[实用新型]一种基于齿轮传动和飞轮储能的压力发电装置

说明书

本实用新型涉及一种基于齿轮传动和飞轮储能的压力发电装置，包括耐压部件和耐压壳体，耐压部件与耐压壳体上层之间设置有支撑耐压部件的弹性体，耐压部件上固定有齿条，在耐压壳体内设有多个具有单向旋转特性的棘轮，在耐压壳体内还设有齿轮结构、直流发电机、稳压电路和储能电池，其中每个棘轮的外轮与齿条啮合，每个棘轮的内轮与所述齿轮结构啮合，所述齿轮结构的转动轴与直流发电机的转子传动连接，直流发电机通过稳压电路与储能电池电性连接。本实用新型将齿轮传动与飞轮储能技术相结合，结构简单、体积小，易于生产和维护，降低了成本，也使得发电效率大大提高。

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，具体涉及一种基于齿轮传动和飞轮储能的压力发电装置。

背景技术

随着全世界对能源问题重视程度的增加，传统的能源行业由火力发电转向了以太阳能、风能为主的新能源发电，而少有人关注潜力巨大的微动能发电，也就是压力发电，压力发电技术可以应用在地板上、用于商场、教室等室内场所，也可以用在操场中如足球场、跑道，或公园等室外场所；压力发电技术也可以应用在减速带、公路等交通设施上。

目前的压力发电方案主要是基于压电效应的压电陶瓷发电，该项技术的原材料“压电陶瓷”成本高，而压电效应发电量小，多用于传感器方面。比如，刘淼、金振洲和陈晓琦发表于《科技创新与应用》2019年第12期上的论文“基于PZT压力发电的穿戴式俘能发电系统设计”以及申请号为201721619508.5的中国专利申请中公开了基于压电效应的压力发电方案，即利用某种特殊材料如压电陶瓷的压电效应，在其受到压力后，材料内部会产生极化现象，使得材料上下表面出现正负相反的电荷，进而产生电能。该方案的发电效率以及耐压程度与压电材料的选取有很大关系，并且成本昂贵，以色列研究院宣称以压电材料为基础研发了发电公路，但由于材料昂贵，成本极高，每公里达65万美元，尚未投入市场使用。

另外就是基于电磁感应原理进行发电，比如申请号为201820764682.7的中国专利申请中公开的，即利用弹簧支撑地板，在地板的上下两层分别安装铜线圈和永磁体，当踩下地板时，线圈和切割永磁体，利用电磁感应原理发电。相比于基于压电效应的压力发电方案，该方案虽然极大地降低了发电成本，但是由于在踩踏过程中，大部分能量以弹性势能的形式储存在了弹簧中，又以弹性势能的形式释放，导致实际由电磁感应原理产生的电能极少，使得发电效率极低。

此外，利用传统的齿轮传动结构发电的方案也很常见，但只能产生短暂的电能，并且只能利用压力产生的单方向位移发电，当位移结束、恢复平衡，便不再发电，并且大部分因为向下位移产生的重力势能被储存在弹簧中，最后又以弹性势能的形式释放，导致发电效率低。比如申请号为201610954111.5中国专利申请中公开的。利用传动齿轮驱动发电机直接发电的方案相比于上述两种方案具有相对较低的成本，和相对较高的发电效率。将压力产生的垂直位移通过传动齿条转换成传动齿轮的角位移，进而传递到发电机的转子上，拖动电机发电。但是传统的齿轮传动结构只能利用单向的位移发电，并且发电过程短暂、机械转矩小，导致发电效率依然很低，加上机械结构复杂，使得设备的生产成本和维护成本高。

实用新型内容

本实用新型正是为了解决上述问题而提出的一种基于齿轮传动和飞轮储能的压力发电装置。

本实用新型的技术方案为：

一种基于齿轮传动和飞轮储能的压力发电装置，包括耐压部件和耐压壳体，耐压部件与耐压壳体上层之间设置有支撑耐压部件的弹性体，耐压部件上固定有齿条，所述齿条从耐压壳体上层穿入耐压壳体内，在耐压壳体内设有多个具有单向旋转特性的棘轮，在耐压壳体内还设有齿轮结构、直流发电机、稳压电路和储能电池，其中每个棘轮的外轮与齿条啮合，每个棘轮的内轮与所述齿轮结构啮合，这些棘轮布置成在齿条下降过程中部分棘轮的内轮被外轮驱动转动，在齿条上升过程中其余部分的棘轮的内轮被外轮驱动转动，所述齿轮结构的转动轴与直流发电机的转子传动连接，直流发电机通过稳压电路与储能电池电性连接。

优选地，所述弹性体为弹簧或橡胶。