產生電能的裝置的製作方法

2023-10-05 23:24:34 1

專利名稱：產生電能的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有權利要求1所述特徵的產生電能的裝置。
電氣或電子裝置，或直接連接在供電網上，或由電池或蓄電池驅動。其中，蓄電池可以是溼電池，乾電池或結構緊密型電容器電池。可充電的電儲存器在放電之後必須通過相應的充電器充電。採用蓄電池的缺點是，它們僅僅藉助供電網或通常採用汽油或柴油驅動的備用發電機組才可被充電。備用發電機組的缺點是體積大，重量重並因此在購置和維護方面很昂貴。因此通常沒有常規的備用發電機組用於放電後的蓄電池的重新充電。假如在海上，在森林裡或在群山中沒有供電網的場合下，或許必須攜帶多個已充電的蓄電池，以便隨後安裝在要驅動的電器裝置上。由於蓄電池不僅重且價格昂貴，這種解決方案通常不實用。一旦所攜帶的蓄電池沒電了，由蓄電池所驅動的裝置，如無線電話、測量或報警裝置、定位系統等在被重新充電之前無法使用。
因此本發明的目的在於提供一種裝置，藉助它可由人產生電能，該能量可用於驅動電子裝置或為一個或多個蓄電池的再充電。
按照本發明，上述目的將通過具有權利要求1所述特徵的裝置來達到。本發明裝置的其它優選實施形式在從屬權利要求中給出。
本發明裝置的優點是尺寸小且重量輕。它可或由人手工操作或以特殊方式操作。本發明裝置利用的是壓電效應，藉助該效應通過壓電元件把機械能轉換成電能。該裝置具有不止一個，而是多個壓電元件，尤其是晶體，它們最好多次藉助壓力施載的裝置被加壓，因此通過壓電元件的機械形變可在此產生用來驅動電子裝置或對電儲存器，如蓄電池充電的電壓。在壓電元件上產生的電壓由一個相應的和作為現有技術已十分熟知的電路整理並調整成適合於電子裝置或蓄電池的工作電壓。
作為本發明裝置一種可能的實施形式，可藉助一個操縱裝置移動至少一個撞擊元件，該撞擊元件對至少一個壓電元件施壓。在該實施形式中，人們在使用電子裝置或對蓄電池充電時必須持續使用本發明裝置。在本發明裝置的另一優選實施形式中，操縱本發明裝置的人可藉助一個操縱裝置對一個機械儲能器儲能。機械儲能器可以是一個例如可由人預施壓的彈簧。預施壓的彈簧能在需要時被用來這樣移動對壓電元件施壓的撞擊元件即在壓電元件上產生電壓，該電壓用來驅動連接在本發明裝置上的裝置或對蓄電池充電。
在另一實施形式中，本發明裝置本身具有一個蓄電池，它與本發明裝置成一體，它所儲存的電能可被用來驅動電子裝置或對另外的蓄電池充電。由此確保本發明裝置在需要時提供足夠的電能，以完成所希望的事情。利用該裝置，可在該裝置本身不必輸出能量時產生並儲存能量。
很顯然，本發明裝置可有任意多個壓電元件。每個壓電元件可設有一個對該壓電元件施壓的撞擊元件。也可考慮，多個撞擊元件依次對一個壓電元件施壓。此外也可使撞擊元件循環對設在圓周上的壓電元件施壓。為避免可能的震動，具有優點的是，作為成壓電元件設有多個撞擊元件。
為使蓄電池可以充電，設有一個充電電子元件，它控制並調整充電過程，尤其是充電電流和充電電壓。
下面將參照圖示進一步解釋本發明裝置的不同實施形式。


圖1具有壓電元件的第一機構的橫截面圖2a和2b本發明裝置的另一機構的側視圖和俯視圖；圖3採用圖1中機構的本發明裝置的橫截面圖；圖4對拉力彈簧施壓的加緊機構的俯視圖、側視圖和主視圖，拉力彈簧所儲存的能量用於驅動圖2a和2b中採用的錘式機構；圖5帶有圖4所示操縱裝置的錘式機構的總體結構；圖6產生工作電壓的電子線路。
圖1示出了本發明裝置的第一實施例的截面圖，其中，在一個外殼部分1內設有四個壓電換能器3a至3d。一個繞A軸旋轉的內側部分2具有多個空腔2a，其內部可徑向移動地設有撞擊部件4。撞擊元件4的外部輪廓與內側部分2的空腔2a這樣適配，即部件4僅僅可沿徑向移動。撞擊元件4徑向向外由同樣設在空腔2a內的彈簧元件5施壓。撞擊元件4由彈簧元件5徑向向外擠壓在外側部分1的導向面1a上。外側部分1的導向面1a這樣形成，即撞擊元件4通過內側部分2沿箭頭方向旋轉四分之一圓周時克服彈簧元件5的彈力被壓入空腔2a內。一旦撞擊元件4被完全壓入其相應的空腔2a內時，撞擊元件4越過外側元件1的導向面1a的一個邊稜1b。越過邊稜1b後，撞擊元件4由此刻開始加壓的彈簧元件5徑向向外加速，並撞在徑向向外錯開設置的壓電元件3a至3d上。撞擊元件4撞在壓電元件3a至3d上後產生形變，並由於壓電效應而由此產生電壓，該電壓由一個圖6所示的電子線路計量並形成能源供應。在內側部分2繞A軸旋轉一整周過程中，每個撞擊元件4總共四次由導向面1a壓入相應的空腔2a內並由四個邊稜1b這樣鬆開即儲存在彈簧元件5內的彈力使撞擊元件4徑向向外加速。
壓電元件3a至3d這樣設置在外側部分1內即它們與導向面粘合封閉或略微超出它們，因此，撞擊元件4在內側部分2旋轉時從壓電元件3a至3d的表面到達導向面1a。
圖1所示的實施形式可這樣改變即設置多於或少於四個撞擊元件或壓電元件。撞擊元件和壓電換能器最好這樣環繞軸A的圓周分布設置，即在內側部分轉動時產生儘可能小的震動。為避免這種震動，可繞內側部分2的圓周設置5個或7個撞擊裝置，它們僅僅對3個壓電換能器依次施壓。
結果證明，藉助壓力脈衝而形成的突發施壓有助於本發明裝置的能量產生。
圖2a和2b示出了本發明裝置的另一實施形式，其中，小的錘式撞擊元件40利用其撞擊面41使壓電換能器30a至30d循環形變。撞擊元件設置成搖杆，其中一個臂44的自由端與一個尤其是凸輪或齒輪的驅動輪共同起作用，它在輪旋轉時至少一次，尤其多次偏轉並重新放開搖杆。圖2a示出了裝置的這種狀態，即搖杆40不偏轉，而是直接對壓電換能器30a施壓。彈簧50在撞擊元件40偏轉時由傳動裝置20施壓。當搖杆40藉助傳動裝置20被放開時，搖杆40通過被施壓的彈簧迅速彈回到其初始位並利用其撞擊面41脈衝式撞擊壓電換能器30a，該壓電換能器通過形變產生可測得的電壓。在基板10上可旋轉地設置多個繞軸42周圍的、設置成搖杆的撞擊元件40。由此，撞擊元件可旋轉地設在基板10上兩個軸承43之間。由突輪或齒輪20組成的傳動裝置同樣設在基板10上兩個軸承21之間。
很顯然，可並排在基板19上設置任意多搖杆形式的撞擊元件。同樣也可根據實施形式設置一個強弱得當的回拉彈簧50。同樣也可考慮，撞擊元件像圖2所示那樣導回到初始位置，但不是通過彈簧，而是通過傳動裝置20的一個導向杆強制實現。此外，該實施形式的另一結構可這樣考慮，即撞擊元件40可在驅動裝置20的兩個止擋位置之間往復運動，其中，搖杆40的不與驅動裝置共同起作用的那隻臂的兩個彼此分開的撞擊面，分別對處在最大偏轉位置的壓電換能器脈衝式施壓。
在圖3所示本發明裝置的實施形式中，圖1所示的機構設在一個殼體內，其中，圖1所示機構安排在兩個殼體部分8b和8c之間。內側部分2通過一個軸W與一個螺旋彈簧7相連。可藉助一個旋轉頭形式的操縱裝置9經一個傳動裝置對螺旋彈簧7施壓。一個止動裝置11，12，13避免螺旋彈簧7意外卸壓。如果軸W沿這樣的方向旋轉即在該方向上螺旋彈簧被施壓，則內側部分2由於其連接在中間的離合器，尤其是棘輪偶合器而不一起旋轉。當止動裝置11鬆開，則螺旋彈簧7被卸壓，然後軸沿圖1所示方向旋轉並通過棘輪離合器驅動內側部分2，由此，撞擊元件4依次周期性脈衝式對壓電換能器3a至3d施壓。該旋轉裝置這樣設計即旋轉頭不隨同移動。不過也可考慮，為簡化機構，旋轉頭一同轉動。當螺旋彈簧拉緊時，止動機構11用來使軸僅僅沿一個方向旋轉，也就是沿預施壓方向旋轉。
為使圖3所示的裝置安裝簡便，此裝置由三個殼體部分8a,8b和8c組成，其中，圖6所示的電路(圖3中未示出)同樣可設在裝置的殼體內。殼體尺寸最好這樣即它可以舒適地拿在操作人手中，尤其外側形狀應這樣，即可確保裝置操作人在操作旋轉頭時可以牢靠地握持。
圖4示出了本發明裝置的一個施壓裝置的另一實施形式，在此，藉助一個操縱杆64對兩個拉力彈簧68預施壓。為此在一個基板60上裝配有兩個導軌61，一個齒杆62可在二者之間滑動。導軌61各自攜帶一個軸承座65，在其軸承內有一個軸與和齒杆62同步的齒輪66一起轉動。如果僅僅通過操縱杆64並藉助棘輪傳動裝置使齒輪66逆箭頭旋轉，則齒杆逆箭頭方向向左移動。兩個拉力彈簧68在兩個軸承座63和67之間被施壓。軸承座67牢固地與裝配板60連在一起。相反，軸承座63與齒杆62牢固地連在一起。當齒杆62藉助操縱裝置64向左逆箭頭方向經過齒輪66移動時，向兩個拉力彈簧68施壓。藉助一個用於使兩個預受壓的彈簧釋放能量的止動機構，或稱止動裝置，使齒杆62在裝置拉緊時不可能沿箭頭方向移動。如果未示出的止動裝置鬆開，則齒杆62藉助預施壓的拉力彈簧68沿箭頭方向移動，而齒輪66同樣沿箭頭方向移動並用來驅動圖1或2所示的機構。
圖5舉例示出圖2和圖4中所示裝置的裝配圖。在此，裝配板10固定在軸承座65上，由此齒輪20與齒輪66嚙合。
同樣也可是這樣的即圖4所示施壓裝置與圖1所示結構組合在一起。在此，齒輪66在將儲存在拉力彈簧68內的能量釋放的同時使內側部分旋轉。
圖6示出了一個由壓電元件產生的電壓轉換成電能的的基本電路。每個壓電元件K串聯一個二極體，因此確保單向退耦。任意多個這樣的由二極體和壓電元件組成的串聯電路被並聯到一個電容C和一個齊納二極體ZD上。電容C在此用作中間儲存元件，由壓電元件通過壓力產生的電能首先被收集其中，然後通過電阻R繼續傳輸給要充電的蓄電池V或傳給電器裝置，即終端用戶。
該電路僅僅舉例示出，它可根據相應的結構補充。它們是通常公知的，因此可由作用相當的電路代替。
結果證明，作為壓電換能器可採用陶瓷、晶體、合成體或非晶質揉性體。本發明裝置基於這樣的原理即一個手動提升系統對一個機械裝置預施壓，該機械儲存的能量通過壓電裝置被轉換成電能。該壓電元件的一個電路則使壓電元件產生的電壓可用。任意的手動提升系統均可被採用。圖中舉例示出的提升系統可任意放大或縮小比例並可適合相應的任何比例。該裝置此外還含有一個監控電路，它監控要充電的蓄電池，即電儲存器的充電狀態。
權利要求
1．一種藉助壓電效應產生電能的裝置，其中，該裝置特別地具有一個手動元件，至少一個壓電換能器和一個提取由該壓電換能器產生的電壓的電子線路，其特徵在於，該裝置還具有至少一個可藉助裝置操作者的手或腳操縱的操縱裝置(9)，其中，可以直接藉助操縱裝置(9)或一個傳動裝置對至少一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加壓。
2．按照權利要求1所述的裝置，其特徵在於，可藉助操縱裝置(9)，張緊至少一個彈簧(7)，尤其是拉簧、壓簧、板簧、螺旋彈簧或扭簧，儲存在該彈簧(7)內的機械能在需要時可釋放出來，用於對至少一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加壓。
3．按照權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，在彈簧(7)和至少壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)之間連接有一個傳動裝置，和/或在彈簧(7)與操縱裝置(9)之間連接有一個傳動裝置。
4．按照權利要求3所述的裝置，其特徵在於，在彈簧(7)與操縱裝置(9)之間有一個接合器，尤其是換向接合器。
5．按照權利要求1至4之任一項所述的裝置，其特徵在於，為產生能量，連續或相繼對至少一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加壓，尤其藉助一個撞擊元件(4,40)加壓。
6．按照權利要求1至5之任一項所述的裝置，其特徵在於，每一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)設有至少一個撞擊元件(4,40)，尤其是撞針。
7．按照權利要求1至6之任一項所述的裝置，其特徵在於，撞擊元件(4)依次對多個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)加壓。
8．按照權利要求6或7所述的裝置，其特徵在於，依次加速撞擊元件(40)，使它以高速撞擊壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)。
9．按照權利要求1至8之任一項所述的裝置，其特徵在於，多個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)給一個公共的儲能器，尤其是電容充電。
10．按照權利要求1至9之任一項所述的裝置，其特徵在於，卸壓的彈簧(7)驅動一個其上面可徑向移動地設置至少一個撞擊元件的軸(2)，同時，彈簧(5)徑向向外對撞擊元件施壓，而軸(2)旋轉時，導向面(1a)在某一角度範圍內克服彈簧(5)的力徑向向內移動撞擊元件，而在另一角度範圍內，導向面(1a)將撞擊元件(4)鬆開，使撞擊元件(4)由彈簧(5)徑向向外加速，並撞擊在一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d)上。
11．按照權利要求10所述的裝置，其特徵在於，撞擊元件(4)在軸(2)每轉一周時被多次由導向面(1a)徑向向外移動然後被放開，使撞擊元件(4)每一周多次對設在軸(2)圓周上的壓電換能器(3a,3b,3c,3d)施壓。
12．按照權利要求10或11所述的裝置，其特徵在於，一個空心圓桶(1)的內壁構成導向面(1a)。
13．按照權利要求12所述的裝置，其特徵在於，手動元件具有至少和壓電換能器一樣多的撞擊元件。
14．按照權利要求10至13之任一項所述的裝置，其特徵在於，多個壓電換能器(3a,3b,3c,3d)沿圓周方向設在導向面(1a)內。
15．按照權利要求10至14之任一項所述的裝置，其特徵在於，至少壓電換能器(3a,3b,3c,3d)的撞擊面的沿旋轉方向的邊稜近似與導向面(1a)對齊或徑向向外與導向面(1a)相反地設置。
16．按照權利要求1至9之任一項所述的裝置，其特徵在於，卸壓彈簧(7)通過一個傳動裝置驅動至少一個特別是設置成搖杆形式的撞擊元件(40)同時，撞擊元件(40)彈簧(7)卸壓過程中利用其撞擊面(41)多次撞擊至少一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d)。
17．按照權利要求16所述的裝置，其特徵在於，卸壓彈簧(7)相繼的克服另一彈簧(50)的力使撞擊元件(40)的撞擊面(41)離開壓電換能器(3a,3b,3c,3d)。
18．按照權利要求16所述的裝置，其特徵在於，撞擊元件具有兩個撞擊面，其中每個撞擊面各自配有一個壓電換能器，一個傳動裝置這樣將彈簧儲存的能量轉換成撞擊元件的往復運動，即撞擊元件的撞擊面交替撞擊兩個壓電換能器(3a,3b,3c,3d)。
19．按照權利要求16至18之任一項所述的裝置，其特徵在於，多個撞擊元件相鄰設置，其中，撞擊元件為可繞一個軸擺動的搖杆，它的一個臂的末端具有至少一個撞擊面，卸壓的彈簧通過一個傳動裝置驅動另一臂的末端。
20．按照權利要求16至19之任一項所述的裝置，其特徵在於，傳動裝置是一個可旋轉支承的輪或可旋轉支承的輥，其中，輪或輥具有繞其軸分布的至少一個使齒輪偏轉的伸出部分或齒輪，其中，該伸出部分或齒輪在一定偏轉角或旋轉角之後鬆開撞擊元件，使它通過一個彈簧被特意加速，並利用其撞擊面撞擊一個壓電換能器。
全文摘要
本發明涉及一種藉助壓電效應產生電能的裝置,其中,該裝置具有至少一個手動元件,至少一個壓電換能器和一個計量由該壓電換能器產生的電壓的電子線路,該裝置還具有至少一個可藉助裝置操作者的尤其手或腳操縱的操縱裝置(9),在此,直接藉助操縱裝置(9)或通過一個傳動裝置對至少一個壓電換能器(3a,3b,3c,3d,30a,30b,30c,30d)施壓。
文檔編號H02N2/18GK1310865SQ99808915
公開日2001年8月29日 申請日期1999年9月4日 優先權日1998年10月2日
發明者彼得·黑勒 申請人:彼得·黑勒