一种背包式人体行走能量收集装置

1.本发明属于可穿戴能量收集装置技术领域，具体涉及一种背包式人体行走能量收集装置。


背景技术：

2.在当今世界，便携式的电子设备发展非常迅速，传统的燃料化学电池已经无法满足需求，需要寻求新的能量收集方式。人体在运动时是可以产生巨大的能量的，通过对人体的动能进行收集然后用于发电的技术设备应运而生。人体运动产生的能量多种多样，这些能量具有在人体无法运动又没有环境能量供能的情况下，仍能自我供能发出信号的优点，又具有环境能量所不具有的随时随地供能的移动随意性。而且理论上，其足够满足现代便携式电子设备对电量的需求，因此将来其必然会在便携式电器的供电系统占据重要的地位。
3.随着微机电技术和无线传感器网络的日益发展和成熟，基于可穿戴设备收集人体能量用于发电的设备在人机交互、健康监测以及军民融合等众多领域有着广泛的应用。随着智能可穿戴设备的普及，以及户外环境下外部设备多次充放电的使用需求，直接利用人体运动时产生的能量，加以收集、存储与转换，这种实时收集、实时转化的绿色能源方式有着广泛的应用潜力对可持续发展道路有着深远的社会效益。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种背包式人体行走能量收集装置，可应用于外部设备充电的便捷式可穿戴能量收集装置、可用于解决现有蓄电池一次充电，不能重复使用、对环境污染性大、成本高以及能源浪费等问题，同时还可对人体行走提供助力。
5.本发明所采用的技术方案是：一种背包式人体行走能量收集装置，包括背包型外壳以及与外壳相过盈配合卡扣的外壳卡扣，在外壳内设置有两个对称布置的传动齿轮，两个传动齿轮之间啮合有从动齿轮，传动齿轮通过传动支柱固定连接在外壳和外壳卡扣形成的壳体内；围绕传动支柱的中心轴设置有一圈与传动齿轮同轴的卷簧；在传动齿轮的外侧位置还分别设置有固定支柱，卷簧的一端固接在传动支柱上、另一端固定在固定支柱上，传动支柱上还固定有传动电缆，传动电缆绕过固定支柱上部后向下穿出壳体后另一端分别固定在使用者左、右脚之上；
6.从动齿轮的下方还啮合有发电机齿轮，发电机齿轮通过中心轴连接在壳体内，中心轴上设置有发电机，发电机上还连接有连接导线。
7.本发明的特点还在于，
8.背包型外壳的上部背带位置还设有弹性卡夹。
9.在壳体的两侧靠下位置分别设置有横向穿进壳体内的滚动轴，滚动轴通过两个滚动轴轴承a固定在壳体上，其中一个滚动轴轴承a嵌套在壳体侧部，另一个通过轴承座固定在壳体内部；传动电缆绕过固定支柱后向下经过滚动轴进行限位后穿出壳体。
10.壳体的底部正对滚动轴位置设置有开口，传动电缆经过开口穿出壳体。
11.传动电缆经过滚动轴、固定支柱与传动支柱，呈“s”型连接。
12.传动齿轮通过传动支柱和单向轴承与壳体内壁相连，单向轴承内嵌在壳体内壁上，传动支柱的另一端通过轴承b连接在外壳卡扣内壁上。
13.本发明的有益效果是：本发明的一种背包式人体行走能量收集装置，安装位置接近人体重心位置，且只需别在腰间，携带方便，更加轻巧，使用电缆连接使用者脚腕处，不会限制使用者的正常运动；集收集、储能、转化、发电于一身，减少能量的浪费与消耗，自身伸腿运动帮助自身抬腿运动，起到助力行走的作用；区别于传统锂电池的发电形式，该装置采用机械能转化电能的发电形式，绿色环保，还能实时储能，该发电途径简单易得，优于太阳能、风能、水能等过分受外界影响的发电形式；本发明设有发电模块，导线连接即可对外部设置供电，能量传导便捷；零部件更换方便，适合大批量生产及使用，用途广泛，可帮助户外人员助行与供电。
附图说明
14.图1是本发明一种背包式人体行走能量收集装置的外观造型图；
15.图2是本发明一种背包式人体行走能量收集装置的内部结构示意图；
16.图3是本发明一种背包式人体行走能量收集装置的结构局部示意图；
17.图4是本发明一种背包式人体行走能量收集装置的运动示意图；
18.图5是本发明一种背包式人体行走能量收集装置的穿戴使用效果图。
19.图中，1.外壳，2.弹性卡夹，3.外壳卡扣，4.传动电缆，5.滚动轴，6.滚动轴轴承a，7.固定支柱，8.传动支柱，9.卷簧，10.传动齿轮，11.单向轴承，12.从动齿轮，13.发电机齿轮，14.轴承b，15.发电机，16.连接导线。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
21.本发明一种背包式人体行走能量收集装置，如图1
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3所示，包括背包型外壳1以及与外壳1相过盈配合卡扣的外壳卡扣3，在外壳1内设置有两个对称布置的传动齿轮10，两个传动齿轮10之间啮合有从动齿轮12，传动齿轮10通过传动支柱8固定连接在外壳1和外壳卡扣3形成的壳体内，围绕传动支柱8的中心轴设置有一圈与传动齿轮同轴的卷簧9；在传动齿轮10的外侧位置还分别设置有固定支柱7，卷簧9的一端固接在传动支柱8上、另一端固定在固定支柱7上，传动支柱8上还固定有传动电缆4，传动电缆4绕过固定支柱7上部后向下穿出壳体1后另一端分别固定在使用者左、右脚之上；
22.从动齿轮12的下方还啮合有发电机齿轮13，发电机齿轮13通过中心轴连接在壳体内，中心轴上设置有发电机15，发电机15连接有连接导线16，连接导线16可连接外部充电设备。
23.背包型外壳1的上部背带位置还设有弹性卡夹2。
24.在壳体1的两侧靠下位置分别设置有横向穿进壳体内的滚动轴5，滚动轴5通过两个滚动轴轴承a6固定在壳体上，其中一个滚动轴轴承a6嵌套在壳体侧部，另一个通过轴承座固定在壳体内部；传动电缆4绕过固定支柱7后向下经过滚动轴5进行限位后穿出壳体。
25.壳体1的底部正对滚动轴5位置设置有开口，传动电缆4经过开口穿出壳体。
26.传动电缆4经过滚动轴5、固定支柱7与传动支柱8，呈“s”型连接。
27.传动齿轮10通过传动支柱8和单向轴承11与壳体内壁相连，单向轴承11内嵌在壳体内壁上，传动支柱8的另一端通过轴承b14连接在外壳卡扣3内壁上。
28.背包型外壳1与背包型外壳卡扣3相互配合，由中间三角放置的螺栓连接固定，组成整个背包式收集装置的大体外形，背包型外壳1开孔，与弹性卡夹2螺栓连接，两侧弹性卡夹2挂在人体腰部接近人体重心位置，减少装备的携带感，使其更加轻便舒适。该装置内部为左右对称结构，除从动齿轮12、发电机齿轮13与发电机15外，均为成对出现，两侧传动电缆4分别固定于使用者左、右脚之上，随使用者行走的步态周期变化改变拉伸长度，传动电缆4连接滚动轴5、固定支柱7与传动支柱8，呈“s”型连接，传动电缆4环绕在滚动轴5上，滚动轴5与滚动轴轴承a6紧密连接，保障传动电缆4的顺滑伸缩。储能用卷簧9与传动齿轮10同轴心连接于传动支柱8上，传动齿轮10与传动支柱8依靠单向轴承11连接，卷簧9随传动支柱8运动，单向轴承11限制传动齿轮10与卷簧9一个方向的相对运动，轴承b14保障传动齿轮10顺滑旋转，中心同样配备一个轴承b14，保障从动齿轮12的顺滑旋转，从动齿轮12与两个传动齿轮10配合，将运动传递给发电机齿轮13。
29.如图4
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5所示，在实际使用时，使用者将本发明穿戴于腰部位置，两个传动电缆4分别固定在左右脚腕处，当穿戴者正常行走时，左脚伸出，左侧传动电缆4拉伸，滚动轴5转动，固定支柱7不动，锁死卷簧9一端位置，传动电缆4使得传动齿轮10逆时针旋转，单向轴承11限制传动齿轮10相对传动支柱8逆时针旋转，致使传动齿轮10与传动支柱8和卷簧9处于耦合状态，卷簧9中心端随着传动支柱8逆时针旋转，卷簧9收缩，储存弹性势能，同时，从动齿轮12顺时针旋转，右侧传动齿轮10逆时针旋转，右侧单向轴承11同样致使右侧传动齿轮10与右侧传动支柱8和卷簧9处于耦合状态，右侧卷簧9中心端随着右侧传动支柱8逆时针旋转，右侧卷簧9伸展，储存弹性势能，发电机齿轮13逆时针旋转，发电机15发电。
30.左脚伸出状态结束，卷簧9回弹，释放弹性势能，帮助使用者右脚抬腿。随后，右脚伸出时，右侧传动电缆4拉伸，滚动轴5转动，固定支柱7不动，固定卷簧9外端位置，传动电缆4使得传动齿轮10顺时针旋转，单向轴承11失去限制作用，传动齿轮10与传动支柱8和卷簧9处于解耦状态，仅传动齿轮10顺时针旋转，从动齿轮12逆时针旋转，左侧传动齿轮10同样顺时针旋转，发电机齿轮13顺时针旋转，发电机15不发电，左右侧卷簧9、传动支柱8及固定支柱7均不动。
31.以此，该装置可随使用者步态周期变化而循环往复储能、发电。