3d)施压。
12．按照权利要求10或11所述的装置，其特征在于，一个空心圆桶(1)的内壁构成导向面(1a)。
13．按照权利要求12所述的装置，其特征在于，手动元件具有至少和压电换能器一样多的撞击元件。
14．按照权利要求10至13之任一项所述的装置，其特征在于，多个压电换能器(3a,3b,3c,3d)沿圆周方向设在导向面(1a)内。
15．按照权利要求10至14之任一项所述的装置，其特征在于，至少压电换能器(3a,3b,3c,3d)的撞击面的沿旋转方向的边棱近似与导向面(1a)对齐或径向向外与导向面(1a)相反地设置。
16．按照权利要求1至9之任一项所述的装置，其特征在于，卸压弹簧(7)通过一个传动装置驱动至少一个特别是设置成摇杆形式的撞击元件(40)同时，撞击元件(40)弹簧(7)卸压过程中利用其撞击面(41)多次撞击至少一个压电换能器(3a,3b,3c,3d)。
17．按照权利要求16所述的装置，其特征在于，卸压弹簧(7)相继的克服另一弹簧(50)的力使撞击元件(40)的撞击面(41)离开压电换能器(3a,3b,3c,3d)。
18．按照权利要求16所述的装置，其特征在于，撞击元件具有两个撞击面，其中每个撞击面各自配有一个压电换能器，一个传动装置这样将弹簧储存的能量转换成撞击元件的往复运动，即撞击元件的撞击面交替撞击两个压电换能器(3a,3b,3c,3d)。
19．按照权利要求16至18之任一项所述的装置，其特征在于，多个撞击元件相邻设置，其中，撞击元件为可绕一个轴摆动的摇杆，它的一个臂的末端具有至少一个撞击面，卸压的弹簧通过一个传动装置驱动另一臂的末端。
20．按照权利要求16至19之任一项所述的装置，其特征在于，传动装置是一个可旋转支承的轮或可旋转支承的辊，其中，轮或辊具有绕其轴分布的至少一个使齿轮偏转的伸出部分或齿轮，其中，该伸出部分或齿轮在一定偏转角或旋转角之后松开撞击元件，使它通过一个弹簧被特意加速，并利用其撞击面撞击一个压电换能器。
全文摘要
本发明涉及一种借助压电效应产生电能的装置,其中,该装置具有至少一个手动元件,至少一个压电换能器和一个计量由该压电换能器产生的电压的电子线路,该装置还具有至少一个可借助装置操作者的尤其手或脚操纵的操纵装置(9),在此,直接借助操纵装置(9)或通过一个传动装置对至少一个压电换能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)施压。
文档编号H02N2/18GK1310865SQ99808915
公开日2001年8月29日 申请日期1999年9月4日 优先权日1998年10月2日
发明者彼得·黑勒 申请人:彼得·黑勒