全文摘要
本实用新型公开了一种发电楼梯，包括楼梯本体，所述楼梯本体的每层阶梯上均设置有发电机构，所述发电机构包括踏板，所述踏板底端设置有左右对称分布的发电组件，所述发电组件包括连接板，所述连接板固定在踏板底端，所述连接板的左右两端设置有对称分布的第一发电单元，所述连接板下方设置有箱体，所述箱体内部设置有第二发电单元，本实用新型能够收集日常活动中产生的电能进行利用，具有良好的节能效果，设计合理，发电效率高，安装方便，适用性广泛。
主设计要求
1.一种发电楼梯，包括楼梯本体(1)，其特征在于：所述楼梯本体(1)的每层阶梯上均设置有发电机构(2)，所述发电机构(2)包括踏板(3)，所述踏板(3)底端设置有左右对称分布的发电组件(4)，所述发电组件(4)包括连接板(5)，所述连接板(5)固定在踏板(3)底端，所述连接板(5)的左右两端设置有对称分布的第一发电单元(6)，所述连接板(5)下方设置有箱体(7)，所述箱体(7)内部设置有第二发电单元(13)。
设计方案
1.一种发电楼梯，包括楼梯本体(1)，其特征在于：所述楼梯本体(1)的每层阶梯上均设置有发电机构(2)，所述发电机构(2)包括踏板(3)，所述踏板(3)底端设置有左右对称分布的发电组件(4)，所述发电组件(4)包括连接板(5)，所述连接板(5)固定在踏板(3)底端，所述连接板(5)的左右两端设置有对称分布的第一发电单元(6)，所述连接板(5)下方设置有箱体(7)，所述箱体(7)内部设置有第二发电单元(13)。
2.根据权利要求1所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述第一发电单元(6)包括弹簧片(8)，所述弹簧片(8)包括水平边与斜边，所述水平边固定在箱体(7)顶端，所述斜边设置在水平边朝向连接板(5)的一端，所述连接板(5)的外侧壁上设置有凸台(10)，所述凸台(10)设置在斜边顶端，所述斜边底端安装有压电元件(9)。
3.根据权利要求2所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述压电元件(9)为由PVDF与树脂复合制成的压电板。
4.根据权利要求1所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述第二发电单元(13)包括滑板(11)，所述滑板(11)固定在连接板(5)底端，所述箱体(7)内部设置有安装槽(16)，所述安装槽(16)内部底端设置有空气弹簧(17)，所述滑板(11)的底端延伸至安装槽(16)内部，并与空气弹簧(17)相连接，所述滑板(11)的左右两端均设置有齿轮组(12)，所述齿轮组(12)底端连接有压板(14)，所述压板(14)底端设置有均匀分布的三组直线发电机(15)。
5.根据权利要求4所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述齿轮组(12)包括传动齿轮(20)、增速齿轮(22)与连动齿轮(23)，所述滑板(11)通过连接结构(19)与传动齿轮(20)相连接，所述增速齿轮(22)设置在传动齿轮(20)远离滑板(11)的一侧，且增速齿轮(22)朝向传动齿轮(20)的一端设置有连接轴(21)，所述连接轴(21)的外侧壁上设置有轮齿，所述传动齿轮(20)与连接轴(21)啮合连接，所述增速齿轮(22)远离滑板(11)的一侧啮合连接有连动齿轮(23)，所述连动齿轮(23)上转动连接有连接杆(24)，所述连接杆(24)的底端转动连接在压板(14)上。
6.根据权利要求5所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述连接结构(19)包括固定轴(26)，所述固定轴(26)固定在传动齿轮(20)上，所述滑板(11)的两端设置有对称分布的齿条(18)，所述齿条(18)啮合连接有驱动齿轮(25)，所述驱动齿轮(25)套在固定轴(26)外周，且驱动齿轮(25)与固定轴(26)之间设置有单向轴承(27)，所述驱动齿轮(25)与单向轴承(27)的外圈固定连接，所述固定轴(26)与单向轴承(27)的内圈固定连接。
7.根据权利要求4所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述直线发电机(15)包括外壳(28)与动子轴(29)，所述外壳(28)为硅钢外壳，所述外壳(28)的内侧壁上开设有若干均匀分布的卡槽(30)，所述卡槽(30)中卡装有定子线圈(31)，所述动子轴(29)的顶端与压板(14)相连接，所述动子轴(29)的底端延伸至外壳(28)内部，所述动子轴(29)位于外壳(28)内部的部分外周套装有若干第一永磁体(32)和第二永磁体(33)。
8.根据权利要求7所述的一种发电楼梯，其特征在于：所述第一永磁体(32)的磁通方向朝向定子线圈(31)的中心轴线，所述第二永磁体(33)的磁通方向背离定子线圈(31)的中心轴线，所述第一永磁体(32)和第二永磁体(33)依次交替分布，且第一永磁体(32)、第二永磁体(33)的顶端和底端均设置有隔磁层(34)。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及楼梯技术领域，具体为一种发电楼梯。
背景技术
随着人类对电能的大量需求的同时，人们也发现要利用太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能等新型能源来减少甚至代替不可再生资源的利用。但人类自己产生的机械能例如行走，白白将产生的机械能通过摩擦力、热能等形式浪费掉了。我们每次上下楼梯时都会克服自身重力来消耗机械能，而我国楼梯一般设计规范是楼梯踏步宽度不应小于260mm，踏步高度不应大于175mm。假设一个体重60kg的人住在不配备电梯的小区三楼，小区每节楼梯约10级台阶，因此一次上下楼共踩了80个台阶，那么消耗了约3600J的机械能，如果拿全国人来计算，便是很大的数字。现在虽然也有通过压电陶瓷或发电机来产生电能的地板，但效率都不高，且并不适用楼梯。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种发电楼梯，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种发电楼梯，包括楼梯本体，所述楼梯本体的每层阶梯上均设置有发电机构，所述发电机构包括踏板，所述踏板底端设置有左右对称分布的发电组件，所述发电组件包括连接板，所述连接板固定在踏板底端，所述连接板的左右两端设置有对称分布的第一发电单元，所述连接板下方设置有箱体，所述箱体内部设置有第二发电单元。
优选的，所述第一发电单元包括弹簧片，所述弹簧片包括水平边与斜边，所述水平边固定在箱体顶端，所述斜边设置在水平边朝向连接板的一端，所述连接板的外侧壁上设置有凸台，所述凸台设置在斜边顶端，所述斜边底端安装有压电元件。
优选的，所述压电元件为由PVDF与树脂复合制成的压电板。
优选的，所述第二发电单元包括滑板，所述滑板固定在连接板底端，所述箱体内部设置有安装槽，所述安装槽内部底端设置有空气弹簧，所述滑板的底端延伸至安装槽内部，并与空气弹簧相连接，所述滑板的左右两端均设置有齿轮组，所述齿轮组底端连接有压板，所述压板底端设置有均匀分布的三组直线发电机。
优选的，所述齿轮组包括传动齿轮、增速齿轮与连动齿轮，所述滑板通过连接结构与传动齿轮相连接，所述增速齿轮设置在传动齿轮远离滑板的一侧，且增速齿轮朝向传动齿轮的一端设置有连接轴，所述连接轴的外侧壁上设置有轮齿，所述传动齿轮与连接轴啮合连接，所述增速齿轮远离滑板的一侧啮合连接有连动齿轮，所述连动齿轮上转动连接有连接杆，所述连接杆的底端转动连接在压板上。
优选的，所述连接结构包括固定轴，所述固定轴固定在传动齿轮上，所述滑板的两端设置有对称分布的齿条，所述齿条啮合连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮套在固定轴外周，且驱动齿轮与固定轴之间设置有单向轴承，所述驱动齿轮与单向轴承的外圈固定连接，所述固定轴与单向轴承的内圈固定连接。
优选的，所述直线发电机包括外壳与动子轴，所述外壳为硅钢外壳，所述外壳的内侧壁上开设有若干均匀分布的卡槽，所述卡槽中卡装有定子线圈，所述动子轴的顶端与压板相连接，所述动子轴的底端延伸至外壳内部，所述动子轴位于外壳内部的部分外周套装有若干第一永磁体和第二永磁体。
优选的，所述第一永磁体的磁通方向朝向定子线圈的中心轴线，所述第二永磁体的磁通方向背离定子线圈的中心轴线，所述第一永磁体和第二永磁体依次交替分布，且第一永磁体、第二永磁体的顶端和底端均设置有隔磁层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、本实用新型是通过人类每天的上下楼梯所产生的机械能结合自身的重量，来产生相应的电能，可将人们在平时的走路、爬楼等动作中，产生不连续的电能并通过储能装置收集起来，在需要的时候进行供电、照明；现在生活中经常看到楼梯如住宅楼房、户外天桥或学校到处都有楼梯，如果把每个楼梯的踏步都进行改装，能够大大减少公共施设用电，相当于减少因生产电能对环境的污染；
2、本实用新型通过机械结构设计，可以很好的嵌入到楼梯的踏步内，在被踩下短短的距离内，可以通过机械结构进行增速，带动直线发电机进行最大化的做功发电；
3、传统的发电地板只适用于平路，且安装麻烦，成本偏高，本实用新型将单独的发电装置组为整体，使之适用于多种环境，不只安装楼梯，还可以安装平地，有安装方便、便捷，且成本低等优点。
附图说明
图1为一种发电楼梯的结构示意图；
图2为一种发电楼梯中发电机构的俯视图；
图3为一种发电楼梯中发电组件的结构示意图；
图4为一种发电楼梯中第二发电单元的结构示意图；
图5为一种发电楼梯中连接结构的结构示意图；
图6为一种发电楼梯中直线发电机的结构示意图；
图7为一种发电楼梯中发电机构与外界储能装置连接的整流电路图。
图中：1-楼梯本体，2-发电机构，3-踏板，4-发电组件，5-连接板，6-第一发电单元，7-箱体，8-弹簧片，9-压电元件，10-凸台，11-滑板，12-齿轮组，13-第二发电单元，14-压板，15-直线发电机，16-安装槽，17-空气弹簧，18-齿条，19-连接结构，20-传动齿轮，21-连接轴，22-增速齿轮，23-连动齿轮，24-连接杆，25-驱动齿轮，26-固定轴，27-单向轴承，28-外壳，29-动子轴，30-卡槽，31-定子线圈，32-第一永磁体，33-第二永磁体，34-隔磁层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～7，本实用新型提供一种技术方案：一种发电楼梯，包括楼梯本体1，所述楼梯本体1的每层阶梯上均设置有发电机构2，所述发电机构2包括踏板3，所述踏板3底端设置有左右对称分布的发电组件4，所述发电组件4包括连接板5，所述连接板5固定在踏板3底端，所述连接板5的左右两端设置有对称分布的第一发电单元6，所述连接板5下方设置有箱体7，所述箱体7内部设置有第二发电单元13。
根据楼梯的台阶宽度、高度等限制，通常一级台阶可集成两个发电组件4，包括2组第二发电单元13与4组第一发电单元6，以实现复合发电。
所述第一发电单元6包括弹簧片8，所述弹簧片8包括水平边与斜边，所述水平边固定在箱体7顶端，所述斜边设置在水平边朝向连接板5的一端，所述连接板5的外侧壁上设置有凸台10，所述凸台10设置在斜边顶端，所述斜边底端安装有压电元件9。
所述压电元件9为由PVDF与树脂复合制成的压电板。
本实用新型选用PVDF和树脂复合的压电元件，这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具备压电常数高的特点。将压电元件9固定在弹簧片8上，行人踩踏过程中使弹簧片8受力形变从而带动压电元件9形变进而发电。由于弹簧片8的形状，当齿条在踩踏作用下下沉约1cm时，弹簧片也随之下沉1cm时形变，但压电片的形变却很小，这样在不影响压电片发电的同时也保证了压电片不会被损坏。
所述第二发电单元13包括滑板11，所述滑板11固定在连接板5底端，所述箱体7内部设置有安装槽16，所述安装槽16内部底端设置有空气弹簧17，所述滑板11的底端延伸至安装槽16内部，并与空气弹簧17相连接，所述滑板11的左右两端均设置有齿轮组12，所述齿轮组12底端连接有压板14，所述压板14底端设置有均匀分布的三组直线发电机15。
所述齿轮组12包括传动齿轮20、增速齿轮22与连动齿轮23，所述滑板11通过连接结构19与传动齿轮20相连接，所述增速齿轮22设置在传动齿轮20远离滑板11的一侧，且增速齿轮22朝向传动齿轮20的一端设置有连接轴21，所述连接轴21的外侧壁上设置有轮齿，所述传动齿轮20与连接轴21啮合连接，所述增速齿轮22远离滑板11的一侧啮合连接有连动齿轮23，所述连动齿轮23上转动连接有连接杆24，所述连接杆24的底端转动连接在压板14上。
所述连接结构19包括固定轴26，所述固定轴26固定在传动齿轮20上，所述滑板11的两端设置有对称分布的齿条18，所述齿条18啮合连接有驱动齿轮25，所述驱动齿轮25套在固定轴26外周，且驱动齿轮25与固定轴26之间设置有单向轴承27，所述驱动齿轮25与单向轴承27的外圈固定连接，所述固定轴26与单向轴承27的内圈固定连接。
驱动齿轮25、传动齿轮20、连接轴21的轮齿、增速齿轮22与连动齿轮之间的齿数比为1：6：1：4：3，从而利用齿轮组对滑板11下降的动作进行放大，提高直线发电机15的发电效率。
当滑板11受力向下运动时，齿条18带动驱动齿轮25运动，驱动齿轮25带动单向轴承27咬合后，带动固定轴26转动，进而带动传动齿轮20运动，然后带动连接轴21运动，导致增速齿轮22带动连动齿轮23运动，使直线发电机15的动子轴29上下往复运动来发电。当人离开踏板后，滑板11被空气弹簧17顶起，使齿条18向上运动，带动驱动齿轮25反向运动，但因为使用了单向轴承27，齿轮组12不会因此动作，使直线发电机15的动子轴29依然随着惯性继续运动到底。
所述直线发电机15包括外壳28与动子轴29，所述外壳28为硅钢外壳，硅钢导磁性好，以便减少齿槽效应和减少涡流损耗，保证电机的效率达到最高，所述外壳28的内侧壁上开设有若干均匀分布的卡槽30，所述卡槽30中卡装有定子线圈31，相邻的卡槽30间形成槽齿，便于引导磁力线，降低磁阻，所述动子轴29的顶端与压板14相连接，所述动子轴29的底端延伸至外壳28内部，所述动子轴29位于外壳28内部的部分外周套装有若干第一永磁体32和第二永磁体33。
定子线圈31和永磁体之间约有1mm的距离，便于产生气隙磁场，也保证动子正常进行上下往返运动，以达到线圈切割磁力线的作用。
所述第一永磁体32的磁通方向朝向定子线圈31的中心轴线，所述第二永磁体33的磁通方向背离定子线圈31的中心轴线，所述第一永磁体32和第二永磁体33依次交替分布，且第一永磁体32、第二永磁体33的顶端和底端均设置有隔磁层34。
通过利用永磁的材料来产生磁场，因为永磁体本身具有磁性，无需额外装置，靠本身就可以在周围产生磁场，因此优于用励磁线圈来产生磁场。构成动子磁极的永磁体磁通方向都是垂直于定子线圈31的中心轴线的，也就是径向发出磁通。磁通进入有导磁作用的外壳28后，便沿着槽齿流向相邻的槽齿，再回归磁极，形成一个闭合回路。通过磁通的流动方向可知，磁通流动形成平面与定子线圈31形成的平面是相互垂直的，符合直线发电机的特性。
因为发电需外界压力做功，做功时间随机性较强，产生电能不恒定，因此需要对产生的电能进行整流储存才能够进行供电，通过如附图7所示的整流电路将发电机构2与外界的蓄电池等储能装置相连接，以便于存储电能。
本实用新型中的楼梯如采用宽300mm，高150mm的台阶，一级台阶两个发电单元，一个发电单元拥有6个直线发电机、2块压电元件，因此行人上下楼梯时能踩下12个电机、4块压电元件工作，而直线发电机一个来回约产生10瓦的电能，压电元件的瞬时形变也可产生约0.3瓦的电能。经计算当发电机组内部的齿条下沉1cm时经过增速齿轮带动后一个电机约能产生25瓦的电能，即一个发电机组约产生360瓦电能，因此行人一步能产生约722瓦的电能。设天桥的一级台阶每天有100人走过，及每天一级台阶可产生72200瓦的电能。假设行人踩踏到发电机工作的过程时间为两秒，这约能产生12度电。因此该设计有着很大的潜在价值。此装置在环保的同时下能根据每天行人的数量和步数来产生相应的电能供路边的电子设备使用，这一定程度上节省了给电子设备供电的能源并让行人步行时的能量得以回收，且可以将人步行消耗的能量以不同的方式回收，以达到最大化的回收效率，且安装方便快捷适用于多种地形。本实用新型具有较好的研究意义和实用价值。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920064252.9
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:34(安徽)
授权编号:CN209299067U
授权时间:20190823
主分类号:H02K 7/18
专利分类号:H02K7/18;E04F11/104
范畴分类:37B;
申请人:淮南联合大学
第一申请人:淮南联合大学
申请人地址:232038 安徽省淮南市田家庵区洞山西路
发明人:吕东芳;宋雷震
第一发明人:吕东芳
当前权利人:淮南联合大学
代理人:叶丹
代理机构:34122
代理机构编号:合肥鼎途知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计