一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案
楼梯式踩踏发电机
楼梯踩踏发电装置设计说明书钟日钊刘怀礼李兆飞【摘要】随着社会用电量的日益增加，产生非传统发电方式发电设备的社会需求，本设计作品能使日常生活中的上下楼梯动作转化为电能。
楼梯踩踏发电装置的齿轮传动放大机构将踏板下沉的运动行程放大15倍，皮带轮连接发电机带动齿轮，发电机产生的不稳定电流输入整流器中，输出的稳定直流电输入蓄电池中。
完成重力势能转化为动能再转化为电能的过程。
【关键词】楼梯踩踏齿轮传动放大机构直流发电机1.研制背景及意义1.1研制背景当今世界的环境现状面临巨大的挑战，亟待解决。
在这种情况下，急需新的能源，节能装置，新能源装置来缓解环境问题，能源问题。
踩踏发电这一方案，在目前是节能减排的手段技术之一。
目前，在踩踏发电装置上已经有了各种不同的研究方案以及项目，然而每一种方案都有不同程度的局限性，因而需要不断提出新的解决方案。
从日常生活入手是一个方便而可行可靠的途径，因此，踩踏发电装置在新的节能装置中会占有一席之地，将会有很大发展空间。
2.设计方案2.1 设计原理本设计采用在楼梯上安装踩踏发电的装置回收电能。
原理是：将上下楼梯时人的重力势能转换为机械能，再由机械能转换为电能。
应用的基本理论为：电磁感应原理。
总体结构由四部分构成：①踏板装置（直接踩踏部分）；②传动与转换装置（主要由杠杆，齿轮及复位弹簧组成）。
基本流程：当实验人，踩在安装有踏板发电装置的楼梯上，使楼梯踏板发生位移，传动装置将此位移放大，转换为线圈的转动，进而切割磁感线，生成电流，之后弹簧复位，恢复。
本设计具有以下优点：①上下楼梯时重力势能的改变比在平地上步行时的重力势能改变要大，所以产生的电量更大；②装置结构简单，易于检修；③节约能源，环保。
图2-1 设计方案2.2机械部分机械部分主要由两部分组成，分别是齿轮传动放大机构和弹簧复位系统。
以机件运行顺序为例进行说明，踩踏发电地板上的活动面板下沉，下固定有齿条带动超越离合器让齿轮单向转动，经由齿轮Z1、Z2、Z3、Z4、Z5的一级级啮合实现路径放大，最终传动至皮带轮，皮带轮附有皮带，连接发电机转轴部分，通过发电结构，产生稳定不稳定电流。
一种基于上下往复式健身设备的分布式发电系统设计
运动 的健 身设 备上进 行 改进 ， 比如有 氧 自行 车 、 圆 椭
机等， 而更具 普遍 性 的健 身 设 备是 利 用 重 物 的重 量
２ 设 计 方 案
总体设计 方案 如 图 １ 所示 。
进行 上下 往复 运 动 ， 现在 尚没 有 发 电装 置 可 以利 用 这类 健 身设备 发 电。 目前 ， 多 数健 身房 都 已初 具 大 规模 ， 原来投 入 的健身 设备很 多 ， 其全 部更新 为新 将 型可发 电设 备会造 成原 有设 备 的巨大 浪费 。如果 能 够 开 发一种健 身 房专 用 的发 电装 置 ， 在不 影 响 原 有 健 身设 备正 常工 作 的前 提 下 ， 用 人 们健 身 的能 量 利
第３ ４卷 第 ８期
２１ ０ ２年 ８月
华 电 技 术
Ｈｕ ｄ ａ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｉｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ８ １３ ． Ａｕ ． ｇ ２０１ ２
一
种 基 于 上 下 往 复 式 健 身 设 备 的 分 布 式 发 电 系统 设 计
张宇。张行 史 良宵 林灏凡 郝 关娟 耿 江华 季志远。 ， ， ， ， ， ，
机械 传 动机 构 包括 ： 棘 轮 齿轮 ① ， ， ； ３个 ⑤ ④ ２
ｌ 可 行 性 分 析
（） １ 该装 置 独 立 于 原 有 健 身 设 备 ， 会 影 响其 不
正常工作 ， 只要将其中一个靠近地面的定滑轮换为
个棘轮皮带轮⑧ ， ； 个定滑轮⑨ ； ⑩ １ ４根轴 ； 个永 １ 磁 交流 发 电机 ； 轴 承 ； 体 ； 带 轮⑦ ； 齿 轮 ８个 箱 皮 ３个 ②， ， ③ ⑥。图 ２为机械传动图。 假 设 滑轮 顺 时针 转 动 ， 时 只有 棘 轮齿 轮 ① 转 此
大学生创新创业项目-基于活塞效应的升降电梯风能利用
基于活塞效应的升降电梯风能利用作品内容简介一种升降电梯发电装置，它是建立在活塞效应的基础上，通过升降电梯在运行时产生的风能进行发电利用，得到的电能可以回馈于电梯内部照明系统。
装置依附于电梯井内，包括风叶转动模块、差速模块、蓄能模块和发电模块。
该装置是对小型系统发电价值的进一步探索，一定程度上缓解了部分地区能源供应紧张的问题。
1 研制背景及意义城市建筑内升降电梯已经普及，通过了解升降电梯的运行特征，可得知其耗电量巨大，这也是居民小区电梯费昂贵的原因。
能源是经济之本，是人类生活的依存，能够有效利用各种类型的能源是明智的。
本装置设计上深入研究升降电梯的运行过程，利用活塞效应来进行发电，一定程度上可以补偿电梯运行和内部照明消耗的电能。
2 设计方案2.1风叶转动模块当升降电梯在电梯井内运行时，井内的空气被电梯箱带动而顺着前进的方向流动，而由于井内空间几乎是封闭的，可通过活塞运动进行模拟。
图1 升降电梯模拟图根据活塞效应，电梯运行时在电梯井内产生的风速远大于电梯的运行速度。
设计装置利用风叶来捕获风能，将风叶安装在电梯井的四壁。
不同类型的风叶，转换效率不同，须根据升降电梯的运行特征进行分析和选择。
考虑到电梯井内空间有限，采用这种小型扁扇叶。
图2 扇叶示意图并将它们每隔一段距离安装到电梯井内。
图3 安装示意图2.2差速模块由于升降电梯运行时速有限，为使风叶能够顺利转动，需要设计差速模块，使得即使在风速不大的时候，风叶也能转动。
图4 差速模块结构图当直径相同时，叶片数多的小风机先转动，基于此，在内圈小叶片之外套上大叶片，内部配以大齿轮与发电机的小齿轮，形成高齿轮比。
这样，当低风速时，大叶片相对先转动，带动内圈小叶片克服阻力峰值，当内圈转速大于外圈时，无须带动外圈叶片。
这样既可以降低风力机的启动速度，又不失最高速度。
2.3蓄能模块实际上由于活塞效应产生的风速是不均匀的，为了获得更高的能量转换效率，使用蓄能装置储存机械能，再将其转化为电能。
一种收集电梯运行时的压电发电装置[发明专利]
![一种收集电梯运行时的压电发电装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2ff888f9f18583d0486459b2.png)
专利名称：一种收集电梯运行时的压电发电装置专利类型：发明专利
发明人：何丽鹏,余刚,周子明,顾祥丰,王仕诚,贾玉博申请号：CN202011051005.9
申请日：20200929
公开号：CN112202311A
公开日：
20210108
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种收集电梯运行时的压电发电装置，用于直接收集重力势能的发电装置。
本发明主要由固定轴、圆形磁铁、壳体、滑动套筒、电磁线圈、压电振子、左端弹簧和右端弹簧组成。
利用电梯上下运行时产生的重力势能致使该装置内部的滑动套筒做垂直运动，固定轴内的圆形磁铁就会与滑动套筒内部的电磁线圈做切割磁感线运动产生电磁发电；滑动套筒垂直运动的同时，压电振子上的矩形磁铁就会与壳体内部的条形磁铁磁力耦合致使压电振子变形而产生电能；达到压电—电磁的发电模式；压电发电和电磁发电同时进行，俘能产生的电压短时间内可以达到最大。
在压电—电磁发电技术领域具有很好的应用前景。
申请人：长春工业大学
地址：130012 吉林省长春市延安大街2055号
国籍：CN
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一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案
一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案电梯发电是利用电梯上下运动的动能转换为电能的技术。
这种技术利用了电梯在运动过程中产生的动能，通过一系列的装置将其转化为电能，从而实现发电。
电梯发电具有环保、高效、可再生的特点，可以为建筑物或城市供电，并且可以有效节约能源。
1.动能转换装置：在电梯井内安装动能转换装置，该装置可以将电梯上下运动的动能转换为电能。
一种常见的设计是采用电磁感应原理，通过电磁感应装置将电梯的运动能量转变为电能。
2.电能存储装置：将转换得到的电能存储起来，以便后续使用。
可以使用电池或超级电容器等储能装置进行储存。
也可以将电能接入到建筑物或城市的电网中，以实现电力的分配和利用。
3.电梯控制系统的优化：通过对电梯的控制系统进行优化，将电梯的上下运动控制在最佳状态。
可以使用智能控制算法和传感器等技术，根据乘客的需求和电力需求来控制电梯的上下运动，以最大程度地提高发电效率。
4.发电功率的监测与管理：监测电梯发电的功率输出，并进行实时的功率管理。
可以使用功率监测装置和数据采集系统，对发电功率进行监控和管理，以提高发电效率和减少能源浪费。
5.安全性管理：在设计和安装电梯发电系统时，需要重视安全性。
要确保动能转换装置和电能存储装置的安全性，采用防护措施，防止意外事故的发生。
同时，要确保电梯正常运行和乘客的安全。
6.系统集成与优化：将电梯发电系统与建筑物或城市的电力系统进行集成，并进行优化。
为了最大程度地提高发电效率和节约能源，可以将电梯发电系统与其他可再生能源发电系统（如太阳能、风能等）进行协同发电。
电梯发电技术有望成为未来可持续发展的关键技术之一、通过充分利用电梯运动的动能，可以有效地实现能源的再生利用。
随着技术的不断进步和应用的推广，电梯发电有望在各个领域得到广泛应用，为我们的生活和社会带来更多的便利和可持续发展。
一种基于上下往复式健身设备的分布式发电系统设计
一种基于上下往复式健身设备的分布式发电系统设计张宇1，张行1，史良宵2，林灏凡1，郝美娟2，耿江华2，季志远3(1.华北电力大学电力工程系，河北保定07丨000;2.华北电力大学动力工程系，河北保定071000;3.华北电力大学计算机科学与技术学院，河北保定071000)摘要:介绍了由往复式健身设备中选定的定滑轮替代品、棘轮、轴承、齿轮、皮带轮、小功率交流永磁发电机、整流稳压装置、充电电路、蓄电池组等模块组成的分布式发电系统，其典型特征是不论选定的定滑轮替代品做 正方向或反方向转动，都能够通过棘轮机构实现转向一致的终端输出，并通过齿轮组的提速带动发电机发电，最终达到了利用往复式运动健身设备来发电的目的，符合节能减排的要求。
实验数据表明，对平均发电功率 为200 W,最小重物为31.56 kg的设备，1.68年可以收回成本：关键词:健身设备;定滑轮;棘轮机构;双向输人单向输出；发电机;蓄电池组目前已研制出的可发电健身设备成本非常高，且将现有设备更换为可发电健身设备需要很长的周期。
从技术上说，这些发电装置都是在利用圆周运动的健身设备上进行的改进，比如有氧自行车、椭圆机等等,而更具普遍性的健身设备是利用重物的上下往复运动，现在尚没有可以利用 这类健身设备发电的装置。
本文介绍了利用上下 往复式健身设备发电，并保持健身设备与发电设 备相互独立。
这种健身房专用的发电装置，既能 保持原有健身设备正常T.作，对利用人们健身的 能量来发电。
1设计方案系统的总体设计方案见图1。
系统具有如下 特点：(1)独立于原有健身设备，只要将其中一个 靠近地的定滑轮换为箱体外面的定滑轮9,即不 会影响其正常工作；（2)利用健身设备发电，符合 节能减排的要求；（3)机械传动装置零件标准化, 箱体设计专业化，利于大规模生产，可大大降低成 本；（4)装置成本低，成本周期短，健身房乐于接 受；（5)符合《公共建筑节能设计标准》、《节能减 排设计标准》，通用性强；（6)降低健身房成本，从侧面为健身房贏取更多利润。
一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案
一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案✌ ♎♏♦♓♑⏹ ♦♍♒♏❍♏ ♐☐❒ ♑♏⏹♏❒♋♦♓⏹♑ ♏●♏♍♦❒♓♍♓♦⍓ ♌⍓ ◆♦♓⏹♑ ♏●♏❖♋♦☐❒ ◆☐ ♋⏹♎ ♎☐♦⏹ ❍☐♦♓☐⏹广东广都电扶梯部件有限公司何先学 / HE Xianxue华南理工大学何焕锋/HE Huangfeng随着电梯的普及，电梯的能耗问题越来越受到人们的重视。
人们已经在研究和利用利用电梯的上下运动来发电 并用蓄电池储存起来，可提供给轿厢照明、应急灯及风扇用，以实现更科学地利用能源。
本文提供了一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案。
１，设计方案1.1，本案发电系统设计思路及目的该发电系统安装在电梯轿厢上，随电梯轿厢运动，由相关机构带动发电机运转发电。
如图１所示，该发电系统由驱动机构、转向控制机构、转速调节装置、直流发电机、稳压控制器、蓄电器等组成，蓄电器所储存的电量可供给ＬＥＤ照明、紧急呼叫电话和应急灯用，也可通过逆变器转换成交流电；尤其是在市电停电下作为备用电源使用。
1.2，工作原理如图２所示，直流发电机、转速调节装置、转向控制机构及驱动机构均安装在轿顶的底座上。
将一条钢丝绳上端固定在井道顶面，顺着井道垂直向下，下端连接张紧配重；钢丝绳穿过驱动机构。
其工作原理是：当电梯向上或向下运动时，钢丝绳在摩擦力的作用下带动驱动机构的摩擦轮旋转，驱动机构通过动力输出轴把运动转给只能单向输出的转向控制机构，转向控制机构把运动输入到速度调节装置，通过速度调节装置带动直流发电机发电。
2,结构设计2.1,驱动机构本案的驱动机构由导压轮、摩擦轮、连接板、动力输出轴和导压轮轴组成。
如图3所示，导压轮与轴是间隙配合，可自由转动；摩擦轮与动力输出轴通过键紧配合。
悬挂在井道顶面的钢丝绳穿过摩擦轮和导压轮，在张紧配重的作用下，保持钢丝绳与摩擦轮的摩擦力。
连接板安装在动力输出轴上，可自由摆动。
动力输出轴的法兰端与转向控制机构的动力输入轴连接。
创意大赛 基于能量转换的楼梯发电装置
基于能量转换的楼梯发电装置摘要：本装置主要利用人下楼梯时的重力势能的改变量以及上楼梯时所做的小部分功，利用装在台阶上的多组类鼓风装置压缩空气，通过管道将产生的空气集中，从而利用汇聚的大股压缩空气吹动叶片（装在转子上），转子带动传动装置将低处水槽内的水带到高处（一般为楼的顶层，与具体的要求有关）的蓄水池中内，在积攒一定量的水后，打开闸门，使水流从闸门泻出，从高处流下，带动小型水力发电机工作，进而产生电能；水则再次进入到位于低处的水槽中，以便实现循环流动。
关键词：楼梯发电能量转换水力发电气动原理创意来源：新世纪全球面临严峻的气候问题以及能源问题，在这一国际大背景下，如何充分利用现有能源，并减少不可再生能源的消耗成为各方关注的焦点，加上近年来国家大力提倡节能减排，使用绿色能源。
本装置即是在此大背景下所设想出来的。
创意来源于注意到平时下课时下楼梯的人很多，这种情况下大量重力势能被白白浪费掉，而没有充分的加以利用，从而想到若能将此部分能量加以利用，则可以起到节能减排的作用。
国内外相关技术发展情况：圣公会李炳中学的学生已设计出一套利用人群上下楼梯产生电能的装置，但主要利用的是手摇式手电筒的工作原理，在该系统中，优点是能量只经过一级转化，故能量损失较小，且利用切割磁感线发电，发电效率较高，且设备附加了光敏电阻装置，从而能控制能量的释放与储存。
缺点是由于采用较多的金属组件，原材料的消耗较大，另外由于在未加光敏电阻前，不能将产生的电能储存并在必要时调用。
大连大学机械工程学院的学生设计出一种转化装置，其利用的是内置的电池，但并未给出更多的说明。
伦敦一家建筑公司开展一个类似项目，研制出一种“震动能量吸收工具”，处女作将会是一段楼梯，楼梯踏板里边会设有水压或压电设备。
通过这个技术，可以把行人爬楼梯时的踏步能量收集起来，转化为电流。
这个设计的优点是可应用范围广，缺点是机构较复杂，可行性不高，且考虑到其精密性，上下楼梯时过大的冲击力对其损害也值得担忧。
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一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案
A design scheme for generating electricity by using elevator up and down motion
广东广都电扶梯部件有限公司何先学 / HE Xianxue
华南理工大学何焕锋/HE Huangfeng
随着电梯的普及，电梯的能耗问题越来越受到人们的重视。
人们已经在研究和利用利用电梯的上下运动来发电,并用蓄电池储存起来，可提供给轿厢照明、应急灯及风扇用，以实现更科学地利用能源。
本文提供了一种利用电梯上下运动进行发电的设计方案。
１，设计方案
1.1，本案发电系统设计思路及目的
该发电系统安装在电梯轿厢上，随电梯轿厢运动，由相关机构带动发电机运转发电。
如图１所示，该发电系统由驱动机构、转向控制机构、转速调节装置、直流发电机、稳压控制器、蓄电器等组成，蓄电器所储存的电量可供给ＬＥＤ照明、紧急呼叫电话和应急灯用，也可通过逆变器转换成交流电；
尤其是在市电停电下作为备用电源使用。
1.2，工作原理
如图２所示，直流发电机、转速调节装置、转向控制机构及驱动机构均安装在轿顶的底座上。
将一条钢丝绳上端固定在井道顶面，顺着井道垂直向下，下端连接张紧配重；钢丝绳穿过驱动机构。
其工作原理是：当电梯向上或向下运动时，钢丝绳在摩擦力的作用下带动驱动机构的摩擦轮旋转，驱动机构通过动力输出轴把运动转给只能单向输出的转向控制机构，转向控制机构把运动输入到速度调节装置，通过速度调节装置带动直流发电机发电。
2,结构设计
2.1,驱动机构
本案的驱动机构由导压轮、摩擦轮、连接板、动力输出轴和导压轮轴组成。
如图3所示，导压轮与轴是间隙配合，可自由转动；摩擦轮与动力输出轴通过键紧配合。
悬挂在井道顶面的钢丝绳穿过摩擦轮和导压轮，在张紧配重的作用下，保持钢丝绳与摩擦轮的摩擦力。
连接板安装在动力输出轴上，可自由摆动。
动力输出轴的法兰端与转向控制机构的动力输入轴连接。
如图4所示，连接板上安装导压轮的孔为长型孔，可左右移动，调节钢绳与摩擦轮的包角。
2.2,转向控制机构
2.2.1,机械结构
本案所述的转向控制机构为双转向输入，单转向输出机构，由机座、主动齿轮、从动齿轮、同步轮A、同步轮B、同步带、单向输出轴和紧固用的螺栓组成。
如图5所示，驱动机构的动力输出轴法兰端用螺栓紧固在主动齿轮上，主动齿轮与单向输出轴之间是采用单向滚动轴承连接，主动齿轮中心孔与单向滚动轴外圈通过键紧配合，单向输出轴与单向滚动轴承内圈通过键紧配合，如图6所示；从动齿轮与从动轴之间也是采用单向滚动轴承连接，其单向滚动轴承转向与前者同向；同步轮B和同步轮A分别与单向输出轴和从动轴通过键紧配合,由同步带传递转动。
2.2.2,工作原理
假设需求单向输出转向为逆时针，则所采用的单向滚动轴承为逆时针传动，顺时针空转。
当电梯上升时，钢丝绳带动摩擦轮顺时针旋转，驱动机构的动力输出轴则顺时针旋转，带动主动齿轮顺时针旋转空转，驱动从动齿轮逆时
针传递转向，同步轮A则逆时针转动，同步带驱动同步轮B逆时针转动，
从而实现了单向输出轴逆时针转动。
相反，当电梯下降时，钢丝绳带动
摩擦轮逆时针旋转，主动齿轮直接通过单向滚动轴承带动单向输出轴逆
时针转动；同时，主动齿轮带动从动齿轮顺时针传递空转。
2.3,转速调节装置
如图7所示，本案所述的转速调节装置由带轮A、带轮B、三角带构成，带轮A通过键安装在转向机构的单向输出轴上，带轮B通过键安装在直流发电机的输入轴上。
其调速原理：通过更换直径大小不同的带轮A和带轮B，可把输入直流发电机的转速控制在一定范围内。
3，结语
本文所阐述的设计方案，提供了一种利用电梯的升降运动来发电的有效思路；
其产生的电能经过稳压控制板后，由蓄电池储存电能，可以供给低耗电的设施使用；尤其在是停电时，及时提供电能给轿厢内通风、照明和通话设施等，具有积极的意义。
参考文献
【1】［塞尔维亚］斯洛博丹N 乌克塞维克（Slobodan N Vukosavic）.电机.机械工业出版社. 2015.
【2】戴文进，徐龙权，张景明.电机学.清华大学出版社.2008.
【3】丁树模 .机械工程学. 机械工业出版社 .2010.。