用来产生电能的便携式设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用来产生电能的便携式设备，特别地，该便携式设备具有在超载状态下防止过度力或过度运行速度损害设备的保护系统。
【背景技术】
[0002]据估算世界上有超过15亿人没有可靠的电源供给。在黑暗的时间里，这些人通常依靠诸如煤油的可燃燃料作为能源，特别是用来照亮他们的家或工作的地方。在过去的几十年中，特别地在光伏(PV)电池技术上有重大的进步并且光伏电池技术被视为生物质燃料的潜在替换物。但是，由于光伏电池显然只能在白天工作，因此光伏电池需要电池或类似的存储装置来存储产生的电能。光伏电池以及电池系统太贵以致于不能威胁到煤油被用作燃料源来提供光。依赖煤油的人通常靠非常低的收入生存，这使得许多技术替换物在经济上遥不可及。尽管煤油的燃烧产物会带来长期的健康危害、使用火焰来照明会引起火灾、以及大范围燃烧这种燃料会对气候变化带来影响，煤油仍然被广泛地使用。
[0003]在本文中针对这个问题，我们已经预先开发了一种重力推进发电机的形式的非常低成本、可靠且“零污染”的解决方案。使用这种解决方案，允许升高的重量在重力的作用下下降，其作用通过齿轮系统转动给LED供电的小型发电机。这种设备的一个示例在W02011/045606A1 中描述。
[0004]应该理解的是，这种发电机因此必须能以非常低的成本生产，并且还可以承受由不熟悉这种设备从而不能理解如何切实遵照操作说明来延长这种设备的寿命的用户在富有挑战性的环境下重复使用。
[0005]在这种设备中，用于将大质量的缓慢下降转换为对发动机的高速驱动的复杂机械系统必须是高效的。典型的驱动系统的部件之间具有固定的、严格的关系，以有效地转移能量。例如，齿轮箱通常由一般由金属制造的刚性外壳制成，牢牢地以固定关系保持齿轮。滑轮系统以类似方式工作。滑轮组是滑轮布置的示例，其被设计来便于提升重量，其中不惜任何代价来避免系统中的任何弹性或滑动。
[0006]当超载时，这些驱动系统中的每一个都可能彻底失效。在重量驱动提速齿轮箱的情况下，悬挂在固定点，这可能导致脱离齿轮或重量分离并且自由下落，可能引起伤害。如果在变速箱上施加太大重量，或者如果重量被升起并下落，施加在齿轮上的压力会产生瞬间大幅增长，则会发生超载。在这种系统中，用户可能认为额外的重量加载可能是有益的，例如产生更多能量。但是每个系统都有一个安全操作负荷，超过安全操作负荷来使用可能是危险的。
[0007]在重力推动发电机的情况下，最不希望的是这种容易由于超载而发生故障，因为这种发电机对其拥有者而言可以代表相当大的投资，需要保证其可以可靠地使用多年。正是在这样的背景下，开发出了本发明。
【发明内容】
[0008]根据本发明，提供一种用来产生电能的便携式设备，该设备包括:
[0009]a.响应于输入的机械动作产生电能的电能产生装置
[0010]b.重力推动驱动器，其在重力的作用下通过悬挂的质量块的下降向电能产生装置提供所述机械动作；以及，
[0011]C.保护系统，其适于防止电能产生装置由于输入的机械动作而承受的驱动力由于超载状态而超出预定阈值。
[0012]因此，通过保护系统的设计和开发，该设备中产生了重大进步，该保护系统防止了驱动力由于超载状态而超过预定阈值。
[0013]此构思原则上可应用于任何形式的便携式重力推动电能产生装置，具体地，该便携式重力推动电能产生装置中的许多不同方法中的一个可以将下降的质量块的重力势能转换为电能。通常这种方法涉及这样的电能产生装置，其包括:轮系，其用来将来自重力推动驱动器的相对低速的输入转换为相对高速的输出。电能产生功能本身通常如交流发电机、直流发电机或(反向操作的)发动机形式中的通过电磁感应启动。但是，保护系统也可以有助于在保护根据诸如压电现象的不同原理运行的电能产生装置。
[0014]在发生超载状态下使保护系统运行。超载状态可以由以下情形表示:超过预定大小的质量施加至重力推动驱动器；通过向驱动系统施加外部附加力(诸如向下拉质量块或其支撑)，质量块的不可控下降(诸如如果其下落)；或者电能产生装置上的电负载不足(超速的情况)。实际上，超载状态存在的情形可取决于装置的运行状态。因此，在诸如开路状态的不充足的电负载应用到电能产生装置上时，超载状态可以以超速的形式存在。因此，“正常”操作重量在电负载被移除时可能引起这种超速的发生，并且该重量驱动电能产生装置达到可能发生损坏的速度。超载状态可以由同时发生的这些情形中的一个或多个来表示。因此，超载状态可以代表临时状态(持续时间少于几秒:例如，如果质量块在上升的过程中下落、或通过临时地断开了供电装置来移除电负载)或者其中所应用的质量块实在太大、由该装置供电的灯“爆炸”、或永久地移除了唯一动力装置的更持续的状态。
[0015]可选地，保护系统可以通过至少部分地将机械驱动器从电能产生装置上解耦来运行。部分解耦而非完全解耦是有利的，因为在特定超载状态下，完全解耦可能潜在地引起质量块下落(除非另由附加机械装置放缓)，其可能给用户带来安全风险。
[0016]保护系统可以包括若干不同部件，并且在多部件系统的情况下，这些部件可以位于设备中的不同位置上。例如，保护系统的至少部分可以位于重力推动驱动器和电能产生装置之间，包括在驱动器或装置的一个或每个内。保护系统可以在这样的情形下位于驱动器和装置之间:在超载状态下是装置最有风险遭到损坏。保护系统可以包括摩擦机械装置，其用来在超载状态下向电能产生装置提供减少的驱动力。这种机械装置可以包括离合器或刹车中的一种或每一种，从而附加的不期望的能量在由超载引起的离合器或刹车滑动期间通过摩擦作用被耗散为热量。偏置棘齿系统也可以用于此目的，棘齿的动作产生超载的声首指不。
[0017]此外，保护系统的至少部分可以位于或邻近质量块的耦合点。另外或可选择地，设备可以具有外壳，其包括使用时用来将设备附着于支撑上的附接构件(诸如住所的横梁或其他结构)，并且其中，保护系统的至少部分位于或邻近附接构件。在这种情况下，保护系统可以包括弹性偏置构件。这种构件可以由高弹体或弹簧(各种类型的弹簧，虽然螺旋弹簧提供紧凑结构)形成。弹性偏置构件在适于提供阻止重量的下落(不可控下落)的保护，而不适用于超重状态。但是，在发生超载状态下物理地移动的相同的弹性偏置构件可以引起开关的操作，以便激活电子版本的保护系统(之后描述)中的保护电路。这些附加部分可以对快速增长力(如向设备提供动力的质量块下落的情况)提供一些抑制效果，从而提供防止暂时超载状态的一些保护。然而它们对于防止持续超载状态的能力有限。
[0018]除以上任何一种的也可以使用的另一种可能是可延展耦合件的使用，其包括耦合外壳和一段柔性材料，被构造为允许附着于所述柔性材料的一端的所述设备的第一部分响应于超载状态而相对于附着于耦合外壳的所述设备的第二部分可控分离。因此，以这种方法，如果超载状态发生，则柔性材料会展开以便分离各个部分。例如，这可能引起过重的质量块降低到地面或电能产生装置相对于其附着于横梁或其他支撑的位置落下。这种可延展耦合件可以通过使用离合器来产生作用，当在超载状态下，离合器引起柔性材料展开。这在可延展耦合件包括柔性材料的线轴时特别有用。作为替换，长螺旋弹簧可以被用来实现类似的效果。这可以通过弹性棘爪保持在它的外壳中，例如通过应用过重质量块，使棘爪产生偏斜，因此允许质量块附着的弹簧展开。有时，最简单的布置可能需要手动撤销柔性材料的展开，可以想到的是，当超载状态被解除时，可以使用某种形式的自动“卷入”机构。
[0019]实现保护系统的另一种方法是这样一种方法，其中，保护系统包括保护电路，其与电能产生装置的输出电连接，保护电路被构造为在处于超载状态时运行，以便增加电负载的电压或移除负载(开路)，从而允许电能产生装置以超过其在正常状态下的运行速度的速度运行。倘若电能产生装置能够以这种速度运行，则该保护系统通过减小该电能产生装置中的机械压力，特别地，减小形成这种装置的部分的任何轮系中的机械压力来运行。
[0020]优选地，使保护电路切换至保护模式，其中所述装置的运行速度增加至超过正常速度而达到更高的保护速度。保护电路可以包括物理开关和警告装置(诸如LED和/或蜂鸣器)，警告装置可连接至电能产生装置的响应于正在运行的开关的输出。警告装置可以与电阻器串联连接以允许对保护电路中的电流的控制。通常，当开关置于第一位置时，其可以操作使得警告装置与电能产生装置相连接。单刀双掷开关可以用来达到这个目的。当设备处于超载状态时，开关通常适于采用第一位置。在这种条件下，超载