本發(fā)明涉及用于通過重力作用下的質(zhì)量塊下降來產(chǎn)生電能的便攜式設(shè)備。

背景技術(shù)：

可從Deciwatt有限公司(公司編號08589358)獲得并在WO2011/045606和WO2014/195681中描述的GravityLight^TM產(chǎn)品是便攜式電能產(chǎn)生裝置，其被設(shè)計為向不能接入電力網(wǎng)的客戶提供照明。具體地說，GravityLight^TM被設(shè)想為取代在發(fā)展中國家使用的有害煤油燈，其中這種設(shè)備的低成本對于其接受和了解至關(guān)重要。通過以下步驟操作該設(shè)備：由用戶提起質(zhì)量塊(通過抓握質(zhì)量塊或拉動配重)，然后釋放質(zhì)量塊，于是該質(zhì)量塊在其下降時為發(fā)電機(jī)提供動力，從而產(chǎn)生足夠的電能來提供光源，或者為諸如無線電設(shè)備或充電電池等電子裝置提供電力。然而，與其它照明和電力系統(tǒng)相比，該設(shè)備具有缺點(diǎn)，例如，它不提供連續(xù)的電力。當(dāng)質(zhì)量塊被提起時，驅(qū)動皮帶(鏈輪帶)經(jīng)由棘輪系統(tǒng)在相反方向上重新卷繞，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)解耦并且暫時不產(chǎn)生電力。因此，用戶可能需要在完全黑暗的環(huán)境下安全地(經(jīng)過配重)提起重質(zhì)量塊。這僅在每二十分鐘左右發(fā)生幾秒鐘，并且已被用戶普遍接受作為這種新型自由運(yùn)行照明的不可避免的特征

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于產(chǎn)生電能的便攜式設(shè)備，所述設(shè)備包括：

電能產(chǎn)生裝置，其響應(yīng)于輸入機(jī)械動作而發(fā)電；

重力驅(qū)動的驅(qū)動器，其用于通過懸掛質(zhì)量塊在重力作用下的下降來將所述機(jī)械動作供應(yīng)到所述電能產(chǎn)生裝置；以及

重激勵機(jī)構(gòu)，其適于使所述重力驅(qū)動的驅(qū)動器能夠在所述質(zhì)量塊升高的同時進(jìn)行操作。

因此，提供了一種設(shè)備，該設(shè)備通過如下方式克服了現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷：輸出連續(xù)動力，而不管質(zhì)量塊是在重力作用下下降還是被用戶升高(相對于地面)。這種連續(xù)系統(tǒng)為設(shè)備的用戶開創(chuàng)了不同的使用模式。當(dāng)操作現(xiàn)有技術(shù)的GravityLight^TM時，因為光/電力在重繞過程期間將停止輸出，因此用戶通常不會在質(zhì)量塊撞擊地面之前提起質(zhì)量塊，并且這增加了重激勵操作的頻率。然而，本文描述的系統(tǒng)允許用戶通過部分地提升質(zhì)量塊來定期“加滿動力”，例如，每當(dāng)用戶使質(zhì)量塊移動時不會失去光/電力。這種方式還為無線電或充電電池等產(chǎn)生了更有用的連續(xù)電力。

本申請人已經(jīng)設(shè)想了能夠使該裝置連續(xù)運(yùn)行的各種方法。一種這樣的方法是使用發(fā)電機(jī)對電池進(jìn)行充電，然后可以在提升期間為燈供電。除了提供充電電池(以及適當(dāng)?shù)碾娐?相對昂貴之外，該方法還具有額外的缺點(diǎn)，即所產(chǎn)生的能量高達(dá)一半通過電池充電和放電循環(huán)而損失。實現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行的另一種可能方式是使用彈簧來存儲足夠量的能量以在提升期間(例如，約五秒)為燈提供電力。然而，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。此外，它在設(shè)備中產(chǎn)生了額外的故障點(diǎn)，并且向用戶施加壓力以快速地提升質(zhì)量塊。另一種方法是將兩個GravityLight^TM裝置一起使用，使得當(dāng)一個裝置的質(zhì)量塊被提升時，另一個裝置仍在工作。然而，這具有一些缺點(diǎn)：除非所有附接設(shè)備(例如，外圍作業(yè)燈或無線電)在GravityLight^TM裝置之一達(dá)到下降周期盡頭時也被同樣地接管，但這增加了成本，另外，需要額外電路來處理在兩個GravityLight^TM發(fā)電機(jī)的輸出電連接時必須避免的回流電流，這降低了效率和/或增加了成本。改進(jìn)方法于是在于：將單個發(fā)電機(jī)與兩個單獨(dú)的質(zhì)量塊和驅(qū)動器組合，以降低一些成本。然而，這種方法的缺點(diǎn)在于：需要安裝點(diǎn)來雙重支撐質(zhì)量塊，或者當(dāng)僅一個重物驅(qū)動系統(tǒng)而另一個重物正在等待被提起或正被提起時，電力輸出減少至僅一半。這還因允許兩個質(zhì)量塊順暢地經(jīng)過彼此所需的間隙而增加了尺寸。

然而，在本文中這些問題因重激勵機(jī)構(gòu)的設(shè)置而被解決，該重激勵機(jī)構(gòu)適于使重力驅(qū)動的驅(qū)動器能夠在質(zhì)量塊升高的同時進(jìn)行操作。重激勵機(jī)構(gòu)可以使重力驅(qū)動的驅(qū)動器在重激勵過程期間在質(zhì)量塊被提升的同時受到質(zhì)量塊的重力。例如，質(zhì)量體可以懸掛在回路上，并通過縮短所述回路的一側(cè)而升高。另外，即使質(zhì)量塊本身被提升，質(zhì)量塊也可以通過其重量經(jīng)由所述回路的另一側(cè)的持續(xù)行進(jìn)來對重力驅(qū)動的驅(qū)動器持續(xù)施加機(jī)械動作/力。該重激勵過程(或重激勵動作)涉及將機(jī)械功輸入到設(shè)備中，該設(shè)備將所述功轉(zhuǎn)換成已被升高的質(zhì)量塊形式的一定量重力勢能，該重力勢能然后逐漸轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電能產(chǎn)生裝置的動能。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：與其它來源(例如，煤油或太陽能)不同，重力勢能可以在一天中的所有時間自由地產(chǎn)生。因此，該裝置可以以最小成本進(jìn)行生產(chǎn)，然后運(yùn)行而無需持續(xù)的成本。此外，與充電電池(例如)不同，裝置的效率將不會隨時間而顯著惡化。

為了向電能產(chǎn)生裝置供應(yīng)機(jī)械動作，特別有利的是，其中，重力驅(qū)動的驅(qū)動器包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)和細(xì)長柔性部件，其中，在使用時，所述細(xì)長柔性部件與驅(qū)動機(jī)構(gòu)和質(zhì)量塊聯(lián)接，以便提供操作用的重力。細(xì)長柔性部件優(yōu)選地為鏈輪帶、鏈條、皮帶或繩。合適的繩的實例是串珠簾線。驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以包括例如鏈輪、齒輪、齒形輪、無齒輪或轂盤。細(xì)長柔性部件可以是閉合環(huán)形回路。為了實現(xiàn)裝置的重激勵或“重加載”，重力驅(qū)動器的細(xì)長柔性部件還優(yōu)選地與重激勵機(jī)構(gòu)聯(lián)接。細(xì)長柔性部件有利地在重激勵過程期間保持質(zhì)量塊與重力驅(qū)動機(jī)構(gòu)之間的繃緊。這允許來自質(zhì)量塊重量的驅(qū)動在質(zhì)量塊被提升的同時被傳遞到發(fā)電裝置。還優(yōu)選地，細(xì)長柔性部件在重激勵過程期間保持質(zhì)量塊與重激勵機(jī)構(gòu)之間的繃緊。

提供了這樣的進(jìn)一步益處：其中，重激勵機(jī)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的每一者在沿著細(xì)長柔性部件的不同位置處同時串聯(lián)聯(lián)接。在這種情況下，設(shè)備優(yōu)選地構(gòu)造為：在重激勵過程期間，所述不同位置之間的細(xì)長柔性部件的長度被改變。還優(yōu)選地，在重激勵過程期間，用戶抓握細(xì)長柔性部件的所述長度的一部分且對細(xì)長柔性部件施加力，以便改變所述長度并提起質(zhì)量塊。

有利的是，細(xì)長柔性部件形成第一回路和第二回路，所述質(zhì)量塊僅懸掛在第一回路上，其中，通過拉動第二回路從而增加所述第二回路的長度并減小第一回路的長度來提升所述質(zhì)量塊。第一回路和第二回路形成相同細(xì)長柔性部件的相應(yīng)懸掛部分。這相對于現(xiàn)有技術(shù)具有特別的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量塊可以提升到比用戶自然可達(dá)到的高度高的高度，因此質(zhì)量塊可以下降更長時間，從而在需要重激勵系統(tǒng)之前允許在更長持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生電力。此外，如果用戶向下拉動細(xì)長柔性部件來提升質(zhì)量塊，而不是通過抓握和提升質(zhì)量塊本身來直接提升質(zhì)量塊，則發(fā)生不拉緊的機(jī)會較少。

重激勵機(jī)構(gòu)優(yōu)選地設(shè)置有重激勵部件。該重激勵部件可以是細(xì)長柔性部件的形式，例如鏈輪帶、鏈條、皮帶或繩，并且通常設(shè)置為環(huán)形回路。與重力驅(qū)動的驅(qū)動器的細(xì)長柔性部件不同，重激勵機(jī)構(gòu)的細(xì)長柔性部件的可被拉動以提升質(zhì)量塊的長度通常始終保持恒定。這使用戶能夠抓握重激勵部件來旋轉(zhuǎn)重激勵機(jī)構(gòu)從而提升質(zhì)量塊，而與質(zhì)量塊下降的距離無關(guān)。在一些實施方式中，重激勵部件本身還可以包括踏板系統(tǒng)或踏板。此外，重激勵部件可以設(shè)置為重繞部件。另外作為選擇，重激勵機(jī)構(gòu)可以包括單向棘輪和/或手搖曲柄。

提供了這樣的明顯益處：其中，重激勵機(jī)構(gòu)布置成提供就由下降質(zhì)量塊提供的力而言的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，使得提升質(zhì)量塊所需的力小于由質(zhì)量塊產(chǎn)生的重力。這使用戶能夠更容易地提起質(zhì)量塊(使老年人、兒童和殘疾人受益)，并且使用戶能夠潛在提起比它們通過抓握質(zhì)量塊本身能夠提升的重量更重的質(zhì)量塊。

目前，如果使用現(xiàn)有技術(shù)的GravityLight^TM裝置，則用戶通常更喜歡抓握和提起質(zhì)量塊本身而不是拉動配重。然而，通過提供上述布置，可以有利地減小提升質(zhì)量塊所需的力(例如，通過傳動裝置)。一旦建立了舒適的拉力，通過改變例如提升系統(tǒng)中的傳動裝置，盡管會更慢卻可以提升更重的質(zhì)量塊。為了允許系統(tǒng)僅在一個方向上旋轉(zhuǎn)，重激勵機(jī)構(gòu)可以優(yōu)選地包括棘爪鏈輪。

作為選擇，或除此之外，重激勵機(jī)構(gòu)優(yōu)選地包括扭簧離合器，所述扭簧離合器包括：重繞鏈輪，其具有與其同軸的中央心軸；以及螺旋彈簧，其卷繞在心軸上。螺旋彈簧構(gòu)造為當(dāng)沿第一方向?qū)⒘恐翟谂ぞ仡A(yù)定操作范圍(該范圍包括發(fā)電時的“正?！笔褂门ぞ?內(nèi)的扭矩施加在重繞鏈輪上時對心軸施加夾持力，所述夾持力足以防止重繞鏈輪沿所述第一方向的旋轉(zhuǎn)。在重激勵過程期間，當(dāng)沿與第一方向相反的第二方向?qū)⑴ぞ厥┘釉谥乩@鏈輪上時，螺旋彈簧進(jìn)一步構(gòu)造為與心軸分離，以便允許重繞鏈輪沿第二方向的旋轉(zhuǎn)。這具有與棘輪不同的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，扭簧離合器不產(chǎn)生喀噠聲。

在現(xiàn)有技術(shù)GravityLight^TM的情況下，系統(tǒng)直接受到用戶能夠或愿意提升的負(fù)載的全部力?？梢栽O(shè)想到，這種受用戶限制的重量可能大大超過系統(tǒng)的額定最大值，從而導(dǎo)致因剝離的齒輪齒而造成的系統(tǒng)故障。本文提供了用于保護(hù)設(shè)備免受這種損壞的各種解決方案，這些方案可以根據(jù)需要獨(dú)立使用或組合使用。下面描述的這種過載保護(hù)機(jī)構(gòu)通常根據(jù)懸掛質(zhì)量塊施加在齒輪上的扭矩進(jìn)行操作，而不是按照WO2014/195681中的在設(shè)備懸掛點(diǎn)處的總向下力進(jìn)行操作。如將要討論的那樣，這對于本文所述的連續(xù)電力形成具有特定的益處。

因此，提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)：其中，根據(jù)沿第一方向施加在重繞鏈輪上的扭矩位于所述預(yù)定操作范圍內(nèi)且超過第一卷繞扭矩閾值的第一卷繞過載條件，螺旋彈簧的第一部分構(gòu)造為位移預(yù)定量。在這種情況下，扭簧離合器還包括第一開關(guān)形式的卷繞扭矩傳感器。當(dāng)滿足第一卷繞過載條件時，所述第一開關(guān)響應(yīng)于螺旋彈簧的第一部分的所述位移而可操作地提供狀態(tài)的電變化。優(yōu)選地，卷繞扭矩傳感器還包括報警裝置(例如，LED或可聽到的警報)，該報警裝置構(gòu)造為當(dāng)滿足第一卷繞過載條件時響應(yīng)于由第一開關(guān)提供的狀態(tài)的電變化來提示用戶。

還優(yōu)選地，扭簧離合器還包括卷繞過載保護(hù)器，該卷繞過載保護(hù)器可操作地構(gòu)造為防止夾持力超過預(yù)定量值，夾持力的所述預(yù)定量值與根據(jù)第二卷繞過載條件的扭矩的所述操作范圍的上限對應(yīng)。這可操作地使得：當(dāng)沿第一方向施加到重繞鏈輪上的扭矩超過扭矩的操作范圍的上限時，允許心軸相對于螺旋彈簧旋轉(zhuǎn)，從而引起質(zhì)量塊的受控下降。為了實現(xiàn)這一點(diǎn)，卷繞過載保護(hù)器優(yōu)選地包括止擋件和來自螺旋彈簧的突起，該突起適于因心軸的旋轉(zhuǎn)(其由已知量的彈性彈簧偏轉(zhuǎn)提供)而撞擊止擋件，從而止擋件防止進(jìn)一步增大摩擦夾持，以便防止夾持力超過預(yù)定量值。具體而言，這能夠保護(hù)設(shè)備免受因使用過重質(zhì)量塊(這包括兒童使用該設(shè)備作為秋千的影響)而造成的損壞，并且提供以受控方式將過重質(zhì)量塊下降到地面的安全優(yōu)點(diǎn)。

作為選擇，或者除了上面提供的解決方案之外，還可以實現(xiàn)這樣的進(jìn)一步益處：其中，所述設(shè)備還包括滑動離合器，該滑動離合器適于防止質(zhì)量塊在重激勵機(jī)構(gòu)受到超過預(yù)定閾值的提升力時升高。在這樣做時，滑動離合器可以保護(hù)重力驅(qū)動的驅(qū)動器免受懸掛質(zhì)量塊的重量。這也消除了由于用戶施加太多質(zhì)量塊以獲得更大的電力輸出而導(dǎo)致的潛在過載危險。質(zhì)量塊的重量通常在其已被提升時不會改變，因此通過將過載保護(hù)機(jī)構(gòu)以滑動離合器的形式應(yīng)用于重激勵機(jī)構(gòu)，例如通過響應(yīng)于由用戶施加的力而提供可聽到的喀噠聲，可以根據(jù)提升質(zhì)量塊所需(以及應(yīng)用)的力是否超過預(yù)定閾值來獲得重量是否超過安全最大值的指示。

提供了用于減少因過載而對系統(tǒng)造成損壞的可能性的另一種有利布置，其中，該設(shè)備構(gòu)造為使得重力驅(qū)動的驅(qū)動器和電能產(chǎn)生裝置可以圍繞共同軸線相對于彼此至少部分地旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，該設(shè)備還包括扭矩感測機(jī)構(gòu)。所述扭矩感測機(jī)構(gòu)包括柔性部件，該柔性部件構(gòu)造為阻止重力驅(qū)動的驅(qū)動器與電能產(chǎn)生裝置之間的相對旋轉(zhuǎn)，其中，如果施加在重力驅(qū)動的驅(qū)動器上的扭矩低于第一扭矩閾值，則柔性部件防止任何所述旋轉(zhuǎn)，并且其中，在施加在重力驅(qū)動的驅(qū)動器上的扭矩超過第一扭矩閾值的第一扭矩過載條件下，由柔性部件提供的阻力被部分地克服，以便允許重力驅(qū)動的驅(qū)動器與電能產(chǎn)生裝置之間的部分旋轉(zhuǎn)。扭矩感測機(jī)構(gòu)包括第二開關(guān)，該第二開關(guān)在滿足第一扭矩過載條件時響應(yīng)于所述部分旋轉(zhuǎn)而提供狀態(tài)的電變化。除了卷繞扭矩傳感器之外或作為卷繞扭矩傳感器的替代，可以設(shè)置該扭矩感測機(jī)構(gòu)。

當(dāng)懸掛質(zhì)量塊的重量略微超過系統(tǒng)的預(yù)定操作范圍時(例如，在預(yù)定最大操作扭矩的100％-110％之間)，可以滿足第一扭矩過載條件和/或第一卷繞過載條件。第一扭矩閾值和第一卷繞扭矩閾值通常是最大可靠操作扭矩的函數(shù)，并且可以包括考慮了產(chǎn)品差異、不準(zhǔn)確性等的安全系數(shù)。這些閾值可以是設(shè)計者滿意系統(tǒng)運(yùn)行并還實現(xiàn)了所需使用壽命的可接受的百分比值。這必須是這種情況，因為必須接受的是，系統(tǒng)可以被剛好在第一扭矩/卷繞閾值(或者實際上等于第一扭矩/卷繞閾值)之下的質(zhì)量塊驅(qū)動，而不致動相應(yīng)的開關(guān)。

還優(yōu)選地，扭矩感測機(jī)構(gòu)還包括報警裝置，該報警裝置構(gòu)造為當(dāng)滿足第一扭矩過載條件時響應(yīng)于由第二開關(guān)提供的狀態(tài)的電變化來提示用戶。因此，開關(guān)和報警裝置可以在設(shè)備繼續(xù)發(fā)電的同時且在對系統(tǒng)造成過度磨損(這可能最終導(dǎo)致系統(tǒng)故障)之前警告用戶該過載情況。在設(shè)置有卷繞扭矩傳感器和扭矩感測機(jī)構(gòu)這兩者的情況下，報警裝置例如可以僅在第一開關(guān)和第二開關(guān)都被致動時被觸發(fā)。

該設(shè)備可以有利地構(gòu)造為使得重力驅(qū)動的驅(qū)動器和電能產(chǎn)生裝置能夠圍繞共同軸線相對于彼此旋轉(zhuǎn)，該設(shè)備還包括扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)；其中，所述扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)構(gòu)造為僅當(dāng)重力驅(qū)動的驅(qū)動器受到超過根據(jù)第二扭矩過載條件的第二扭矩閾值的扭矩時允許重力驅(qū)動的驅(qū)動器與電能產(chǎn)生裝置之間的完全旋轉(zhuǎn)。

增加懸掛質(zhì)量塊的重量能夠增加對電能產(chǎn)生裝置的旋轉(zhuǎn)的機(jī)械阻力。該阻力作用在重力驅(qū)動的驅(qū)動器上，并且例如由慣性、電能產(chǎn)生裝置所感應(yīng)的反電動勢、空氣阻力和其它高速相關(guān)的損失原因產(chǎn)生，從而使對旋轉(zhuǎn)的阻力隨著速度增加而增加。該阻力可能例如通過使齒輪齒剝離或破壞細(xì)長柔性部件而對重力驅(qū)動的驅(qū)動器造成損壞。這兩種情況都導(dǎo)致功能故障和重量的突然不受控制的下降，這可能引起傷害并且肯定會引起警報。因此，扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)優(yōu)選地構(gòu)造為在第二扭矩過載條件期間使重力驅(qū)動的驅(qū)動器與電能產(chǎn)生裝置分離，以便允許質(zhì)量塊下降而不向電能產(chǎn)生裝置提供輸入機(jī)械動作。

與第二扭矩閾值對應(yīng)的扭矩優(yōu)選地超過與第一扭矩閾值對應(yīng)的扭矩。假定突然故障的結(jié)果比功能隨時間過度劣化更差，相對于安全操作限值，第一扭矩閾值通?？梢员鹊诙ぞ亻撝蹈咏阎目煽坎僮飨拗怠Ｔ谶@種特殊情況下，對于家庭環(huán)境中的懸掛質(zhì)量塊而言，防止突然故障是主要關(guān)注的問題。因此，例如第二扭矩閾值可以選擇為已知瞬時故障值的大約25％。所需的安全系數(shù)越大，產(chǎn)品成本的增加越大，因為需要更強(qiáng)和/或額外的材料。第一扭矩閾值可以高達(dá)“額定”或“設(shè)計”扭矩的95％，但是只有當(dāng)確定或感測到負(fù)載的精度高時才是這樣。假設(shè)可以避免不利的質(zhì)量控制要求，則例如在95％的情況下，生產(chǎn)成本降低接近最大化。因此，有利的是，在所有情況下，具有施加到系統(tǒng)的負(fù)載的最準(zhǔn)確感測(因為可以經(jīng)濟(jì)地獲得)，以便減少對工程冗余的需求并且減少產(chǎn)品故障的情況，一般來說，減少這兩者對經(jīng)濟(jì)性具有積極的影響。因此，通過最簡單和最經(jīng)濟(jì)的手段實現(xiàn)準(zhǔn)確和可靠的感測對于設(shè)計是非常有益的。

在有利的布置中，所述重力驅(qū)動的驅(qū)動器包括內(nèi)齒輪、多個行星齒輪和安裝板，其中，所述行星齒輪安裝在安裝板上并構(gòu)造為與內(nèi)齒輪嚙合；其中，所述電能產(chǎn)生裝置包括齒輪系，該齒輪系具有位于齒輪系的上游端處的太陽輪和位于齒輪系的下游端處的發(fā)電機(jī)，其中，太陽輪構(gòu)造為與行星齒輪嚙合。這能夠?qū)崿F(xiàn)高增速比，使得懸掛質(zhì)量塊可以緩慢下降并提供有用的電力輸出。還優(yōu)選地，在需要重力驅(qū)動的驅(qū)動器與電能產(chǎn)生裝置之間的旋轉(zhuǎn)的實例中，通過將安裝板構(gòu)造為圍繞太陽輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)該旋轉(zhuǎn)。在利用柔性部件的此類實例中，通常柔性部件構(gòu)造為響應(yīng)于由安裝在安裝板上的行星齒輪施加在安裝板上的扭矩而提供阻力，以便阻止安裝板與電能產(chǎn)生裝置之間的相對旋轉(zhuǎn)；其中，由柔性部件提供的阻力是這樣的：低于施加在安裝板上的第一扭矩閾值，柔性部件與安裝板接合，以便限制安裝板相對于電能產(chǎn)生裝置的旋轉(zhuǎn)；高于第一扭矩閾值但低于施加在安裝板上的第二扭矩閾值，柔性部件被安裝板偏轉(zhuǎn)，以便允許安裝板關(guān)于電能產(chǎn)生裝置的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)；以及高于第二扭矩閾值，柔性部件脫離接合，以便允許安裝板關(guān)于電能產(chǎn)生裝置的自由旋轉(zhuǎn)。

使用具有如上所述的內(nèi)齒輪、行星齒輪和安裝板的重力驅(qū)動的驅(qū)動器提供了用于提供有效的重激勵功能的意想不到的有利布置。在這種情況下，內(nèi)齒輪構(gòu)造為當(dāng)重力驅(qū)動的驅(qū)動器被懸掛質(zhì)量塊驅(qū)動時沿第一方向旋轉(zhuǎn)；重激勵機(jī)構(gòu)構(gòu)造為在重激勵過程期間響應(yīng)于由用戶提供的機(jī)械輸入而防止安裝板沿第一方向的旋轉(zhuǎn)且允許安裝板沿與第一方向相反的第二方向的旋轉(zhuǎn)；并且安裝板沿第二方向的所述旋轉(zhuǎn)使內(nèi)齒輪沿第二方向旋轉(zhuǎn)，從而提升質(zhì)量塊。這可以在實踐中以多種方式實現(xiàn)，例如通過將安裝板聯(lián)接到扭簧離合器或棘輪上以及重激勵部件上。這種布置在降低成本和提高設(shè)備的總體效率和產(chǎn)品壽命方面具有優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)存在另一個危險：在提升質(zhì)量塊之后施加額外的重量。可以通過將額外的重物鉤在主質(zhì)量塊上來增加額外的質(zhì)量塊，但是最常見的是，已知這種“使用中”的額外重量由幼兒在未監(jiān)督的情況下玩耍GravityLight^TM時施加：例如使用負(fù)載質(zhì)量塊作為秋千座位。如上所述，環(huán)狀細(xì)長柔性部件具有固有的優(yōu)點(diǎn)：其將施加到重力驅(qū)動的驅(qū)動器上的任何負(fù)載劃分成幾部分。結(jié)果，在設(shè)備作為秋千被玩耍的情況下，施加到齒輪齒上的負(fù)載是提升重量的一半加上兒童重量的一半(在兒童座跨在重物上的情況下)。如果要提升的最大規(guī)定負(fù)載質(zhì)量近似等于兒童的質(zhì)量(例如，大約25kg至30kg)，則系統(tǒng)上的負(fù)載因兒童坐在袋上而暫時加倍。于是，可以將系統(tǒng)規(guī)定為在安全齒輪磨損負(fù)載極限內(nèi)工作，其中破斷力極限設(shè)定為超過負(fù)載質(zhì)量加上小孩子質(zhì)量的一半，即超過設(shè)計負(fù)載的兩倍。如WO2014/195681中所描述的那樣，這種布置可以完全消除對過載感測開關(guān)、系統(tǒng)和電路的需求。這可以降低成本、復(fù)雜性并消除幾個潛在故障點(diǎn)。一種替代的、更復(fù)雜的重繞方法是使用重繞拉繩。由于其與更符合人體工程學(xué)且更舒適的手柄(例如，“T”形手柄)的兼容性，因此例如當(dāng)采用較重的重物時，可以用上述方式替換這種布置以使得能夠施加更大的拉力。

電能產(chǎn)生裝置優(yōu)選地包括發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)選自包括交流發(fā)電機(jī)、直流電動機(jī)或直流發(fā)電機(jī)的組。為了長時間輸出電能，電能產(chǎn)生裝置優(yōu)選地包括用于將來自重力驅(qū)動的驅(qū)動器的相對低速輸入轉(zhuǎn)換成電能產(chǎn)生裝置處的相對高速輸出的齒輪系。這些齒輪可以是帶齒的、平滑的或這兩者的組合。例如，可以在與發(fā)電機(jī)驅(qū)動軸的錐形部件聯(lián)接的最下游端部上設(shè)置平滑無齒齒輪，以通過改變齒輪的周部與錐形部件之間的接觸點(diǎn)來實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的電力輸出。作為選擇，橡膠帶可以被聯(lián)接到最下游齒輪和電動機(jī)軸滑輪上，從而以更簡單、更可靠的聯(lián)接提供固定(不可調(diào)節(jié))傳動比。然后，可以在上游設(shè)置可調(diào)節(jié)的傳動裝置。無齒齒輪具有額外的優(yōu)點(diǎn)：齒輪相互作用產(chǎn)生相對低的噪聲。

電能產(chǎn)生裝置和重力驅(qū)動的驅(qū)動器被優(yōu)選地設(shè)置作為一個單元，重力驅(qū)動的驅(qū)動器包括柔性鏈輪帶或類似部件，在使用時，柔性鏈輪帶的一側(cè)端部與質(zhì)量塊聯(lián)接，以便提供設(shè)備操作用的力。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種成套工具，包括：

根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的便攜式設(shè)備；

細(xì)長柔性部件，其用于形成重力驅(qū)動的驅(qū)動器的一部分；以及

重物袋，其附接在細(xì)長柔性部件上。

附圖說明

現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生電能的便攜式設(shè)備的一些實例，其中：

圖1是設(shè)備的第一實例的圖示；

圖2是設(shè)備的第二實例的圖示；

圖3是設(shè)備的第三實例的圖示；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備使用時的圖示；

圖5是設(shè)備實例使用時的圖示；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的兩個進(jìn)一步實例使用時的圖示；

圖7是正常使用期間的示例性齒輪系統(tǒng)的前視圖的圖示；

圖8是示例性齒輪系統(tǒng)的側(cè)視圖的圖示；

圖9是通過A-A平面截取的示例性齒輪系統(tǒng)的后橫截面視圖的圖示；

圖10是通過B-B平面截取的示例性齒輪系統(tǒng)的前橫截面視圖的圖示；

圖11是過載條件期間的齒輪系統(tǒng)的實例的前視圖的圖示；

圖12是包括扭簧離合器的重激勵機(jī)構(gòu)的實例的圖示；

圖13是重激勵過程期間的包括扭簧離合器的重激勵機(jī)構(gòu)的實例的圖示；

圖14是在低于第一卷繞扭矩閾值的情況下正常使用期間的包括扭簧離合器的重激勵機(jī)構(gòu)的實例的圖示；以及

圖15是第一卷繞過載條件期間的包括扭簧離合器的重激勵機(jī)構(gòu)的實例的圖示；

圖16是第二卷繞過載條件期間的包括扭簧離合器的重激勵機(jī)構(gòu)的實例的圖示；以及

圖17是包括重激勵機(jī)構(gòu)(其構(gòu)造為允許安裝板在重激勵過程期間旋轉(zhuǎn))的設(shè)備的實例的圖示。

具體實施方式

圖1是設(shè)備的第一實例的示意圖。該設(shè)備采取以三部分成套工具形式提供的系統(tǒng)10的形式。該系統(tǒng)具有殼體1、質(zhì)量塊7和細(xì)長柔性部件。細(xì)長柔性部件穿過殼體(發(fā)電機(jī)單元)1內(nèi)的路徑并延伸到殼體1的外部，以露出重物鏈9和拉鏈8(或重激勵部件)。因此，重物鏈9和拉鏈8是由細(xì)長柔性部件形成的相同閉合環(huán)形回路的兩個不同懸掛部分(或回路)。質(zhì)量塊7僅與重物鏈9聯(lián)接，以提供設(shè)備操作用(即，用于發(fā)電)的重力。重物鏈9和拉鏈8可以被分別視為第一回路(loop，環(huán)部)和第二回路。第二回路8的一側(cè)被用戶向下拉動，從而使第二回路8變長，并且同時使第一回路9的長度對應(yīng)地縮短，以便提起質(zhì)量塊7。細(xì)長柔性部件可以例如是由堅固耐用的塑料材料(例如，聚丙烯)制成的鏈輪帶，該鏈輪帶設(shè)置有用于與殼體1內(nèi)的鏈輪(將在下文描述)接合的多個等間距間隔開的矩形孔或串珠簾線。

殼體1在二維上采用大致橢圓形的形式，并且由堅固塑料材料制成的兩個部分(通常形成殼體1的前半部和后半部，圖1中示出了前半部)形成。在殼體的前半部的前表面上設(shè)置有電力控制盤3，電力控制盤3可以由用戶手動地旋轉(zhuǎn)，以便控制電力輸出。高亮度LED(發(fā)光二極管)6在殼體材料的模制區(qū)域(未示出)中大致位于中央且位于電力控制盤3下方，以便將來自LED 6的光以寬錐形直接向外并且向下遠(yuǎn)離殼體1引導(dǎo)。作為選擇，LED 6可以定向成將發(fā)射的光引導(dǎo)到殼體上，使得來自殼體的反射光以減少的眩光照亮房間。在LED 6下方設(shè)置有ON/OFF開關(guān)2。在前表面的下部外周附近，在殼體1的豎直中心線兩側(cè)定位有兩個電源端子4，從而提供用于向用戶所選擇的裝置供應(yīng)直流電流的正負(fù)極連接器。作為選擇，該接口可以構(gòu)造為提供用于多種連接或同時連接的任意數(shù)量的插座，這些插座在功能上類似或者通過適應(yīng)特定類型的外圍設(shè)備的需求而差異化，并且由各種類型的連接器提供，從而提供簡單的直接連接或者構(gòu)造為在插入適當(dāng)?shù)牟孱^時啟動系統(tǒng)中的狀態(tài)改變。例如，特定插座可以經(jīng)由包括額外中間電子部件的路徑提供與發(fā)電機(jī)的連接，或者簡單地提供在給定時間與存在于整個系統(tǒng)中的機(jī)載LED和/或其它外圍設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)的連接的選擇。作為選擇，可以從任何通用電源連接器提供交流輸出。

當(dāng)沒有外圍設(shè)備連接到端子4時，由設(shè)備產(chǎn)生的電力被提供給LED 6。LED 6中的電力消耗可以由用戶通過對控制盤3(其繼而改變設(shè)置在殼體1內(nèi)的齒輪13)的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)定位來控制。例如，在一個方向上完全地旋轉(zhuǎn)控制盤3能夠使電力輸出最大化，從而使質(zhì)量塊7以其最大運(yùn)行速率下降。盡管由于更高的能量消耗而減少了操作時間，但這產(chǎn)生了來自LED 6的最高水平的照明(用于照明住宅或其他結(jié)構(gòu)，以使居民能夠進(jìn)行日常作業(yè))?？梢酝ㄟ^在相反方向上旋轉(zhuǎn)控制盤3來實現(xiàn)更低水平的照明，以實現(xiàn)更長的照明持續(xù)時間，例如“夜間照明燈”可能需要這樣的更長照明持續(xù)時間。在裝置或其它電路與端子4連接的情況下，電力經(jīng)由端子4被提供給該裝置或電路。簡單的開關(guān)可用于向端子4和LED中的一者或兩者提供電力，或者可以在插頭插入插座時自動致動開關(guān)動作，而不是通過用戶對外部可用的開關(guān)的致動來手動控制。

一般來說，該設(shè)備在輕質(zhì)(例如，小于20千克)的意義上是便攜的，并且可以容易地作為單元被用戶用手搬運(yùn)。因此，該設(shè)備可以被用戶安裝到升高位置和從升高位置拆下，而不需要機(jī)械輔助來提升或以其它方式移動該設(shè)備。例如，在該實例中，該設(shè)備被設(shè)計成從孔眼5進(jìn)行懸掛，該孔眼允許使用細(xì)繩或系帶將設(shè)備牢固地放置在合適的鉤上或綁在梁或其它高點(diǎn)上。質(zhì)量塊7包括鉤17(如圖2和圖3所示)和結(jié)實的袋，該袋在一端開口，并且具有在開口端附近居中定位的孔眼，以用于通過鉤17附接到重物鏈9上。袋在使用時被裝滿容易獲得的材料，例如土壤、沙子或石頭。袋的體積被設(shè)計成使得當(dāng)裝滿時袋具有大約12kg的質(zhì)量(例如，正或負(fù)百分之十)。質(zhì)量塊7與直接懸掛在孔眼5下方的鏈條9的端部聯(lián)接。鉤17構(gòu)造成與重物鏈16接合，以將質(zhì)量塊7的重量施加到鏈條9上。

拉鏈8的功能是允許用戶在重激勵過程期間通過向下拉動鏈條8(而不是通過抓握并提升質(zhì)量塊本身，在該構(gòu)造中，假定沒有任何配重用于將細(xì)長柔性部件拉回穿過該系統(tǒng)，則將不提供重激勵結(jié)果)來提升質(zhì)量塊7。在這個過程中，拉鏈8被拉動穿過殼體1，并且這樣做時增加了長度，同時使重物鏈9減小了相同的長度(因為它們由相同的閉合回路形成)。與現(xiàn)有技術(shù)不同，在重激勵過程期間，質(zhì)量塊不與電能產(chǎn)生裝置分離(重物鏈9在驅(qū)動機(jī)構(gòu)12與質(zhì)量塊7之間保持繃緊)。在質(zhì)量塊7升高和下降時，質(zhì)量塊7向電能產(chǎn)生裝置施加大致相同的力，因此設(shè)備10將自始至終持續(xù)輸出連續(xù)的電力。實際上，在提升期間，出現(xiàn)力的較小增加，即等于質(zhì)量塊加上被施加以使質(zhì)量塊加速的額外力，該變化量對于用戶而言并不明顯，但輸出功率或光亮度顯著變化。

圖2是未示出殼體1的設(shè)備的第二實例的示意圖。這里，由具有等間距間隔開的塑料珠的環(huán)形塑料繩形成的細(xì)長柔性部件與設(shè)置在殼體內(nèi)的兩個鏈輪(重繞鏈輪11和驅(qū)動機(jī)構(gòu)12)接合。如在前述實例中那樣，細(xì)長柔性部件形成懸掛在設(shè)備上的兩個回路或“鏈條”-重物鏈16和拉鏈18。重繞鏈輪11和驅(qū)動機(jī)構(gòu)12在沿著細(xì)長柔性部件的不同位置處同時串聯(lián)聯(lián)接。此外，質(zhì)量塊17(這里示出為鉤，沒有附接重物袋)僅懸掛在重物鏈16上。細(xì)長柔性部件不固定在質(zhì)量塊17上，而是構(gòu)造成在使用時移動穿過鉤，例如通過旋轉(zhuǎn)或纏繞在設(shè)置于鉤上的輪或鏈輪上。

驅(qū)動機(jī)構(gòu)12和重物鏈16共同形成重力驅(qū)動的驅(qū)動器，以從懸掛的質(zhì)量塊17的下降向電能產(chǎn)生裝置提供機(jī)械動作。如向下箭頭所示，質(zhì)量塊17由于其重量而對重物鏈16施加向下的力。鏈條16的驅(qū)動部分16b將該重物與驅(qū)動機(jī)構(gòu)12聯(lián)接。該力使驅(qū)動機(jī)構(gòu)12在如圖所示的順時針方向上旋轉(zhuǎn)。然后，電能產(chǎn)生裝置(其由齒輪系統(tǒng)13和發(fā)電機(jī)14形成)將該旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換成電能，然后將電能提供給LED 6和電源端子4。發(fā)電機(jī)可以是交流發(fā)電機(jī)、直流電動機(jī)或直流發(fā)電機(jī)。

齒輪系統(tǒng)13(僅示意性地示出)可以包括用于將來自驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的相對低速輸入轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)14處的相對高速輸出的任何平滑齒輪(包括滑輪)或帶齒齒輪系統(tǒng)。例如，鏈輪旋轉(zhuǎn)與發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的比率可以是大約1:750(例如，正或負(fù)百分之十)。然而，根據(jù)所使用的重量、所需下降速率和鏈輪半徑、所選擇的發(fā)電機(jī)的速度常數(shù)和所需操作電壓，該數(shù)字可以被相當(dāng)大地縮放。如前所述，齒輪系統(tǒng)13可以響應(yīng)于用戶控制電力控制盤3而被調(diào)節(jié)，以便調(diào)制供應(yīng)至發(fā)電機(jī)14的動力。存在對殼體1內(nèi)的機(jī)構(gòu)(特別是齒輪系13)的設(shè)計限制。例如，理想的是，齒輪系靜靜地運(yùn)行，沒有高磨損率并且成本低。成本是生產(chǎn)一種世界上不發(fā)達(dá)地區(qū)(例如，亞洲和非洲的各區(qū)域)的人們(通常以非常低的收入生存)可以使用的系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。

重繞鏈輪11構(gòu)造成因棘爪15與設(shè)置在重繞鏈輪11的平坦圓形外表面上的棘輪之間的相互作用而僅在一個方向(這里為順時針方向)上旋轉(zhuǎn)。因此，細(xì)長柔性部件始終在相同方向上移動穿過該系統(tǒng)，因為纏繞或重繞不會反轉(zhuǎn)其方向。鏈輪11和棘爪15形成重激勵機(jī)構(gòu)(為棘爪鏈輪的形式)，從而使重力驅(qū)動的驅(qū)動器能夠工作，同時使質(zhì)量塊17升高。如前所述，通過用戶抓握并將拉鏈18向下拉動特定長度來提升質(zhì)量塊17，以便卷繞與棘爪15相抵靠的重繞鏈輪11。這種動作增加了拉鏈18的回路長度并且對應(yīng)地減小了重物鏈16的回路長度(通過縮回在質(zhì)量塊17與重繞鏈輪11之間延伸的重物鏈16的負(fù)載部分16a)，從而提起質(zhì)量塊17。在質(zhì)量塊被提起且鏈條18被松開之后，質(zhì)量塊將在重物鏈16上緩慢下降，從而使重物鏈16隨著拉鏈18變短而變長。因此，有利的是，確保細(xì)長柔性部件足夠長，使得即使質(zhì)量塊17接觸地面，拉鏈18也始終露出(至少在一定程度上是露出的)。

在其最簡單的方式中，如上所述，該裝置實現(xiàn)了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的若干優(yōu)點(diǎn)。只要不允許質(zhì)量塊17撞擊地面，設(shè)備將提供連續(xù)的電力，這樣的話，在用戶開始重繞時立即產(chǎn)生電力，而不是在重繞完成時才開始產(chǎn)生電力。由于滑輪裝置提供的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，所以用戶現(xiàn)在只需要提升重物所需力的一半的力來拉動鏈條18。此外，棘爪15僅加載有重物一半的力，從而減小了傳動裝置上的應(yīng)變。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)是具有大于2:1的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的可能性，從而使得能夠使用更重的質(zhì)量塊。如在提升系統(tǒng)中，添加更多的回路和滑輪可以實現(xiàn)這點(diǎn)。然而，在圖3所示的第三實例中，通過將第三“承載”鏈輪31固定到棘爪重繞鏈輪21的一側(cè)來實現(xiàn)這點(diǎn)，使得兩個鏈輪21、31圍繞共同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。承載鏈輪31具有單獨(dú)的環(huán)形細(xì)長部件29，環(huán)形細(xì)長部件29在這里稱為“提升鏈”29(或重激勵部件)，并且圍繞鏈輪31聯(lián)接/與鏈輪31嚙合。如在前述實例中那樣，另一細(xì)長部件穿過驅(qū)動機(jī)構(gòu)22與重繞鏈輪21之間的路徑，以便形成重物鏈26和額外鏈28(等同于前述拉鏈18)。承載鏈輪31具有比重繞鏈輪21大的直徑，使得如果用戶向下拉動提升鏈29而不是額外鏈28來提升質(zhì)量塊27，則提供機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。提升鏈29是單獨(dú)的閉合環(huán)形回路。該鏈條29的固定部分始終從殼體1露出，以便用戶通過向下拉動鏈條29來提升重物17。這對于用戶來說比變化的長度(如同前述實例)更為方便。提升鏈29可以通過顏色、形狀、材料、間距等與另一細(xì)長柔性部件進(jìn)行區(qū)分，以提高可見度、增加手中的舒適度，并且促進(jìn)使用的方便性。

如果并非永久地附接到重繞鏈輪21上的承載鏈輪31經(jīng)由若干“滑動離合器”機(jī)構(gòu)中的任何一個與重繞鏈輪21聯(lián)接，則可以獲得另外的益處。利用這種裝置，當(dāng)待提升的負(fù)載質(zhì)量塊27比預(yù)定負(fù)載上限重時，提升鏈29可以是加載受限的并且設(shè)定為“滑動”。當(dāng)太大的力被施加時，即當(dāng)待提升的質(zhì)量塊太重時，承載鏈輪“離合器”可以通過發(fā)出響亮可聽到的“喀噠聲”指示過載來給予用戶即時反饋。可以采用這種過載離合器機(jī)構(gòu)來設(shè)定上限并且允許質(zhì)量塊27在過載的情況下快速下落，但對于超過離合器的最大值的質(zhì)量塊27而言，這些機(jī)構(gòu)具有以下缺點(diǎn)：它們在被克服后容易失控，從而使懸掛的負(fù)載質(zhì)量塊27突然下降而沒有顯著的減速。雖然這是一種保護(hù)機(jī)構(gòu)和重物鏈免受過載造成的損壞的非常有效的方法，并且在某些情況下可能是期望的，但突然下降的負(fù)載質(zhì)量塊可能是一種危險并且可能是令人擔(dān)憂的。通過在用戶的輸入力與待提升的質(zhì)量塊27之間有效地采用離合器，不會發(fā)生這種失控結(jié)果。當(dāng)在質(zhì)量塊27被提起之前向用戶提供來自系統(tǒng)的可聽見的反饋(負(fù)載過重)，用戶將停止提升，并且即使他們繼續(xù)嘗試提升，他們的努力也不能從地面提起質(zhì)量塊。然后，用戶需要將負(fù)載調(diào)整到限制范圍內(nèi)，并恢復(fù)提升。當(dāng)通過重激勵部件29提升質(zhì)量塊27時，防止用戶施加過高的負(fù)載，并且不可能從地面上提起過大的質(zhì)量塊27。

有用的額外特征是能夠暫停重物的下降并關(guān)閉燈，使得燈可以在稍后的時間被重新打開，而不浪費(fèi)用于對設(shè)備加載的努力，并且不需要輸入進(jìn)一步的努力來再次使用它。該新裝置能夠直接實現(xiàn)這點(diǎn)。如圖3所示，楔形形式的機(jī)械開關(guān)30可以定位成使得當(dāng)接合時機(jī)械開關(guān)30防止驅(qū)動機(jī)構(gòu)22(或任何其它齒輪)旋轉(zhuǎn)。機(jī)械開關(guān)30還與ON/OFF開關(guān)2機(jī)械聯(lián)接，以使用戶能夠從殼體1的外部暫停該設(shè)備。通過接合開關(guān)30，從齒輪箱23移除負(fù)載，使得系統(tǒng)能夠被無限期地、安全地保持在該靜止?fàn)顟B(tài)下，而沒有由發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生的電力。

然而，重物的力可能容易卡住機(jī)械開關(guān)30，可能需要相當(dāng)大的力來使其脫離接合。這可以通過精心設(shè)計來克服，從而獲得大的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，使其易于使用。然而，如果用戶拉動提升鏈29(或者拉鏈或額外鏈28)，則重繞鏈輪21和承載鏈輪31的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)與楔形件的接合并且將其翻轉(zhuǎn)回去，從而釋放驅(qū)動機(jī)構(gòu)22并重新打開燈。無論質(zhì)量塊27是在地面上還是已經(jīng)被鎖定，直觀動作是拉動鏈條29以產(chǎn)生光。作為選擇，可以使用彈簧推-推機(jī)構(gòu)，其將開關(guān)30閂鎖就位，直到下一次推動。該鎖定特征件30開創(chuàng)了設(shè)備的更多用途，例如需要即時光的棚屋燈或衛(wèi)生間燈。好的做法是下一次重繞它。

圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)GravityLight^TM設(shè)備的操作。質(zhì)量塊和配重懸掛在穿過該設(shè)備(其被示出位于每個圖像的頂部)的帶上。最初，在其已加載狀態(tài)下(如最左邊的圖像所示)，質(zhì)量塊位于高處，并且在重力下緩慢下降，從而使設(shè)備產(chǎn)生電，電可以被轉(zhuǎn)換為光。在質(zhì)量塊到達(dá)地面后(或者如果帶的長度已經(jīng)用盡)，質(zhì)量塊將停止下降，因此設(shè)備不再產(chǎn)生電或光。然后，用戶必須在黑暗中直接通過抓握質(zhì)量塊或通過拉動配重來提升質(zhì)量塊，為了對系統(tǒng)進(jìn)行加載，設(shè)備不產(chǎn)生電力(如中央圖像所示)。然后，可以再次釋放質(zhì)量塊，以用于新回合的發(fā)電(如最右邊的圖像所示)。為與圖4進(jìn)行比較，圖5示出了本發(fā)明的實例在操作時的等效階段。盡管在質(zhì)量塊已經(jīng)到達(dá)地面的情況下設(shè)備不產(chǎn)生電力，但是中央圖像示出：自用戶開始從地面提升質(zhì)量塊的第一時刻起將產(chǎn)生電力(并且可以以光的形式輸出)(這與現(xiàn)有技術(shù)不同)，并且如果用戶在下降周期期間的任何點(diǎn)處給予更多的加載輸入，則電力和/或光將不被中斷(這與現(xiàn)有技術(shù)不同)。

圖6示出了設(shè)備使用時的兩個進(jìn)一步的實例。在左手側(cè)，示出了本發(fā)明的實例如何允許發(fā)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行以及有利地允許使用更重的質(zhì)量塊(通過兩個部件之間共同分擔(dān)負(fù)載并且通過設(shè)置適于提供機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的重激勵機(jī)構(gòu)，使得提升該質(zhì)量塊所需的力小于該質(zhì)量塊的重量的一半)。在圖6的右手側(cè)，示出了本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)。在這種情況下，設(shè)置回路形式的長重物鏈和長重激勵部件，以使得質(zhì)量塊能夠被提升得更高，超過用戶的正常豎直摸高。該回路優(yōu)選地是閉合的(例如，提升鏈29)，以便保持固定長度，而不管質(zhì)量塊的高度如何。圖6所示的兩個實例允許設(shè)備運(yùn)行更長的時間段而不需要重激勵，或者允許在相同周期內(nèi)產(chǎn)生更高水平的電力。

圖7示出了包括與重力驅(qū)動的驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)的齒輪以及電能產(chǎn)生裝置的齒輪系的齒輪系統(tǒng)的前視圖。圖8中示出了相應(yīng)的側(cè)視圖。圖7中的彎曲箭頭示出了在正常使用期間齒輪的旋轉(zhuǎn)方向，其中，由受控的、穩(wěn)定下降的質(zhì)量塊7提供的輸入機(jī)械動作被轉(zhuǎn)換為電能。如同前述實例，質(zhì)量塊7與鏈輪12聯(lián)接。鏈輪12固定到重力驅(qū)動的驅(qū)動器的內(nèi)齒圈40上，使得扭矩可以從鏈輪12傳遞到內(nèi)齒圈40上，從而使內(nèi)齒圈40在圖7所示的順時針方向上旋轉(zhuǎn)。內(nèi)齒圈40被構(gòu)造為驅(qū)動三個行星齒輪42a、42b、42c，三個行星齒輪42a、42b、42c也形成重力驅(qū)動的驅(qū)動器的一部分，并且與電能產(chǎn)生裝置的中心太陽輪41嚙合。圖9和圖10示出了行星齒輪42a-42c、內(nèi)齒圈40和太陽輪41之間的嚙合。圖9示出了沿著圖8的A-A平面(通過內(nèi)齒圈40)的齒輪系統(tǒng)的后橫截面視圖，而圖10示出了通過B-B平面(通過行星齒輪)的相應(yīng)正視圖。行星齒輪42a-42c和太陽輪41均具有位于各自前表面上的較大帶齒圓周和位于各自后表面上的較小帶齒圓周。該構(gòu)造也被稱為包括“齒輪”和“小齒輪”的“復(fù)合齒輪”，其中，表面上的大圓周形成齒輪，而背面上的較小圓周形成小齒輪。設(shè)置在內(nèi)齒圈40內(nèi)側(cè)的齒被構(gòu)造為與設(shè)置在行星齒輪42a-42c的后表面上的齒嚙合，而行星齒輪42a-42c的前表面的齒與太陽輪41的后表面上的齒嚙合，以便在每對齒輪之間實現(xiàn)高增速相互作用。行星齒輪42a-42c均可旋轉(zhuǎn)地安裝在安裝板(或“行星架”)43的各自軸線上，安裝板本身可旋轉(zhuǎn)地安裝到中心軸50，并且也形成重力驅(qū)動的驅(qū)動器的一部分。太陽輪41可旋轉(zhuǎn)地安裝到形成殼體1的一部分的中心軸50。

螺旋彈簧45形式的柔性(或“偏置”)部件集成在安裝板43內(nèi)，使得僅線圈45的環(huán)狀末端徑向突出到安裝板43的外部，并且與形成殼體1的一部分的止動柱44接合。作為選擇，彈簧45可以固定到殼體并且構(gòu)造為壓靠安裝板43的突出特征件。取決于可用的空間，扭轉(zhuǎn)彈簧或壓縮彈簧也非常適合該應(yīng)用。彈簧45可以被預(yù)加載或安裝在其自由位置，因為兩種方法提供相同的功能結(jié)果，但具有取決于特定實施例的稍微改變的參數(shù)。當(dāng)安裝在其自由位置時，可以根據(jù)輸入到驅(qū)動鏈輪12的一側(cè)的單位力預(yù)測和期望安裝板43的一定量旋轉(zhuǎn)。作為選擇，彈簧45可以被預(yù)加載張力，該張力足以提供與抵消對應(yīng)于懸掛質(zhì)量塊7的預(yù)定安全操作重量的扭矩所需的力相等的偏置力，以便當(dāng)施加到重力驅(qū)動器的扭矩不超過第一扭矩閾值(等于安全操作重量)時，在正常使用期間將安裝板43保持為相對于殼體固定(旋轉(zhuǎn)地)。彈簧45構(gòu)造為當(dāng)扭矩超過該閾值時偏轉(zhuǎn)，以允許安裝板43圍繞中心軸50部分地或完全地旋轉(zhuǎn)(取決于扭矩的量值)。在正常使用期間(即，當(dāng)安裝板43是靜止的，且在扭矩感測彈簧45被克服從而允許安裝板自由旋轉(zhuǎn)之前)，被供應(yīng)至行星齒輪42a-42c的扭矩使它們繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)一步使太陽輪41在逆時針方向上轉(zhuǎn)動。該設(shè)備通常可以構(gòu)造為由直徑為20毫米的鏈輪12安全地保持高達(dá)12千克的質(zhì)量塊，因此在這種情況下，第一扭矩閾值將為0.59Nm。彈簧45和止動柱44形成扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)(將在下文描述)的一部分，該機(jī)構(gòu)是可選的。在沒有設(shè)置這種扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)的替代實施例中，作為替代，安裝板43可以被固定到殼體1并且防止旋轉(zhuǎn)。

倒數(shù)第二個齒輪47和末端齒輪48設(shè)置在齒輪系統(tǒng)的下游端。與行星齒輪42a-42c和太陽輪41類似，倒數(shù)第二個齒輪47和末端齒輪48也均具有大直徑的前表面和較小直徑的相應(yīng)后表面。倒數(shù)第二個齒輪47的帶齒后表面與太陽輪41的帶齒前表面嚙合，而倒數(shù)第二個齒輪47的帶齒前表面與末端齒輪48的帶齒后表面嚙合。雖然齒輪齒能夠確?？煽康倪B接和扭矩的傳遞，但不是嚴(yán)格地需要為每個齒輪提供齒輪齒，因為具有通過摩擦接觸傳遞扭矩的平滑圓周的無齒齒輪可以替代地用于在一些情況下促進(jìn)這種相互作用。例如，末端齒輪48包括圍繞其前表面的平滑外周(設(shè)置為圖8所示的凹槽)，該外周經(jīng)由使用帶(其位于凹槽中)的帶輪裝置與發(fā)電機(jī)49的軸聯(lián)接。有利的是，在齒輪傳動裝置的快速端使用帶進(jìn)行這種末端聯(lián)接，因為其實現(xiàn)了由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲的減小(與齒接觸相比)，并且成本非常低并且可靠。在一些情況下，發(fā)電機(jī)軸可以被設(shè)置為錐形部件，以便使用戶能夠例如通過扭轉(zhuǎn)殼體外側(cè)上的旋鈕來改變最終的增速相互作用，從而調(diào)節(jié)末端齒輪與錐形部件之間的接觸點(diǎn)，由此改變發(fā)電機(jī)的電力輸出。然而，在這種情況下，增速比是固定的，并且沿著齒輪傳動裝置(從內(nèi)齒圈40到發(fā)電機(jī)49)的所得傳動比總計為大約1:850。然而，該值可以寬泛地變化，以適應(yīng)電動機(jī)的速度常數(shù)(K_v)和所需的輸出電壓(電壓與轉(zhuǎn)速成正比，并且每個發(fā)電機(jī)具有其唯一的電壓/轉(zhuǎn)速比)。優(yōu)選的是，使用具有高電壓/轉(zhuǎn)速比的發(fā)電機(jī)，因為這減小了所需傳動比的大小，而這又減少了齒輪級的數(shù)量(每個齒輪級具有相關(guān)聯(lián)的效率損失)和/或齒輪的直徑。這產(chǎn)生了更節(jié)能的裝置并且可以提供更長的使用壽命。

在該實例中，設(shè)備構(gòu)造為安全地懸掛高達(dá)約12千克的質(zhì)量塊7。如果施加到系統(tǒng)的重物7超過該限值，則存在在所產(chǎn)生的過大扭矩下可能對系統(tǒng)(特別是對齒輪系的慢速、高扭矩端)或重力驅(qū)動的驅(qū)動器造成損壞的危險(例如，從齒輪剝離齒輪齒)。因此，有利的是，提供過載保護(hù)機(jī)構(gòu)，該過載保護(hù)機(jī)構(gòu)可以警告用戶施加到系統(tǒng)的重量太重，并且可以進(jìn)一步防止齒輪系在所施加的扭矩超過預(yù)定閾值的情況下?lián)p壞。申請人的現(xiàn)有技術(shù)WO2014/195681試圖在施加到設(shè)備的重量(如在殼體的懸掛點(diǎn)或孔眼處經(jīng)歷的重量)超過預(yù)定閾值的情況下通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)上的負(fù)載來提供這一點(diǎn)。雖然該方法適用于現(xiàn)有技術(shù)版本的GravityLight^TM，但是其與本文所述的連續(xù)版本不太兼容，因為質(zhì)量塊7不再由用戶抓握和提起質(zhì)量塊7而提升，而是現(xiàn)在替代地由用戶向下拉動“拉鏈8、18”或“提升鏈29”來提升。取決于用戶所施加的向下力(其是未知的)，即使質(zhì)量塊7在安全閾值內(nèi)，這也可能導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)的過載保護(hù)機(jī)構(gòu)觸發(fā)(因為該觸發(fā)由負(fù)載重量加上用戶所施加的拉力設(shè)定)。現(xiàn)在將描述新的和改進(jìn)的過載保護(hù)機(jī)構(gòu)，通過根據(jù)由懸掛質(zhì)量塊7施加到齒輪傳動裝置上的扭矩(而不是根據(jù)由用戶和質(zhì)量塊7的重量在懸掛點(diǎn)處施加到設(shè)備的總向下力)進(jìn)行操作，該過載保護(hù)機(jī)構(gòu)克服了這個問題。首先將相對于圖7至圖11討論扭矩感測機(jī)構(gòu)和扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)，而在后面將相對于圖12至圖16討論卷繞扭矩傳感器和卷繞過載保護(hù)器。

參考圖7至圖11，開關(guān)46安裝在殼體上，并且被機(jī)械偏置，以與安裝板43上的彎曲特征件51接合，彎曲特征件51在中心處徑向最厚，并且在每個旋轉(zhuǎn)周向方向上朝向邊緣漸縮。開關(guān)46在正常使用期間閉合，其中，安裝板43相對于殼體保持固定(如前所述)。隨著懸掛質(zhì)量塊7的重量增加(例如，通過用更多的土壤填充袋7)，施加到重力驅(qū)動的驅(qū)動器上的扭矩也增加，直到滿足超過第一扭矩閾值的第一扭矩過載條件(例如，在“額定”或“設(shè)計”扭矩的75％與95％之間，其中，該設(shè)備通?？梢詫崿F(xiàn)所需的使用壽命而沒有系統(tǒng)故障)。此時，由彈簧45提供的阻力被部分地克服，從而使安裝板43相對于殼體和柱44部分地旋轉(zhuǎn)，例如旋轉(zhuǎn)1-20度。在第一扭矩過載情況下，彈簧45的端部被壓縮并向后偏轉(zhuǎn)，但仍然與柱44接合，以防止安裝板43的完全(即，自由)旋轉(zhuǎn)。然而，安裝板43相對于殼體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過抵靠在安裝板43的彎曲特征件51上的開關(guān)46進(jìn)行感測，從而使開關(guān)46隨著彎曲特征件51的表面與開關(guān)之間的距離增加而打開。這例如通過輸出信號或通過經(jīng)由另一個部件改道輸送電力來啟動開關(guān)中的狀態(tài)改變，以指示已經(jīng)滿足第一扭矩過載條件。這種狀態(tài)改變可以觸發(fā)諸如蜂鳴器或紅色LED等報警裝置，以警示用戶袋7的重量處于高危險水平。

如果用戶繼續(xù)增加懸掛質(zhì)量塊7的重量，或者如果相對于正常加載條件出現(xiàn)重量突然較大增加，則可能達(dá)到超過第一扭矩閾值的第二扭矩閾值，其中，彈簧45被完全偏轉(zhuǎn)通過柱44，由此允許安裝板43的完全旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，彈簧45可以與旋轉(zhuǎn)的安裝板43一起運(yùn)動，因為它不再壓靠在止動柱44和安裝板43上。在圖11中示出了該第二扭矩過載。

在第二扭矩過載條件期間，可旋轉(zhuǎn)地安裝到安裝板43上的行星齒輪42a-42c不再在它們的軸線上旋轉(zhuǎn)，而是現(xiàn)在隨著內(nèi)齒圈40圍繞太陽輪41旋轉(zhuǎn)。由于行星齒輪42a-42c現(xiàn)在繞著太陽輪41旋轉(zhuǎn)，因此沒有扭矩(或旋轉(zhuǎn))被施加到電能產(chǎn)生裝置(由齒輪41、47、48以及發(fā)電機(jī)49形成)上。在這種情況下，重力驅(qū)動的驅(qū)動器(包括齒輪40、43和42a-42c)有效地與電能產(chǎn)生裝置分離，以便保護(hù)重力驅(qū)動的驅(qū)動器和重物鏈免受可能由高扭矩引起的任何損壞。

因此，由發(fā)電機(jī)49提供的電力將在第二扭矩過載條件期間被切斷，并且懸掛質(zhì)量塊7將朝向地面加速。每當(dāng)安裝板43完成完整的360度旋轉(zhuǎn)時，彈簧45將再次與止動柱44接觸，從而導(dǎo)致下落質(zhì)量塊7的突然減速。假設(shè)施加到安裝板43上的扭矩此時仍然超過第二扭矩閾值，彈簧45將再次偏轉(zhuǎn)通過柱44。

本文所述的扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)的另一個優(yōu)點(diǎn)在于：在安裝板保持靜態(tài)直到施加過大質(zhì)量塊的構(gòu)造中，可以裝配更輕質(zhì)的彈簧(與現(xiàn)有技術(shù)相反)，該彈簧不必被預(yù)加載到考慮了質(zhì)量塊7的重量加上設(shè)備本身的重量和為提升質(zhì)量塊而由用戶施加的向下力的偏壓。這比較有益，因為輕質(zhì)彈簧45將對系統(tǒng)施加較小的應(yīng)變，安裝更安全并且由于其減少了材料質(zhì)量而具有更低的成本。

測試現(xiàn)有技術(shù)版本的GravityLight^TM裝置的經(jīng)驗已經(jīng)表明：在提升質(zhì)量塊時由棘輪產(chǎn)生的喀噠聲通常被認(rèn)為對用戶而言是惱人的。在本發(fā)明的另一實施例中，通過用扭簧離合器60代替重激勵機(jī)構(gòu)的重繞鏈輪11和棘爪15來去除該噪聲。除了減少由裝置產(chǎn)生的噪聲之外，這還導(dǎo)致整個組件的成本降低，并且允許防止由于提升過重的質(zhì)量塊而對設(shè)備造成損壞的進(jìn)一步可能性。

圖12至圖16示出了包括扭簧離合器60的重激勵機(jī)構(gòu)的各實例。如上所述，可以設(shè)置該扭簧離合器60來代替包括圖2和圖3所示的鏈輪11、21和棘爪15、25的棘輪機(jī)構(gòu)。另外，下面的這些扭簧離合器實例與所討論的設(shè)備的每個較早實例完全兼容。

扭簧離合器60包括重繞鏈輪70，重繞鏈輪70構(gòu)造為與形成重力驅(qū)動的驅(qū)動器的細(xì)長柔性部件的珠狀鏈條67、68接合。鏈條的負(fù)載部分67(相當(dāng)于圖2中的16a)在重繞鏈輪70與懸掛質(zhì)量塊17之間延伸，并且在重繞鏈輪70上提供向下力(其由向下箭頭示出)，該向下力等于懸掛質(zhì)量塊的重量的一半。鏈條的空載部分68(相當(dāng)于18a)自由地懸掛在重繞鏈輪70的另一端?？蛰d部分68形成細(xì)長柔性部件的第二回路18的一部分，并且在重激勵過程期間可以被向下拉動。

呈圓筒形轂盤形式的心軸76從重繞鏈輪70的中心沿共同旋轉(zhuǎn)軸線延伸。螺旋彈簧73緊緊地卷繞在心軸76的圓周上(沿在這里被示出為逆時針且朝向重繞鏈輪70的第一方向)，以便夾緊心軸76。螺旋彈簧73包括兩個相對的突起或端部，這兩個端部被稱為第一柄腳71和第二柄腳72并且從心軸76切向地延伸。第一柄腳71在止動塊74和第一釋放塊75(示意性地示出)之間延伸。止動塊74定位成防止第一柄腳71在第一方向上的旋轉(zhuǎn)超過預(yù)定量，而第一釋放塊75定位成防止第一柄腳71在與第一方向相反的第二方向上旋轉(zhuǎn)預(yù)定量。

在正常使用期間，當(dāng)懸掛質(zhì)量塊17穩(wěn)定地下降并為設(shè)備提供動力時，負(fù)載部分67提供沿第一方向作用在重繞鏈輪70和心軸76上的扭矩。該扭矩然后被傳遞到螺旋彈簧73，從而使得第一柄腳71與止動塊74接觸。這一抵靠在與第一方向相反的第二方向上提供了阻力，這使螺旋彈簧73進(jìn)一步收緊，并且進(jìn)一步將心軸76保持在固定位置，從而防止重繞鏈輪70的任何旋轉(zhuǎn)。這具有防止重激勵機(jī)構(gòu)滑動的效果，從而允許質(zhì)量塊17保持懸掛狀態(tài)并將機(jī)械動作傳遞給重力驅(qū)動的驅(qū)動器。只要由懸掛質(zhì)量塊施加到重繞鏈輪70上的扭矩在預(yù)定操作范圍內(nèi)，就是這種情況。

圖13至圖16示意性地示出了另一實施例：除了還設(shè)置有卷繞扭矩傳感器和卷繞過載保護(hù)器之外，該另一實施例與圖12的前述實施例相同。在替代實施例中，可以單獨(dú)設(shè)置卷繞扭矩傳感器或卷繞過載保護(hù)器。卷繞扭矩傳感器包括傳感器80和諸如紅色LED或蜂鳴器等報警裝置(未示出)。傳感器80構(gòu)造為響應(yīng)于螺旋彈簧73的位移超過預(yù)定閾值而提供諸如信號等狀態(tài)的電變化。當(dāng)施加到重繞鏈輪70上的扭矩超過稱為第一卷繞扭矩閾值的預(yù)定閾值時，在第一卷繞過載條件下發(fā)生該預(yù)定運(yùn)動。報警裝置與開關(guān)80電聯(lián)接，并且構(gòu)造為響應(yīng)于所述狀態(tài)的電變化而警告用戶存在第一卷繞扭矩過載條件。

卷繞過載保護(hù)器包括釋放塊79，釋放塊79構(gòu)造為當(dāng)施加到重繞鏈輪70上的扭矩超過稱為第二卷繞扭矩閾值的預(yù)定閾值時與第二柄腳72的端部接合；所述第二卷繞扭矩閾值大于所述第一卷繞扭矩閾值。

圖13示出了重激勵過程期間的扭簧離合器，其中，用戶向下拉動拉鏈18的空載部分68，以便使重繞鏈輪70沿彎曲箭頭所示的第二方向旋轉(zhuǎn)。重繞鏈輪70的運(yùn)動驅(qū)動心軸76，并且利用該運(yùn)動，牢固地卷繞在心軸76上的螺旋彈簧73也在第二方向上旋轉(zhuǎn)，直到第一柄腳71與第一釋放塊75連接。然后第一釋放塊75將在第一方向上施加阻力，這能夠防止第一柄腳71進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，并且打開線圈73，從而使由螺旋彈簧73施加到心軸76上的夾持力減小。對于足夠的拉力而言，螺旋彈簧將充分松弛以允許心軸76在螺旋彈簧73內(nèi)(即，相對于螺旋彈簧73)在第二方向上旋轉(zhuǎn)。這使承載質(zhì)量塊17的鏈條的負(fù)載部分67能夠升高，同時將機(jī)械輸入輸送至重力驅(qū)動的驅(qū)動器。

圖14示出了當(dāng)由質(zhì)量塊17施加的扭矩在預(yù)定操作范圍內(nèi)并且低于第一卷繞扭矩閾值時的相同扭簧離合器機(jī)構(gòu)。如前所述，施加到重物鏈16的負(fù)載部分67上的重量使心軸76和螺旋彈簧73在第一方向上旋轉(zhuǎn)，并且第一柄腳71與止動塊74接觸。螺旋彈簧73在第一方向上的額外旋轉(zhuǎn)造成螺旋彈簧的以下形式的移位：第二柄腳72角掃描通過一段圓弧。在該實例中，開關(guān)80包括偏置部件，該偏置部件被推靠在第一柄腳71的末端上，并且被構(gòu)造為響應(yīng)于第一柄腳71縮短超過預(yù)定量而從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)換到打開位置。然而，如技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，開關(guān)80可以定位在多個其它位置，以監(jiān)測螺旋彈簧73的位移。

圖15示出了當(dāng)質(zhì)量塊17的重量增加直到滿足第一卷繞過載條件時的情況，其中，重繞鏈輪70處的扭矩超過第一卷繞扭矩閾值，但仍然在扭矩的預(yù)定操作范圍內(nèi)。此時，第一柄腳71已經(jīng)縮短了足夠的量，以使開關(guān)80從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變到打開狀態(tài)。這可以使報警裝置警告用戶：重物17太重并且應(yīng)該減小重量，或者將對設(shè)備造成損壞。由于扭矩仍然處于扭矩的預(yù)定操作范圍內(nèi)，因此螺旋彈簧73繼續(xù)對心軸76施加足夠的夾持力，從而防止重繞鏈輪70在第二方向上旋轉(zhuǎn)。

這里，卷繞過載保護(hù)器的第二止動塊79形成L形并且包括止動表面78。當(dāng)沿第一方向施加到重繞鏈輪70上的扭矩增加時，第二柄腳72繼續(xù)在第一方向上旋轉(zhuǎn)，這使第二柄腳72與第二止動塊79接觸，直到第二柄腳的末端最終抵靠在止動表面78上，從而防止第二柄腳72在第一方向上進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。如果扭矩進(jìn)一步增加超過扭矩的操作范圍并因此超過第二卷繞扭矩閾值(形成操作范圍的上限的所述第二卷繞扭矩閾值)，則滿足第二卷繞過載條件。這在圖16中示出。此時，由止動表面78施加到第二柄腳72上的阻力防止螺旋彈簧73進(jìn)一步收緊其在心軸76上的夾持，使得心軸76的外側(cè)與螺旋彈簧73的內(nèi)側(cè)之間提供的內(nèi)阻力被克服。然后，心軸76和重繞鏈輪70能夠在第二方向上旋轉(zhuǎn)，從而造成懸掛質(zhì)量塊17朝向地面的受控加速下降，由此保護(hù)設(shè)備免受由于懸掛過重的重量而造成的損壞。如前所述，這種損壞可能發(fā)生在齒輪或細(xì)長柔性部件上，或者發(fā)生在扭簧離合器本身上，例如通過第一柄腳71或第二柄腳72的塑性變形。

在下述意義上控制該下降：盡管心軸76現(xiàn)在在螺旋彈簧73內(nèi)部轉(zhuǎn)動，但保留一些內(nèi)阻力，這些內(nèi)阻力產(chǎn)生制動力，以防止質(zhì)量塊自由下落。不受控制的下降可能給用戶的印象是：設(shè)備已經(jīng)永久破損(例如，如果設(shè)置有扭矩過載保護(hù)機(jī)構(gòu)，則事實上這可能不是這種情況)。因此，卷繞扭矩過載保護(hù)器提供了附加的優(yōu)點(diǎn)：即通過相反地實現(xiàn)相對較慢的、受控的下降來避免這種印象。

第一卷繞扭矩閾值和第二卷繞扭矩閾值通?？梢苑謩e設(shè)置為與第一過載閾值和第二過載閾值類似的水平。例如，卷繞扭矩傳感器可以保護(hù)裝置免受由于在較長時間內(nèi)施加的稍微過重重量而造成的一般磨損，而卷繞過載保護(hù)器可以防止由于過載而發(fā)生的突然故障風(fēng)險?？梢酝ㄟ^選擇具有適當(dāng)拉伸特性的螺旋彈簧73來實現(xiàn)這點(diǎn)。

圖17是使設(shè)備能夠經(jīng)由不同的裝置被再加載(再激勵)的另一實施例的示意圖。該裝置包括與圖7至圖11類似的齒輪系統(tǒng)。然而，為了清楚起見，僅示出其一部分。在該實例中，質(zhì)量塊117(其并非懸掛在閉合回路上)附接到稱為重物鏈110的細(xì)長柔性部件的開放長度的端部。重物鏈110聯(lián)接到鏈輪，鏈輪固定到內(nèi)齒圈140上，以便驅(qū)動內(nèi)齒圈140響應(yīng)于懸掛質(zhì)量塊117的重量而在第一方向上旋轉(zhuǎn)。在圖17中，重物鏈110被示意性地示出為與內(nèi)齒圈140的外部聯(lián)接。重物鏈110的相對端(其未附接到質(zhì)量塊117)可以從設(shè)備的出口孔自由地伸出，或者在設(shè)備內(nèi)部卷繞在輕微彈起或機(jī)械聯(lián)接的存儲卷筒上。

多個(在這種情況下為三個)行星齒輪142a、142b、142c設(shè)置在內(nèi)齒圈140內(nèi)，并且構(gòu)造為響應(yīng)于內(nèi)齒圈140在第一方向上的旋轉(zhuǎn)而沿第一方向在它們各自的軸線上旋轉(zhuǎn)。然后，旋轉(zhuǎn)的行星齒輪142a-142c構(gòu)造為驅(qū)動中心太陽輪141在第二方向(其中，第二方向與第一方向相反)上旋轉(zhuǎn)，這又經(jīng)由一系列高增速比齒輪(未示出)向發(fā)電機(jī)提供機(jī)械輸入。行星齒輪142a-142c安裝到與重激勵部件108聯(lián)接的安裝板(未示出)上。在該實例中，重激勵部件108是稱為“拉繩”的細(xì)長柔性部件的閉合回路，并且經(jīng)由鏈輪直接聯(lián)接到安裝板上。作為選擇，拉繩108可以經(jīng)由一個或多個中間齒輪與安裝板聯(lián)接，中間齒輪構(gòu)造為在重激勵過程期間提供機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。

安裝板僅能夠在第二方向上旋轉(zhuǎn)。例如，經(jīng)由棘輪或扭簧離合器實現(xiàn)這點(diǎn)。該旋轉(zhuǎn)僅在重激勵過程期間發(fā)生，由此用戶向下拉動拉繩108以向安裝板施加反向扭矩，從而使其在第二方向上旋轉(zhuǎn)。這使行星齒輪142a-142c現(xiàn)在沿第二方向繞太陽輪141運(yùn)動(之前，行星齒輪相對于太陽輪靜止)，同時仍沿第一方向在它們各自的軸線上旋轉(zhuǎn)。這同樣驅(qū)動內(nèi)齒圈140在第二方向上旋轉(zhuǎn)，從而向上縮回/卷繞重物鏈110并提升質(zhì)量塊117。然而，始終保持提供給電能產(chǎn)生裝置的持續(xù)動力。重物鏈110持續(xù)對內(nèi)齒圈140施加力，這使內(nèi)齒圈140驅(qū)動行星齒輪142a-142c在它們的軸線上旋轉(zhuǎn)，盡管內(nèi)齒圈140的凈運(yùn)動是在第二方向上。行星齒輪142a-142c圍繞它們的旋轉(zhuǎn)軸線在第一方向上的旋轉(zhuǎn)持續(xù)進(jìn)行，并且驅(qū)動太陽輪141和電能產(chǎn)生裝置的其余部分。

該實例與先前描述的過載保護(hù)機(jī)構(gòu)和傳感器兼容。例如，安裝板可以構(gòu)造為由于扭簧離合器的存在而僅沿第一方向旋轉(zhuǎn)，其可以設(shè)置有卷繞扭矩過載保護(hù)器和/或卷繞扭矩傳感器。

使用上述裝置也實現(xiàn)了各種優(yōu)點(diǎn)。例如，在細(xì)長柔性部件110的開放長度處懸掛質(zhì)量塊117(與閉合回路不同)的能力減小了所需的細(xì)長柔性部件的長度，從而導(dǎo)致成本降低。此外，鉤(其懸掛重物袋)不需要構(gòu)造為允許重物鏈110移動穿過它(例如，通過在鉤上設(shè)置輪子或鏈輪)。這進(jìn)一步降低了成本，消除了潛在的故障點(diǎn)并且消除了重載軸，從而提高了總體效率。

如從上述各種實施例中可以認(rèn)識到的那樣，提供了一種與先前版本的設(shè)備相比能夠給用戶帶來顯著益處的用于產(chǎn)生電能的改進(jìn)型便攜式設(shè)備。