利用流体收集能量制造技术

系统管理流体对其环境变化的反应，以将这些反应转化为能量，从而收集该能量，同时当环境条件超过预定的阈值时，保护设备免受破坏或故障。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用流体收集能量对相关申请的交叉引用本申请要求于2018年9月13日提交的美国临时专利申请62/730,854的权益，其全部内容明确地通过引用并入本文，并依靠该申请来定义可在此寻求保护的特征，因为相信其全部内容有助于解决本专利技术的基本技术问题，在下文中可能提及的一些特征特别重要。版权和法律声明本专利文件的部分公开内容包含受版权保护的材料。申请人不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为它出现在专利商标局的专利档案或记录中，但在其他方面保留所有的版权权利。此外，本文对第三方专利或文章的任何引用都不能被解释为承认本专利技术无权通过优先权专利技术而先于这些材料。
技术介绍
本专利技术涉及通过液体对其环境的变化作出反应来收集可从环境中自由获得的能量的装置和方法，这种变化可以是温度变化、相对于重力的方向变化、冲击和/或辐射等。近年来，为了能够为越来越多的便携式或可穿戴设备供电，以及避免将电信号或电源电缆用于远程动作或传感设备，可从环境中自由获得的能量的收集遇到了越来越多的兴趣。本专利技术涉及利用流体对其环境变化的反应收集能量，这种变化可以是温度变化、相对于重力的方向变化、冲击和/或辐射等。
技术实现思路
本专利技术提供了管理流体对其环境变化的反应的手段，以将这些反应转化为能量收集，同时保护装置在环境条件超过预定阈值时不被破坏或失灵。附图说明附图以示例的方式表示本专利技术主题的不同实施例。图1A-1G是本专利技术优选实施例的视图。图2A-2C是本专利技术另一实施例的视图。图3A-3D是可添加到本专利技术任何实施例的可选特征的视图。图4是本专利技术又一实施例的剖视图。图5是集成本专利技术的可穿戴设备的示意图。本领域技术人员将理解，图中的元素是为了简单和清晰而说明的，不一定按比例绘制。例如，尺寸可以相对于其他元素被夸大，以帮助加强对专利技术及其实施例的理解。此外，当本文使用“第一”、“第二”等术语时，它们的使用是为了区分类似元素，而不一定是为了描述顺序或时间顺序。此外，说明书和/或权利要求书中的诸如“前”、“后”、“顶部”、“底部”之类的相对术语不一定用于描述排他的相对位置。因此，本领域技术人员将理解，这些术语可以与其他术语互换，并且本文描述的实施例能够以比明确说明或以其他方式描述的那些方向更多的方式操作。具体实施方式下面的描述并不意欲以任何方式限制本专利技术的范围，因为它是示例性的，用于描述在本申请日专利技术人已知的本专利技术的最佳模式。因此，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以对本文所公开的示例性实施例中描述的任何元素的布置和/或功能进行改变。在图1A所示的实施例中，示出了用流体进行能量收集。能量收集系统100包括：包含在刚性储存器4内的流体2，以及温度范围设置系统30。储存器与活塞系统10进行流体连通，该活塞系统将流体2的体积变化转化为机械运动。温度范围设置系统30包括：(a)柔性腔室22和(b)范围设置机构20，该范围设置机构确保能量转换在工作温度范围内是有效的，并在工作温度范围外时保护系统不受欠压/过压影响。活塞系统10所产生的机械运动通过微机械工业中众所周知的传动装置50转化为适当的运动，以便例如通过压缩或膨胀弹簧、卷绕发条盒弹簧(barrelspring)、弯曲挠性梁弹簧(flexuralbeamspring未示出)、齿条和小齿轮以机械能的形式储存起来，或通过发电机58直接用于发电，或在可穿戴设备如手表或怀表或手提包中赋予机械功能动画(animatemechanicalfunctions)。在一个变型中，能量收集系统仅在一个方向上运行，在这种情况下，活塞系统10产生的机械运动可主要用于温度升高时，温度降低时用于调节温度范围设置系统30，因为缩回波纹管所需的最大可用压力主要来自环境和它们自身的刚度，这种变型方案为简单的能量存储机构(例如通过传动装置50卷绕发条盒弹簧)提供了解决方案。在另一个变型中，活塞系统10可以包括一个或多个预紧弹簧，使得温度升高和温度降低时都可以利用活塞系统10产生的机械运动。对于能量的机械储存，这种变型方案需要更复杂的传动机构50，包括可能增加机械游隙和损耗的机械方向转换器，以便卷绕发条盒弹簧，例如在钟表行业中众所周知的发条盒弹簧(barrelspring)。对于其它用途，如旋转双向发电机，这种变型方案可能更有效。流体2是液体、胶体液体、气体或任何数量的这些元素的任何组合或混合物，并且可以包括经设计以对其环境变化有反应的固体元素，例如颗粒、晶格结构、压载重物或搅动器，它们，该变化可以是温度变化、相对于重力的方向变化，冲击和/或辐射等等。可以选择流体2来呈现其一种或多种组分的溶解度的突然变化，或者在达到系统工作范围内的温度阈值时产生可逆的化学反应。选择和/或设计流体2以呈现可压缩性和热膨胀特性的组合，其针对能量收集系统而优化并且根据各种实施例在本文中进行了描述。现在参考图1B-1C，活塞系统10需要非常有效地将流体体积变化转换为机械运动，并且为了安装在可穿戴设备中，该系统必须被构造得尽可能紧凑。波纹管132、136、142和146提供了活塞的功能以及非常高的流体密封性，但是由于波纹形成其柔性侧壁所使用的空间而具有显著的足迹。另外，它们的刚度与所述波纹的尺寸直接相关。为了针对相对低的流体体积差152获得相对长的运动12，较小的工作表面是优选的。可以找到针对特定应用的优化构造，其重点是针对较短的长度获得相对较宽的系统，或针对较长的长度获得较窄的主体。现在参考图1B，通过将具有小的有效表面134的小波纹管132安装在具有较大的有效表面144的大波纹管142的内部，然后将它们一起紧密地附接到基部122，来获得针对短长度优化的活塞系统10的设计。然后，两个波纹管132、142之间的体积可以用作活塞。紧紧地附接在两个波纹管132、142上的活动部件124呈现出用于将流体体积变化152转换为运动12的所得的有效表面，该有效表面小于大活塞142的有效表面，因为其是较大的有效表面144和较小的有效表面134之间的差。现在参考图1C，通过在具有较大有效表面144的大波纹管142的前面安装具有较小有效表面134的小波纹管132，并将它们一起紧密地连接在通过杆126传递机械运动12的活动部件124上，可以获得针对狭窄主体优化的活塞系统10构造。波纹管132、142的另一端紧密地附接在系统主体162内。系统主体162的内部与波纹管132、142之间的体积接收流体并作为活塞，具有用于将流体体积体积变化152转换为运动12的有效表面，该有效表面小于大活塞142的有效表面。这是因为其是较大的有效表面144与较小的有效表面134之间的差。当目标是要达到非常小的所得有效表面时，这种结构是优选的，因为它允许小波纹管132和大波纹管142具有几乎相同的尺寸。现在参考图1D，针对狭窄主体优化的活塞系统10的构造可能存在波纹管塌陷(buckling)的风险，因为内部压力可能会升高，并伴随着较小的所得有效作用面和与波纹管的长度相比较长的机械运动12。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量收集系统（100），包括刚性储存器（4、204）、活塞系统（10）和温度范围设置系统（30），所述能量收集系统（100）包含流体（2），所述储存器与以下构件流体连通：/n（a）活塞系统（10），其将所述流体的体积变化转化为机械运动，以及/n（b）温度范围设置系统（30），其至少包括柔性腔室（22）和范围设置机构（20），其中柔性腔室（22）与范围设置机构（20）连接，以在给定的温度范围内接合活塞系统（10）的运动，从而管理流体对其环境变化的反应，以将这些反应转化为收集能量，同时当环境条件超过预定阈值时，保护装置不被破坏或发生故障，从而自动确保在工作温度范围内能量转换是有效的，并在工作温度范围外保护系统不受欠压/过压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180913 US 62/730,8541.一种能量收集系统（100），包括刚性储存器（4、204）、活塞系统（10）和温度范围设置系统（30），所述能量收集系统（100）包含流体（2），所述储存器与以下构件流体连通：
（a）活塞系统（10），其将所述流体的体积变化转化为机械运动，以及
（b）温度范围设置系统（30），其至少包括柔性腔室（22）和范围设置机构（20），其中柔性腔室（22）与范围设置机构（20）连接，以在给定的温度范围内接合活塞系统（10）的运动，从而管理流体对其环境变化的反应，以将这些反应转化为收集能量，同时当环境条件超过预定阈值时，保护装置不被破坏或发生故障，从而自动确保在工作温度范围内能量转换是有效的，并在工作温度范围外保护系统不受欠压/过压。


2.根据权利要求1的系统，其中活塞系统（10）包括波纹管（132、136、142、146）。


3.根据权利要求1的系统，其中活塞系统（10）包括具有不同有效表面的至少两个波纹管（132、136、142、146），布置成使活塞系统的所得有效表面为所述至少两个波纹管的有效表面之差。


4.根据权利要求1的系统，其中所述至少两个波纹管（132、136、142、146）是同心的。


5.根据权利要求1的系统，其中由活塞系统（10）产生的机械运动之后以潜在机械能的形式存储。


6.根据权利要求5的系统，其中潜在机械能是通过压缩或膨胀弹簧（36）来存储的。


7.根据权利要求5的系统，其中通过卷绕发条盒弹簧（74）或弯曲挠性梁弹簧（224）来存储潜在机械能。


8.根据权利要求1、2、3或4中的任何一个的系统，其中机械能用于直接通过发电机（58）发电或用于在可穿戴设备（500）中赋予机械功能动画。


9.根据上述权利要求中的任何一个的系统，其中，可穿戴设备（500）是钟表（500）。


10.根据上述任一权利要求的系统，其中柔性腔室（22）包括波纹管（24），该波纹管（24）在其膨胀中被搁置在范围设置凸轮（34）上的从动件（32）限制，该范围设置凸轮被保持在规定的位置。


11.根据权利要求10的系统，其中所述规定的位置由其自身形状、从动件（32）的形状和提供预紧力矩的扭簧（36）的组合来保持。


12.根据权利要求10或11中的任何一个的系统，其中从动件（32）和范围设置凸轮（34）之间的界面是简单的机械接触。


13.根据权利要求10、11或12中的任何一个的系统，其中，摩擦力被控制，使得即使在压力下，范围设置凸轮（34）仍然可以旋转。


14.根据权利要求10至13中的任何一个的系统，其中范围设置凸轮（34）具备具有不同高度形成台阶的几个位置，以定义柔性腔室（22）的几个填充水平。


15.根据权利要求14的系统，其中所述填充水平对应于能量收集系统（100）中的流体（2）的总体积或腔室（22）预定的压力阈值。


16.根据上述任一权利要求的系统，其中流体（2）的总体积对应于流体（2）的温度，使得只要柔性腔室（22）在其膨胀中受到搁置在范围设置凸轮（34）上的从动件（32）的限制，柔性腔室（22）就表现得像刚性腔室，流体（2）体积的任何增加都被活...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰·杰卡得，约翰·罗纳，吕克·马夫利，
申请(专利权)人：普雷斯弗雷克斯股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH