CN113107796B - 一种势能发电地板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种势能发电地板，包括：底板、面板和发电组件；面板设于底板上方并与底板间隔开，面板与底板之间通过万向连接结构相连，万向连接结构被构造成使得面板可相对底板万向摆动；发电组件包括发电机、第一压杆和第一弹性件；发电机设于底板上；第一压杆转动设于底板上，第一压杆斜向上设置且第一压杆的顶端始终与面板抵接，第一压杆与发电机的转轴通过传动机构相连，传动机构被构造成只当第一压杆向下转动时带动转轴转动；第一弹性件与第一压杆相连以带动第一压杆向上转动复位。相较于现有技术中利用压电陶瓷变形发电的方式而言，这种形式具有更高的发电效率，而且结构简单，成本较低，易于实现。

Description

一种势能发电地板

技术领域

本发明涉及发电地板领域，尤其是涉及一种势能发电地板。

背景技术

相关技术中，一些发电地板利用的是压电陶瓷的机械变形转换成电能的方式进行发电，其结构特征是底部板体上固定有压电陶瓷片的一端，压电陶瓷的另一端悬空，底部板体上固定有限制上侧踩踏面板下降距离的机械限位结构，踩踏面板底部与压电陶瓷悬空端正对的位置处固定有下压点，当人体势能下压踩踏面板时，踩踏面板向下挤压压电陶瓷悬空端使压电陶瓷发生形变从而产生微弱电量并存储到电池里，同时机械限位结构限制踩踏面板的下降距离以保证压电陶瓷的变形量处于额定变形范围内，在这种结构形式中，踩踏面板的有效位移距离不能很大，而压电陶瓷本身的形变量又很小，因此靠压电陶瓷的形变收集到的人体重力势能很少，势能收集效率极低，并且压电陶瓷的造价很高，导致这种发电地板目前基本上只能作为展览产品使用，难以大规模广泛应用，因此需要设计一种全新结构的发电地板。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种势能发电地板。

本发明的技术方案如下：一种势能发电地板，包括：底板、面板和发电组件；

所述面板设于所述底板上方并与所述底板间隔开，所述面板与所述底板之间通过万向连接结构相连，所述万向连接结构被构造成使得所述面板可相对所述底板万向摆动；

所述发电组件包括发电机、第一压杆和第一弹性件；所述发电机设于所述底板上；所述第一压杆转动设于所述底板上，所述第一压杆斜向上设置且所述第一压杆的顶端始终与所述面板抵接，所述第一压杆与所述发电机的转轴通过传动机构相连，所述传动机构被构造成只当所述第一压杆向下转动时带动所述转轴转动；所述第一弹性件与所述第一压杆相连以带动所述第一压杆向上转动复位。

进一步地，所述万向连接结构包括球头和弧形槽，所述底板和所述面板的其中一个上设有所述球头，另一个上设有所述弧形槽，所述球头可万向转动地嵌设在所述弧形槽内。

进一步地，所述底板的中心处设有支撑座，所述支撑座上可拆卸设有支撑杆，所述支撑杆的上端设有所述球头，所述面板的底部中心处设有所述弧形槽。

进一步地，所述发电组件包括重力感应模块和控制模块；所述重力感应模块与所述控制模块相连，所述重力感应模块与所述面板接触以采集重力数据。

进一步地，所述发电组件包括电池，所述电池与所述发电机相连。

进一步地，所述传动机构包括第一单向轴承、第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述底板上转动设有第一转轴，所述第一压杆与所述第一转轴固定相连，所述第一转轴上设有所述第一单向轴承，所述第一锥齿轮设于所述第一单向轴承上，所述第一单向轴承用于当所述第一压杆向下转动时带动所述第一锥齿轮转动，所述发电机的转轴上设有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

进一步地，所述发电组件包括第二压杆和第二弹性件；所述底板上转动设有第二转轴，所述第二压杆与所述第二转轴固定相连，所述第二压杆斜向上设置且所述第二压杆的顶端始终与所述面板抵接，所述第二转轴上设有第二单向轴承，所述第二单向轴承上设有第三锥齿轮，所述第二单向轴承用于当所述第二压杆向下转动时带动所述第三锥齿轮转动，且所述第三锥齿轮的转向与所述第一锥齿轮的转向相反，所述第三锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合；所述第二弹性件与所述第二压杆相连以带动所述第二压杆向上转动复位。

进一步地，所述发电组件包括支撑轴，所述支撑轴固定设于所述底板上，所述支撑轴上设有分别转动设有第三压杆和第四压杆，所述第三压杆与所述第一压杆平行且二者之间连接有第一连杆，所述第一连杆与所述第一弹性件相连，所述第四压杆与所述第二压杆平行且二者之间连接有第二连杆，所述第二连杆与所述第二弹性件相连。

进一步地，所述底板和所述面板均为形状相等的矩形板，所述发电组件设置在所述底板的拐角处。

进一步地，所述底板的外周边缘处设有水平连接件。

和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

当人体踩踏面板使得面板向下摆动并迫使第一压杆向下转动时，第一压杆可以通过传动机构带动发电机的转轴转动，使得发电机发电，当面板复位时，第一弹性件可以带动第一压杆向上转动复位，而由于传动机构的特性，第一压杆复位时并不会带动发电机的转轴转动，由此可使得发电机只在人体踩踏面板时才会发电，以实现对人体重力势能的利用，相较于现有技术中利用压电陶瓷变形发电的方式而言，这种形式具有更高的发电效率，而且结构简单，成本较低，易于实现。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的剖视立体图；

图4是本发明的底板的立体图；

图5是图4中的部分结构的示意图。

附图标记：

1、底板；2、面板；3、发电组件；4、发电机；5、第一压杆；6、第一弹性件；7、球头；8、弧形槽；9、支撑座；10、支撑杆；11、重力感应模块；12、控制模块；13、电池；14、第一单向轴承；15、第一锥齿轮；16、第二锥齿轮；17、第一转轴；18、第二压杆；19、第二弹性件；20、第二转轴；21、第三锥齿轮；22、第二单向轴承；23、支撑轴；24、第三压杆；25、第四压杆；26、第一连杆；27、第二连杆；28、水平连接件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

下面参考附图图1-图4描述根据本发明实施例的势能发电地板，包括：底板1、面板2和发电组件3；

如图1所示，面板2设于底板1上方并与底板1间隔开，面板2与底板1之间通过万向连接结构相连，万向连接结构被构造成使得面板2可相对底板1万向摆动，也就是说，当人体向下踩踏面板2时，根据人体踩踏位置的不同，面板2可以朝任意方向摆动，从而可以提高面板2的转动灵活性。

如图3和图4所示，发电组件3包括发电机4、第一压杆5和第一弹性件6；发电机 4设于底板1上；第一压杆5转动设于底板1上，第一压杆5斜向上设置且第一压杆5 的顶端始终与面板2抵接，第一压杆5与发电机4的转轴通过传动机构相连，传动机构被构造成只当第一压杆5向下转动时带动转轴转动；第一弹性件6与第一压杆5相连以带动第一压杆5向上转动复位。

本装置的工作原理如下：当人体踩踏面板2使得面板2向下摆动并迫使第一压杆5向下转动时，第一压杆5可以通过传动机构带动发电机4的转轴转动，使得发电机4发电，当面板2复位时，第一弹性件6可以带动第一压杆5向上转动复位，而由于传动机构的特性，第一压杆5复位时并不会带动发电机4的转轴转动，由此可使得发电机4只在人体踩踏面板2时才会发电，以实现对人体重力势能的利用，相较于现有技术中利用压电陶瓷变形发电的方式而言，这种形式具有更高的发电效率，而且结构简单，成本较低，易于实现。

下面将详细介绍本装置的具体结构。

本实施例中，如图1所示，底板1和面板2均为矩形板，且二者形状相等，由此便于铺设。当然，在实际应用中，底板1和面板2也可以根据实际需求设计成别的形状，这里不做限制。

本实施例中，如图1所示，万向连接结构包括球头7和弧形槽8，底板1和面板2 的其中一个上设有球头7，另一个上设有弧形槽8，(即可以是底板1上设有球头7，面板2上设有弧形槽8，也可以是底板1上设有弧形槽8，面板2上设有球头7)，球头7 可万向转动地嵌设在弧形槽8内，由此可实现面板2的万向转动。

本实施例中，如图1所示，底板1的中心处设有支撑座9，支撑座9上可拆卸设有支撑杆10，支撑杆10的上端设有球头7，面板2的底部中心处设有弧形槽8，由此便于装置的拆装。具体地，支撑杆10与支撑座9螺纹连接。

本实施例中，发电机4的转轴处还设有加速器，由此当第一压杆5带动转轴转动发电时，设置的加速器可以提高转轴的转速，继而提高发电效率。

本实施例中，如图4所示，传动机构包括第一单向轴承14、第一锥齿轮15和第二锥齿轮16，底板1上转动设有第一转轴17，第一压杆5与第一转轴17固定相连，第一转轴17上设有第一单向轴承14，第一锥齿轮15设于第一单向轴承14上，第一单向轴承14用于当第一压杆5向下转动时带动第一锥齿轮15转动，发电机4的转轴上设有第二锥齿轮16，第一锥齿轮15与第二锥齿轮16啮合。

具体而言，当第一压杆5向下转动时，第一压杆5带动第一转轴17转动，此时第一单向轴承14处于锁死状态，第一转轴17通过第一单向轴承14带动第一锥齿轮15转动，第一锥齿轮15再带动第二锥齿轮16转动以实现发电机4的发电。

本实施例中，如图4所示，发电组件3包括第二压杆18和第二弹性件19；底板1 上转动设有第二转轴20，第二压杆18与第二转轴20固定相连，第二压杆18斜向上设置且第二压杆18的顶端始终与面板2抵接，第二转轴20上设有第二单向轴承22，第二单向轴承22上设有第三锥齿轮21，第二单向轴承22用于当第二压杆18向下转动时带动第三锥齿轮21转动，且第三锥齿轮21的转向与第一锥齿轮15的转向相反，第三锥齿轮21与第二锥齿轮16啮合；第二弹性件19与第二压杆18相连以带动第二压杆18 向上转动复位。

具体而言，参照图5，第二锥齿轮16设置在第一锥齿轮15和第三锥齿轮21之间，而且第一锥齿轮15和第三锥齿轮21的转动轴线共线，当第二压杆18向下转动时，第二压杆18带动第二转轴20转动，此时第二单向轴承22处于锁死状态，第二转轴20通过第二单向轴承22带动第三锥齿轮21转动，由于第三锥齿轮21的转向与第一锥齿轮 15的转向相反，因此第三锥齿轮21和第一锥齿轮15可共同带动第二锥齿轮16转动，而不会互相干涉，从而可以获得更高的发电效率，提高对重力势能的利用率。

本实施例中，如图4所示，发电组件3包括支撑轴23，支撑轴23固定设于底板1 上，支撑轴23上设有分别转动设有第三压杆24和第四压杆25，第三压杆24与第一压杆5平行且二者之间连接有第一连杆26，第一连杆26与第一弹性件6相连，第四压杆 25与第二压杆18平行且二者之间连接有第二连杆27，第二连杆27与第二弹性件19相连，由此第一压杆5、第三压杆24和第一连杆26之间可组成一个类似平行四边形的结构形式，第二压杆18、第四压杆25和第二连杆27之间也可组成一个类似平行四边形的结构形式，这种形式下，不仅相当于变相增加了第一压杆5和第二压杆18的数量，而且可使得多个第一压杆5和多个第二压杆18的排布更加均匀，从而可以更充分地收集踩踏过程中人体的重力势能。

为了进一步地提高发电效率，由于面板2可以万向转动，因此为了实现面板2不管朝向哪个方向转动均可以发电，发电组件3应为多个且分布在底板1的不同区域，由此，不仅有利于收集面板2向下踩踏过程发生位移时的势能，还有利于收集在踩踏过程面板 2因发生形变损失的势能。需要说明的是，多个发电组件3的具体排布形式不限，可根据实际情况选择，本实施例中共设置了四个发电组件3，分别排布在底板1的四个拐角处。

本实施例中，如图4所示，发电组件3包括电池13，电池13与发电机4相连，由此发电机4发出的电可以储存在电池13中。

本实施例中，发电组件3包括重力感应模块11和控制模块12；重力感应模块11与控制模块12相连，重力感应模块11与面板2接触以采集重力数据，由此使得地板在具有发电功能的同时还具有重力感应报警功能，进一步拓展了本装置的使用场景，控制模块12与电池13相连以对电池13进行调节控制。

本实施例中，如图4所示，底板1的外周边缘处设有水平连接件28，控制模块12 与水平连接件28相连。具体而言，本装置的供电输出接头设置在水平连接件28上，当多块发电地板通过水平连接件28连接在一起后，可以实现发电地板之间的供电***连接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种势能发电地板，其特征在于，包括：底板、面板和发电组件；

所述面板设于所述底板上方并与所述底板间隔开，所述面板与所述底板之间通过万向连接结构相连，所述万向连接结构被构造成使得所述面板可相对所述底板万向摆动；

所述发电组件包括发电机、第一压杆和第一弹性件；所述发电机设于所述底板上；所述第一压杆转动设于所述底板上，所述第一压杆斜向上设置且所述第一压杆的顶端始终与所述面板抵接，所述第一压杆与所述发电机的转轴通过传动机构相连，所述传动机构被构造成只当所述第一压杆向下转动时带动所述转轴转动；所述第一弹性件与所述第一压杆相连以带动所述第一压杆向上转动复位。

2.根据权利要求1所述的势能发电地板，其特征在于，所述万向连接结构包括球头和弧形槽，所述底板和所述面板的其中一个上设有所述球头，另一个上设有所述弧形槽，所述球头可万向转动地嵌设在所述弧形槽内。

3.根据权利要求2所述的势能发电地板，其特征在于，所述底板的中心处设有支撑座，所述支撑座上可拆卸设有支撑杆，所述支撑杆的上端设有所述球头，所述面板的底部中心处设有所述弧形槽。

4.根据权利要求1所述的势能发电地板，其特征在于，所述发电组件包括重力感应模块和控制模块；所述重力感应模块与所述控制模块相连，所述重力感应模块与所述面板接触以采集重力数据。

5.根据权利要求1所述的势能发电地板，其特征在于，所述发电组件包括电池，所述电池与所述发电机相连。

6.根据权利要求1所述的势能发电地板，其特征在于，所述传动机构包括第一单向轴承、第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述底板上转动设有第一转轴，所述第一压杆与所述第一转轴固定相连，所述第一转轴上设有所述第一单向轴承，所述第一锥齿轮设于所述第一单向轴承上，所述第一单向轴承用于当所述第一压杆向下转动时带动所述第一锥齿轮转动，所述发电机的转轴上设有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

7.根据权利要求6所述的势能发电地板，其特征在于，所述发电组件包括第二压杆和第二弹性件；

所述底板上转动设有第二转轴，所述第二压杆与所述第二转轴固定相连，所述第二压杆斜向上设置且所述第二压杆的顶端始终与所述面板抵接，所述第二转轴上设有第二单向轴承，所述第二单向轴承上设有第三锥齿轮，所述第二单向轴承用于当所述第二压杆向下转动时带动所述第三锥齿轮转动，且所述第三锥齿轮的转向与所述第一锥齿轮的转向相反，所述第三锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合；

所述第二弹性件与所述第二压杆相连以带动所述第二压杆向上转动复位。

8.根据权利要求7所述的势能发电地板，其特征在于，所述发电组件包括支撑轴，所述支撑轴固定设于所述底板上，所述支撑轴上设有分别转动设有第三压杆和第四压杆，所述第三压杆与所述第一压杆平行且二者之间连接有第一连杆，所述第一连杆与所述第一弹性件相连，所述第四压杆与所述第二压杆平行且二者之间连接有第二连杆，所述第二连杆与所述第二弹性件相连。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的势能发电地板，其特征在于，所述底板和所述面板均为形状相等的矩形板，所述发电组件设置在所述底板的拐角处。

10.根据权利要求1所述的势能发电地板，其特征在于，所述底板的外周边缘处设有水平连接件。

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