本發(fā)明涉及能量回收再利用領(lǐng)域，特別是一種能夠回收機(jī)械能的能量收集裝置，尤其適用于在人群密集地區(qū)收集行走的人或車輛產(chǎn)生的能量。

背景技術(shù)：

在人群密集區(qū)域，自行的車輛或人對于地面施加機(jī)械能，這些機(jī)械能通常被浪費(fèi)，尚無較好的設(shè)施用于收集這些機(jī)械能。

中國專利文獻(xiàn)CN 102906422 A記載了一種能量收集的裝置，一種用于將交通移動的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動能、來帶動電力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)動轉(zhuǎn)換器，所述運(yùn)動轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)接合部件和旋轉(zhuǎn)圓盤，所述接合部件相對于所述旋轉(zhuǎn)圓盤線性移動，其特征在于，所述接合部件被配置為使得其在朝所述旋轉(zhuǎn)圓盤的方向上的漸進(jìn)移動引起所述接合部件與所述旋轉(zhuǎn)圓盤接合，從而引起所述旋轉(zhuǎn)圓盤旋轉(zhuǎn)。該裝置確信能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。但是，該結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且多為平面布局，使得難以在平面上縮小結(jié)構(gòu)，收集效率不高，使用體驗(yàn)不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能量收集裝置，提高能量收集效率，簡化結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種能量收集裝置，多個(gè)收集單元成陣列布置，所述的收集單元中包括一可動部件和一固定部件，通過外力施加至可動部件驅(qū)動收集裝置將機(jī)械能裝換為電能，各個(gè)收集單元與電控裝置電連接。

優(yōu)選的方案中，所述的收集單元結(jié)構(gòu)為：壓筒與外殼體滑動連接，壓筒與外殼體之間設(shè)有復(fù)位彈簧；

壓筒的內(nèi)壁設(shè)有滑槽，在單向軸承的外壁設(shè)有滑動銷，滑動銷位于滑槽內(nèi)，單向軸承的內(nèi)圈與第一發(fā)電單元固定連接。

優(yōu)選的方案中，所述的第一發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)為：內(nèi)繞組可旋轉(zhuǎn)的位于設(shè)有永磁體的殼體內(nèi)，單向軸承的內(nèi)圈通過聯(lián)軸器與內(nèi)繞組固定連接，內(nèi)繞組通過導(dǎo)電滑環(huán)和橋式整流電路與電控裝置電連接。

優(yōu)選的方案中，所述的第一發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)為：內(nèi)繞組與外殼體固定連接，設(shè)有永磁體的殼體可轉(zhuǎn)動地位于內(nèi)繞組的外圍，單向軸承的內(nèi)圈通過連接筒體與殼體固定連接，內(nèi)繞組通過橋式整流電路與電控裝置電連接。

優(yōu)選的方案中，所述的單向軸承中，在外圈與內(nèi)圈之間設(shè)有滾動件，外圈上在滾動件的一側(cè)設(shè)有沿圓周均勻布置的多個(gè)限位齒，內(nèi)圈上在滾動件的一側(cè)設(shè)有彈簧驅(qū)動爪，當(dāng)向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，限位齒不鎖定彈簧驅(qū)動爪；當(dāng)向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，限位齒將彈簧驅(qū)動爪鎖定，外圈與內(nèi)圈之間不能轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的方案中，所述的滑槽在壓筒被壓下時(shí)驅(qū)動單向軸承的內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，滑槽為變曲率滑槽，在滑槽靠近底部的位置，X向分量較小，而在滑槽靠近頂部的位置，X向分量較大。

優(yōu)選的方案中，所述的收集單元結(jié)構(gòu)為：壓桿與外殼體滑動連接，壓桿與外殼體之間設(shè)有復(fù)位彈簧；

壓桿上設(shè)有永磁體，在永磁體的兩側(cè)設(shè)有繞組，繞組與外殼體固定連接，繞組通過橋式整流電路與電控裝置連接。

優(yōu)選的方案中，所述的繞組和永磁體為類似矩形的形狀。

優(yōu)選的方案中，所述的永磁體中，X+向永磁體、Y-向永磁體、X-向永磁體和Y+向永磁體交錯(cuò)布置。

優(yōu)選的方案中，所述的永磁體為雙層結(jié)構(gòu)，各層分別對應(yīng)一側(cè)的繞組，各層的永磁體中，X+向永磁體、Y-向永磁體、X-向永磁體和Y+向永磁體交錯(cuò)布置。

本發(fā)明提供的一種能量收集裝置，通過采用陣列布置的方式，能夠提高能量的收集效率，尤其是使用體驗(yàn)較佳，對于自行的人和/或車輛的行走影響不大，不會在行走過程中，有部分地面突然“塌陷”的感覺。通過改進(jìn)的發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高能量收集轉(zhuǎn)化效率，簡化了發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明中收集單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中單向軸承的俯視示意圖。

圖3為本發(fā)明中滑槽的展開視圖。

圖4為本發(fā)明中多個(gè)收集單元陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明中收集單元的另一結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中另一收集單元結(jié)構(gòu)的陣列示意圖。

圖8為本發(fā)明中另一收集單元結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

圖中：壓筒1，筒體2，滑槽3，單向軸承3，滑動銷31，外圈32，內(nèi)圈33，限位齒34，彈簧驅(qū)動爪35，滾動件36，聯(lián)軸器4，內(nèi)繞組5，永磁體6，外殼體7，連接筒體8，壓桿9，永磁體10，X+向永磁體101，Y-向永磁體102，X-向永磁體103，Y+向永磁體104，繞組11，復(fù)位彈簧12，電控裝置13，電池14。

具體實(shí)施方式

本例中的方位限定以圖1、3、4、6、7中的方位為準(zhǔn)。即上、下方位的描述與這些附圖的上、下方位對應(yīng)。

如圖5中，一種能量收集裝置，多個(gè)收集單元成陣列布置，即根據(jù)收集區(qū)域的面積，多個(gè)收集單元被布置成多行和多列的結(jié)構(gòu)，當(dāng)人和/或車輛從上方經(jīng)過，即收集它們產(chǎn)生的機(jī)械能，該裝置適用于人流量大的商場、廣場、停車場的門口等位置，在這些位置也需要控制人流或車流的速度。由于采用的是陣列結(jié)構(gòu)，因此機(jī)械能或者重力被分配給多個(gè)收集單元，地面的變形不會令人產(chǎn)生突兀的感覺，使用體驗(yàn)較佳。

所述的收集單元中包括一可動部件和一固定部件，通過外力施加至可動部件驅(qū)動收集裝置將機(jī)械能裝換為電能，各個(gè)收集單元與電控裝置13電連接。由此結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，本例中所采用的電控裝置13為現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的電控裝置，將收集后的電流經(jīng)過整流、濾波后輸送至電池14，或者直接輸送至用電器件，例如照明燈。在電控裝置13中設(shè)有開關(guān)，能夠獨(dú)立的啟閉各個(gè)收集單元。還設(shè)有輸出的結(jié)構(gòu)，例如USB接口，以給用電器件，例如手機(jī)供電。

在本發(fā)明的方案中，每個(gè)收集單元均需設(shè)置一個(gè)電橋電路，以使輸出電流的方向保持一致。

可選的方案中，所述的收集單元結(jié)構(gòu)為：壓筒1與外殼體7滑動連接，壓筒1與外殼體7之間設(shè)有復(fù)位彈簧；由此結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)壓筒1的往復(fù)運(yùn)動。

壓筒1的內(nèi)壁設(shè)有滑槽3，在單向軸承3的外壁設(shè)有滑動銷31，滑動銷31位于滑槽3內(nèi)，單向軸承3的內(nèi)圈與第一發(fā)電單元固定連接。通過壓筒1的一次按壓，滑動銷31沿著滑槽3滑動，將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而帶動發(fā)電單元的部件轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電能。由于單向軸承3的結(jié)構(gòu)，下壓時(shí)，單向軸承的外圈驅(qū)動內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，而升起時(shí)，外圈與內(nèi)圈脫開，從而驅(qū)動發(fā)電單元的部件沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的方案如圖1、4中，所述的第一發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)為：內(nèi)繞組5可旋轉(zhuǎn)的位于設(shè)有永磁體6的殼體內(nèi)，單向軸承3的內(nèi)圈通過聯(lián)軸器4與內(nèi)繞組5固定連接，內(nèi)繞組5通過導(dǎo)電滑環(huán)和橋式整流電路與電控裝置13電連接。利用電橋電路的整流特性使輸出電流的方向保持一致。本例的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)較為接近。

另一優(yōu)選的方案如圖6中，所述的第一發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)為：內(nèi)繞組5與外殼體7固定連接，設(shè)有永磁體6的殼體可轉(zhuǎn)動地位于內(nèi)繞組5的外圍，單向軸承3的內(nèi)圈通過連接筒體8與殼體固定連接，內(nèi)繞組5通過換向裝置與電控裝置13電連接。由此結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中是驅(qū)動帶有永磁體6的殼體旋轉(zhuǎn)，而內(nèi)繞組固定，由此結(jié)構(gòu)，能夠簡化輸出電路，例如可以無需布置電刷的結(jié)構(gòu)，僅需在輸出接線位置設(shè)置電橋電路。采用殼體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)的殼體本身也構(gòu)成一個(gè)儲能結(jié)構(gòu)，利用慣性能夠儲存部分機(jī)械能，以減少下次發(fā)電的靜摩擦力。從而提高收集效率。該結(jié)構(gòu)尤其適于人流量大的場合，例如游樂場。

優(yōu)選的方案如圖2中，所述的單向軸承3中，在外圈32與內(nèi)圈33之間設(shè)有滾動件36，外圈32上在滾動件36的一側(cè)設(shè)有沿圓周均勻布置的多個(gè)限位齒34，內(nèi)圈33上在滾動件36的一側(cè)設(shè)有彈簧驅(qū)動爪35，當(dāng)向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，限位齒34不鎖定彈簧驅(qū)動爪35，當(dāng)向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，限位齒34將彈簧驅(qū)動爪35鎖定，外圈32與內(nèi)圈33之間不能轉(zhuǎn)動。由此結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的楔緊式單向軸承相比，本發(fā)明的單向軸承結(jié)構(gòu)更為簡單，滾動件的滑動摩擦小，阻力低。本例中的滾動件包括圓柱滾子、圓錐滾子和鋼球。

優(yōu)選的方案如圖3中，所述的滑槽3在壓筒1被壓下時(shí)驅(qū)動單向軸承3的內(nèi)圈33旋轉(zhuǎn)，滑槽3為變曲率滑槽，在滑槽靠近底部的位置，滑槽3的軸線與水平面的夾角較大，驅(qū)動外圈32旋轉(zhuǎn)的X向分量較小，而在滑槽靠近頂部的位置，滑槽3的軸線與水平面的夾角較小，驅(qū)動外圈32旋轉(zhuǎn)的X向分量較大。由此結(jié)構(gòu)，用于減少初始驅(qū)動滑動銷31所產(chǎn)生的阻力，以提高使用體驗(yàn)。即在初始時(shí)，滑槽3主要是驅(qū)動滑動銷31沿著滑槽3開始滑動，由于此時(shí)X向分量較小，相應(yīng)滑動阻力也較小，而隨著滑動銷31沿著滑槽3的滑動速度加快，摩擦力減小，X向分量變大，增加驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的效率。

另一可選的方案如圖7、8中，所述的收集單元結(jié)構(gòu)為：壓桿9與外殼體7滑動連接，壓桿9與外殼體7之間設(shè)有復(fù)位彈簧；

壓桿9上設(shè)有永磁體6，在永磁體6的兩側(cè)設(shè)有繞組11，繞組11與外殼體7固定連接，繞組11通過橋式整流電路與電控裝置13連接。本發(fā)明中的永磁體6在升降過程中均在繞組11中產(chǎn)生電流。永磁體6和繞組11組成第二發(fā)電單元。其結(jié)構(gòu)類似直線式發(fā)電機(jī)。在永磁體6與繞組11之間設(shè)置聚四氟乙烯滑塊，以減少摩擦。

優(yōu)選的方案中，所述的繞組11和永磁體6為類似矩形的形狀。由此結(jié)構(gòu)，便于加工，也更能適應(yīng)本發(fā)明的陣列結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的方案中，所述的永磁體6中，X+向永磁體101、Y-向永磁體102、X-向永磁體103和Y+向永磁體104交錯(cuò)布置。由此結(jié)構(gòu)，提高發(fā)電效率。

優(yōu)選的方案如圖8中，所述的永磁體6為雙層結(jié)構(gòu)，各層分別對應(yīng)一側(cè)的繞組11，各層的永磁體6中，X+向永磁體101、Y-向永磁體102、X-向永磁體103和Y+向永磁體104依次交錯(cuò)布置。本例中所述的X+向永磁體101、Y-向永磁體102、X-向永磁體103和Y+向永磁體104是指永磁鐵的磁化方向，本例中的X+、Y-、X-和Y+并非是對于絕對方向的限制，僅是便于理解所作出的說明，用于表示他們的充磁方向各異。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，永磁體截面采用三角形的結(jié)構(gòu)，其中X+向永磁體101和X-向永磁體103為指向或背離繞組11線圈方向的充磁，X+向永磁體101和X-向永磁體103為三角形的邊靠近繞組11，而Y-向永磁體102和Y+向永磁體104為沿著繞組11線圈方向的充磁，Y-向永磁體102和Y+向永磁體104為三角形的頂點(diǎn)靠近繞組11,相應(yīng)地繞組也與永磁體的位置相對應(yīng)，參見圖8，一個(gè)獨(dú)立的繞組對應(yīng)一個(gè)X+向永磁體101、Y-向永磁體102和半個(gè)或一個(gè)X-向永磁體103，以減少相鄰磁場的影響。由此結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高發(fā)電效率。具有功率密度大，能夠進(jìn)一步減少整個(gè)第二發(fā)電單元的體積，永磁鐵的利用率高，由于永磁鐵采用分向磁化的方案，使永磁鐵的工作點(diǎn)較高，一般均超過0.9，提升了永磁鐵的利用率。第二發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)中由于磁場正弦分布程度較高，諧波磁場影響較小，故可采用集中式繞組，進(jìn)一步提高了發(fā)電效率，降低了體積。

以下為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的能量收集效果模擬運(yùn)算，選擇比較平均的步行速度為1.3M/S。在行走實(shí)驗(yàn)中。成年人的一般跨距為0.57 M，成人行走的特點(diǎn)，在非特殊情況下都是后腳跟先著地，前腳尖后著地。在幾次實(shí)驗(yàn)中，后腳跟著地時(shí)，前腳尖離地的距離為0.1M，此距離與行走習(xí)慣、鞋子等其它條件有關(guān)，后腳跟著地到前腳尖著地的時(shí)間間隔為0.1S。取行走的水平速度為1.3M/S，腳下落的垂直速度為1M/S。軸位移5MM，腳下落對軸的作用的時(shí)間為1/200 S。由于軸在下降、上升的發(fā)電過程中磁鐵的靠近和遠(yuǎn)離線圈會產(chǎn)生不同方向的電流，故發(fā)電時(shí)間用1/200S計(jì)算。

以本發(fā)明中最低效率的發(fā)電單元為例，感應(yīng)電動勢E=BLV，B=0.3T，導(dǎo)線直徑為0.41MM，導(dǎo)線總長為6.066M,V=1 M/S.產(chǎn)生的電壓為1.8V。

踩踏3000步的等效持續(xù)發(fā)電時(shí)間為：

t=3000* 1/200 s=15s

踩踏3000步的總的發(fā)電量與每步所覆蓋的電機(jī)持續(xù)發(fā)電15s的電量等效，每步大概可以覆蓋36個(gè)發(fā)電機(jī)，相當(dāng)于單個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)電9min。

500人通過100米鋪設(shè)發(fā)電機(jī)人行道，總步數(shù)100000，每步所覆蓋的電機(jī)持續(xù)發(fā)電500S，相當(dāng)于一個(gè)電機(jī)發(fā)電5h。即100人通過100米鋪設(shè)發(fā)電機(jī)人行道，總發(fā)電量相當(dāng)于一個(gè)電機(jī)發(fā)電1h的發(fā)電量。以單個(gè)電機(jī)的輸出功率為5w計(jì)算，足以點(diǎn)亮一個(gè)5w的LED燈一個(gè)小時(shí)。優(yōu)化的發(fā)電單元在最低效率發(fā)電單元的基礎(chǔ)上應(yīng)有進(jìn)一步的提升。

上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本發(fā)明的限制，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。