自发电的悬浮背负系统及带有该悬浮背负系统的背包的制作方法

1.本技术涉及一种背负装置，具体涉及一种自发电的悬浮背负系统及带有该悬浮背负系统的背包。


背景技术：

2.背负作为一种普遍的负载运输方式，常用于野外求生、军警执勤、应急救援以及登山等户外活动，背包静置不动时，背包施加在身体上的力等于背包的重量，担当背着背包行走或奔跑时，背包会随着人体重心的移动上下震动，震动过程中施加在身体上的峰值力相对于静止不动时显著增加，增加人体的负重，不利于户外的负重行走。悬浮背负系统包括背带载体、负载载体和连接背带载体和负载载体的悬浮连接模块，背带载体连接背带，负载载体连接背囊，在悬浮连接模块的作用下，背囊可随负载载体可沿背带载体上下震动，可有效缓冲行走过程中负重对人体的压力。
3.例如，公开号为cn 110720737a的中国发明专利申请文献公开了一种可调式悬浮减压背负机构，包括背负板、搭载板、减振悬挂机构和减振调节机构，背负板与搭载板滑动连接，背负板通过减振悬挂机构与搭载板连接，减振调节机构固定于背负板上，减振调节机构与减振悬挂机构连接，搭载板用于搭载背包或负重，背负板连接有背带；减振悬挂机构包括弹性带和多个滚轴机构，多个滚轴机构分别设置于背负板和/或搭载板的上端和下端，布置于背负板和搭载板之间，弹性带的一端与搭载板连接，弹性带的另一端依次绕过多个滚轴机构与减振调节机构连接，减振调节机构固设于背负板上。
4.背负系统上下震动过程中产生的机械能可考虑回收利用，另一方面，户外行动中，往往需要携带便携式电子产品，电子产品通常需要二次充电，现有技术中也存在带发电功能的背包，但存在发电效率低或机构复杂增加背负系统重量等问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种自发电的悬浮背负系统，发电装置结构精巧且发电效率高。
6.自发电的悬浮背负系统，包括滑动配合的背带载体和负载载体、设置于背带载体与负载载体之间的悬浮连接模块，还包括发电模块；
7.所述悬浮连接模块包括弹力绳和若干个定滑轮；所述定滑轮设置于负载载体和背带载体之间并安装于背带载体或负载载体上，所述定滑轮分别布置于沿背带载体和负载载体相对滑动方向的两端，所述弹力绳的一端为固定端且安装于所述背带载体上、另一端为悬浮端且依次绕过多个定滑轮后安装于所述负载载体上；
8.所述发电模块包括安装于所述背带载体上的发电离合器、发电机和齿轮组，所述发电离合器与其中一个安装于背带载体上的定滑轮可离合连接，所述齿轮组连接发电离合器和发电机。
9.负载载体悬浮振动过程中产生的部分机械力通过离合器和齿轮组传递给发电机，发电机发电，将机械能转换为电能，可用于为便携电子产品充电。设置与定滑轮耦合的离合
器，可对是否发电进行选择，适用不同的应用场景，满足不同的用户需求，齿轮组可倍数放大定滑轮的转速，显著提高发电效率。
10.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
11.可选的，所述发电离合器包括：
12.传动齿轮，与与之相连的定滑轮同轴布置且可离合连接；
13.弹簧，设置于所述传动齿轮与定滑轮之间；
14.旋钮，位于所述背带载体外侧且与所述传动齿轮同轴布置，所述旋钮与定滑轮分别位于传动齿轮的两侧，所述旋钮的内侧面带有沿旋钮的周向呈斜面的斜面导轨；
15.支撑柱，固定于所述背带载体外侧表面上并与所述旋钮的斜面导轨抵接配合；
16.连接轴，依次贯穿所述旋钮、背带载体、传动齿轮和对应定滑轮，所述旋钮、传动齿轮和定滑轮均与连接轴转动配合，所述连接轴的两端均带有轴向限位件。
17.可选的，与传动齿轮连接的定滑轮的轴向一端带有与该定滑轮同轴的连接部，所述传动齿轮与定滑轮连接的面上带有与连接部适配的适配槽；所述连接部靠近传动齿轮的一端内部带有与所述适配槽贯通的安装内腔，所述弹簧置于该安装内腔中，所述弹簧的一端抵接安装内腔底部、另一端抵接适配槽底部。
18.可选的，所述弹簧穿套于连接轴上；所述弹簧为碟片弹簧。
19.可选的，所述连接部与适配槽之间设有周向限位件；所述周向限位件包括设置于连接部端部的定位凸起和设置于适配槽底部的定位凹槽，所述定位凸起与所述定位凹槽在连接部与适配槽闭合时相适配。
20.可选的，所述传动齿轮与背带载体之间设置安装垫片；所述连接轴包括螺纹配合的第一连接件和第二连接件；所述第一连接件和第二连接件的自由端端部均带有所述轴向限位件。
21.可选的，所述斜面导轨的两端带有周向限位槽。
22.可选的，所述背带载体上设置一对所述支撑柱，两个支撑柱以连接轴轴心呈轴对称布置；所述旋钮内设置一对所述斜面导轨，两个斜面导轨以旋钮的轴心呈中心对称布置，每个斜面导轨的两端均设置周向限位槽；每个支撑柱与对应的一个斜面导轨配合。
23.可选的，所述发电离合器与靠近弹力绳悬浮端的定滑轮可离合连接，且该定滑轮安装于背带载体上。
24.可选的，所述齿轮组至少包括一个输出齿轮和一个输出齿轮，所述输入齿轮与传动齿轮齿合连接，所述输出齿轮与发电机的转子轴连接。
25.可选的，所述齿轮组的放大倍率为40～60倍。
26.可选的，所述发电模块还包括与发电机连接的控制板。
27.进一步地，所述控制板为pcb板。通过pcb板与外部待充电设备连接，pcb 板将发电机产生的交流电整流后转化为直流电，为外部待充电设备进行供电。
28.可选的，还包括安装于所述背带载体上的悬浮调节模块，所述弹力绳的固定端与该悬浮调节模块相连。
29.进一步地，所述弹力绳调节模块为步进式调节机构。给弹力绳提供固定点的同时
还可用于调节弹力绳的弹力。
30.更进一步地，所述步进式调节机构为棘轮调节机构。
31.更进一步地，所述棘轮调节机构包括双向棘轮机构和由双向棘轮机构同步带动的卡盘，所述卡盘上带有供弹力绳绕置的环形槽，所述弹力绳绕过该环形槽与卡盘紧配合连接。
32.本技术还提供一种背包，包括所述自发电的悬浮背负系统。所述背包包括背带、背囊和所述悬浮背负系统，所述背带与悬浮背负系统发背带载体连接，所述背囊与悬浮背负系统的负载载体连接。
33.与现有技术相比，本技术至少具有如下有益效果之一：
34.(1)本技术的悬浮背负系统在户外行走过程中，可自发电；
35.(2)本技术的发电模块发电效率高；
36.(3)本技术的发电模块涉及精巧，重量轻，看减轻背负负担；
37.(4)本技术的悬浮背负系统的悬浮振幅可调。
附图说明
38.图1和图3为本技术背负系统不同角度的整体结构示意图；
39.图2为图1所示角度的分体结构示意图；
40.图4为图3所示角度的分体结构示意图；
41.图5为图4中所示发电模块的整体结构示意图；
42.图6为图5所示发电模块中的发电离合器的结构示意图；
43.图7为图6所示的b向视图；
44.图8为图7所示a-a向剖视图；
45.图9为图5～8中所示旋钮的结构示意图；
46.图10为图8中所示连接轴的结构示意图；
47.图11为图6所示的发电离合器与背带载体之间的安装配合示意图。
48.图中所示附图标记如下：
49.10、背带载体；11、背带快拆接口；12、滑轨；13、限位器；
50.20、负载载体；21、弹力绳固定口；22、导向滑轮；23、负载快拆接口； 24、负载加强束缚点；
51.30、悬浮连接模块；31、定滑轮，31a、连接部，31b、安装内腔；32、弹力绳；
52.40、发电模块；41、旋钮，41a、斜面导轨，41b、周向限位槽；42、传动齿轮，42a、适配槽；43、齿轮组；44、发电机；45、连接轴，45a、轴向限位件， 45b、第一连接件，45c、第二连接件；46、弹簧；47、垫片组件；48、支撑柱；
53.49、安装板；
54.50、悬浮调节模块。
具体实施方式
55.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
56.为了更好地描述和说明本技术的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本技术的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
57.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
58.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
59.如图1～图4所示，一种自发电的悬浮背负系统，包括背带载体10、负载载体20、悬浮连接模块30和发电模块40。负载载体20与背带载体10之间滑动配合，背带载体用于装载背带，负载载体用于装载负载。
60.悬浮连接模块30用于使负载载体及负载在人行走或奔跑过程中上下震动，减小负重对人体肩部的压力，悬浮连接模块30包括弹力绳32和多个定滑轮31，多个定滑轮31设置于负载载体20和背带载体10之间，多个定滑轮31分别安装于背带载体10或负载载体20上，其中至少有一个定滑轮安装于背带载体上，多个定滑轮分别布置于沿背带载体和负载载体滑动方向的两端，背负系统处于使用状态中时负载载体沿背带载体上下滑动，因此，也可理解为多个定滑轮分别安装于背带载体或负载载体的上端和下端，位于上端的定滑轮与位于下端的定滑轮交错布置，弹力绳32的一端为固定端，该固定端安装于背带载体10上，弹力绳32的另一端为悬浮端，悬浮端依次绕过多个定滑轮31后安装于负载载体20上。
61.发电模块40用于将浮在载体上下运动的机械能转化为电能，可为便携式电子产品充电，发电模块40包括安装于背带载体10上的发电离合器、齿轮组63 和发电机64，发电离合器与其中一个安装于背带载体上的定滑轮耦合安装，与定滑轮闭合连接时进行机械能传动，发电机发电，与定滑轮断开时传动终止，发电机停止发电，齿轮组63连接发电离合器和发电机，用于倍数放大定滑轮的转速。
62.悬浮连接的减压原理：
63.人在行走或奔跑时，重心位移曲线可近似于正玄曲线，当负重向下移动时，人体对负重做功，同时负重将对人体肩部产生极大冲击载荷。悬浮背负系统可使与负载载体连接的负载产生的振幅始终小于人体重心的振幅，相当于减小负载相对于地面的上下运动，近似于负载悬浮在地面上跟随人体移动，以减小人体对负载所做的机械功，同时也可缓和行走时背带给人体肩部的冲击载荷。采用弹力绳和滑轮组的设计可延长弹性体的长度，增强悬浮效果，提高背负系统的减压功能，进一步提高人体负重行走时的稳定性。
64.发电模块的工作过程：
65.发电模块通过发电离合器、齿轮组及发电机将负载上下运动的机械能转化为电能，可用于给相关移动电子设备充电。发电离合器的传动部件与定滑轮闭合连接时进行传动以使发电机发电、与定滑轮分离时断开传动，发电机停止发电。
66.本技术中设置发电离合器，与悬浮连接模块的定滑轮可离合连接，可根据使用者
需求对发电模式进行选择，即选择发电或不发电，当不需要充电时断开发电机，保护发电模块的元件，可延展各元件的使用寿命；设置齿轮组对定滑轮的转速进行倍速放大，提高发电效率。
67.本技术的发电模块与弹力绳定滑轮组合的悬浮连接模块耦合连接，定滑轮转动的圈数可随运动幅度增加而增加，发电效率更好，同时本技术的发电模块结构精巧，重量轻，整体性好。
68.作为发电离合器的一种实施方式，如图5～图11所示，发电离合器包括：旋钮41、支撑柱48、传动齿轮42、连接轴45和弹簧46，传动齿轮42与其中一个安装于背带载体上的定滑轮31同轴且可离合连接，旋钮41位于背带载体外侧且与传动齿轮42同轴布置，传动齿轮42与定滑轮31均位于背带载体内侧(即背带载体与负载载体之间)，定滑轮31、传动齿轮42、背带载体、旋钮41在垂直贯穿背带载体的方向上依次布置。
69.旋钮41和定滑轮31之间可离合连接，弹簧46设于定滑轮31和传动齿轮 42之间；支撑柱48位于背带载体10的外表面上，与旋钮41相互配合，旋钮41内侧面带有与支撑柱48接触配合的斜面导轨41a。斜面导轨41a沿旋钮的周向呈斜面，也可以理解为导轨表面距离旋钮内侧边缘所在平面之间的高度沿旋钮周向由浅至深分布，在旋钮的轴向上形成落差。
70.连接轴45依次贯穿旋钮41、背带载体10、传动齿轮42和定滑轮31，连接轴45的两端均带有轴向连接件45a，旋钮41、传动齿轮42和定滑轮31均与连接轴45转动配合，即旋钮41、传动齿轮42和定滑轮31均可绕连接轴转动，连接轴可轴向移动。连接轴两端的轴向限位件至少具有如下两个作用：第一、用于限制连接轴45轴向移动时两端滑脱出旋钮41或定滑轮31；第二、作为连接轴轴向运动时的受力部件。
71.转动旋钮时，旋钮内侧的斜面导轨、支撑座上的支撑柱以及弹簧之间配合，连接轴45可沿轴向运动，调节定滑轮与传动齿轮的离合状态：正向(通常情况下为顺时针方向)转动旋钮41，旋钮内的斜面导轨由深至浅(也可以理解为导轨表面距离旋钮内侧边缘所在平面的高度由高至低)与支撑柱抵接，由于支撑柱固定不动，旋钮41向外侧移动，拉动连接轴45向旋钮41侧移动，连接轴45 带动定滑轮31轴向运动，定滑轮31与传动齿轮43锁紧，同时压缩弹簧46，实现定滑轮31与传动齿轮43的闭合连接，此时连接轴45轴向锁紧即轴向无移动空间，通过传动齿轮42和齿轮组43对定滑轮31的动力进行传动，发电机44 发电；反方向(通常情况下为逆时针方向)转动旋钮41，旋钮内的斜面导轨由浅至深(也可以理解为导轨表面距离旋钮内侧边缘所在平面的高度由低至高) 与支撑柱抵接，由于支撑柱固定不动，连接轴45轴向释放，弹簧复位，推动定滑轮31，使得定滑轮31与传动齿轮42断开，同时拉动旋钮41向内侧移动，发电机44停止发电。
72.旋钮在转动过程中，弹簧的行程至少保持与斜面导轨斜面坡度形成的行程差一致，或者略大于斜面坡度形成的行程差。
73.旋钮转动到位后需对旋钮进行周向限位，限制旋钮在无外力作用下周向转动，一种实施方式中，斜面导轨的两端均带有周向限位槽41b，旋钮转动到位后支撑柱滑入对应的周向限位槽，对旋钮进行周向限位，在无外力作用下，旋钮不会自发转动。在其他的实施方式中，旋钮也可通过其他方式进行周向限位，例如在旋钮上及背带载体外表面的对应位置上设置相互配合的限位部件；也可将两种限位方式配合使用。
74.传动齿轮42与定滑轮31之间可离合连接，一种具体的连接方式，参见图8，定滑轮
31与传动齿轮42连接的一端带有与定滑轮同轴的连接部31a，传动齿轮 42与定滑轮31连接的一面上带有与传动齿轮42同轴的适配槽42a，连接部31a 与适配槽42a相适配，用于定滑轮与传动齿轮之间的可离合连接。连接部31a 内且靠近传动齿轮的一端内部设置安装内腔31b，安装内腔31b与适配槽42a相贯通，弹簧46置于该安装内腔31b中，弹簧的一端抵接安装内腔31b的底部，弹簧的另一端抵接适配槽42a的底部。
75.弹簧用作使定滑轮与传动齿轮断开时的施力部件，定滑轮与传动齿轮锁紧连接时弹簧处于压缩状态，旋钮向内侧移动释放连接轴时，弹簧弹力释放，推动定滑轮使定滑轮脱离传动齿轮，作为弹簧的一种具体实施方式，弹簧46可选择碟片弹簧，套设于连接轴45上。
76.旋钮转动，拉动连接轴向外移动时，定滑轮与传动齿轮在旋钮与连接轴的拉动力作用下可实现锁紧，定滑轮与传动齿轮之间在锁紧状态下即可实现同步转动，一种更优选的实施方式中，在定滑轮的连接部与传动齿轮的适配槽之间设置周向限位件(图中未标出)。作为周向限位件的一种具体实施方式，周向限位件包括设置于连接部端部的定位凸起和设置于适配槽底部的定位凹槽，定位凸起与定位凹槽在连接部与适配槽闭合连接时相适配。用于在定滑轮与传动齿轮闭合连接时进一步限制定滑轮与传动齿轮42相对运动，进一步加强定滑轮与传动齿轮42的同步运动。在其他的实施方式中，定位凸起和定位槽的位置也可交换。
77.为了方便离合器与背带载体之间的贴合安装，一种优选的实施方式中，在传动齿轮42与背带载体之间设置垫片组件47，垫片组件根据具体安装空间进行选择。
78.为了增强离合器的调节稳定性，一种优选的实施方式中，背带载体10上设置一对支撑柱48，两个支撑柱以连接轴轴心呈轴对称布置；与之相应的，旋钮内设置一对斜面导轨，两个斜面导轨以旋钮的轴心呈中心对称布置，每个斜面导轨的两端均设置周向限位槽(参见图9)。每个支撑柱与对应的一个斜面导轨配合。
79.连接轴45连接定滑轮31、传动齿轮42、背带载体10和旋钮41，连接轴在外力作用下可轴向运动，连接轴的两端均带有轴向限位件45a，作为连接轴的一种具体实施方式，如图10所示，连接轴包括同轴布置的第一连接件45b和第二连接件45c，第一连接件和第二连接件之间同轴连接且螺纹配合，远离螺纹连接的另一端均带有盖帽，盖帽即构成轴向限位件45a。该实施方式的连接轴便于各部件的组装和拆卸。
80.发电离合器可与任一一个定滑轮进行耦合安装，一种更优选的实施方式中，发电离合器与靠近弹力绳悬浮端的定滑轮可离合连接，且该定滑轮安装于背带载体10上。距离连接负载载体端(即悬浮端)最近的定滑轮，弹力绳的运动幅度最大，该定滑轮的转速更快，发电模块发电效率更高。
81.定滑轮分布于背带载体和负载载体之间并安装于背带载体或负载载体上，一种实施方式中，定滑轮设置3个且均安装于背带载体上，沿弹力绳固定端至悬浮端路径上，定滑轮依次为第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮，其中第一和第三两个定滑轮位于背带载体上靠近顶端处、第二定滑轮位于背带载体上靠近底端处，第二定滑轮位于第一定滑轮和第三定滑轮中间，发电离合器与第三定滑轮耦合安装。弹力绳的固定端安装于第二定滑轮边上；负载载体上靠近底端处设置弹力绳固定口21，弹力绳的悬浮端与该弹力绳固定口固定连接。该排布方式下，有利于发电模块发电功率的最大化。
82.齿轮组可采用常规方式进行布置，一种实施方式中，齿轮组至少包括一个输出齿
轮和一个输出齿轮，输入齿轮与传动齿轮齿合连接，输出齿轮与发电机的转子轴连接。齿轮组的放大倍率可设置为60～80倍。
83.为便于发电机的电能输出以及与待充电设备的连接，发电模块还设置控制板(图中未示出)，控制板优选pcb板，控制板与发电机44连接，用于对发电机输出的交流电进行整流并转化直流电输出。
84.参见图5，为便于齿轮组43、发电机44及控制板的安装，发电装置还设置安装板49，齿轮组、发电机和控制板均可按常规方式安装于该安装板49上，发电机和齿轮组分别位于安装板的两侧，控制板设置于发电机侧，与发电机之间电连接。发电模块40与背带载体10之间的装配方式参见图2、图4和图11，安装板49与背带载体之间固定连接，发电离合器的旋钮和传动齿轮分别位于背带载体两侧并由连接轴贯穿背带载体同轴连接，发电机外还可设置封装罩壳。本技术的发电模块涉及精巧，重量轻，看减轻背负负担。
85.弹力绳的固定端安装于背带载体上，可直接固定安装也可通过调节机构安装，一种实施方式中，背带载体上设置悬浮调节模块50，弹力绳的固定端安装于该悬浮调节模块上。
86.作为悬浮调节模块50的一种优选实施方式，可选择步进式调节机构，给弹力绳提供固定点的同时还可用于调节弹力绳的弹力。
87.步进式调节机构本身可选择现有设备，一种优选的实施方式中，步进式调节机构选择棘轮调节机构。棘轮调节机构包括双向棘轮机构和由双向棘轮机构同步带动的卡盘，卡盘上带有供弹力绳绕置的环形槽，弹力绳绕过该环形槽与卡盘卡合连接于环形槽内，弹力绳与环形槽之间为紧配合，即操作悬浮调节模块调节弹力绳弹力时，弹力绳可随卡盘转动卡入或脱离环形槽，当调节完成后，不动作悬浮调节模块时，弹力绳与环形卡槽之间不会相对滑动。
88.在其他的实施方式中，悬浮调节模块50也可采用如cn 110720737a中的减震调节机构。
89.背带载体与滑动载体之间滑动配合，背带载体与负载载体之间设有相互配合的滑动组件，滑动组件可通过多种方式实现，一种实施方式中，滑动组件包括设置于背带载体上的滑轨12和设置于负载载体上且与滑轨滑动配合的若干导向滑轮22。导向滑轮22成对设置，滑轨卡入两个导向滑轮之间可沿滑轨滑动，滑轨设置于背带载体两个竖向侧边上，负载载体上对应的两个竖向侧边从背带载体两侧以包边的形式从背带载体的两侧与滑轨连接，导向滑轮成对布置于负载载体的侧边内侧，滑轨卡入导向滑轮对之间，实现背带载体与滑动载体的滑动配合。
90.为进一步加强负载载体和背带载体的强度，背带载体上设置辅助滑轨，辅助滑轨位于背带载体的内表面上，竖向布置，负载载体内表面上且与该辅助滑轨对应处间隔布置导向滑轮对，该导向滑轮对的轴向垂直于背带载体的内表面，辅助滑轨卡入导向滑轮对之间，进一步加强负载载体与背带载体的滑动稳定性。
91.负载载体沿导轨上下滑动，一种实施方式中，在背带载体内侧的底端设置限位器13，限位器用于对负载载体的下滑行程进行限位，限位器可以设置为相对于背带载体的内表面向外突出的凸块。
92.为了方便背带及负载在背负系统上的安装，背带载体上设置背带快拆接口 11；负
载载体上设置负载快拆接口23。进一步地，负载载体上还设置负载加强束缚点24，用于加强负载的固定连接。
93.为减轻整个背负系统的重量，在确保背负系统承载力的前提下，背带载体和负载载体上均设置减重孔。
94.一种包括上述悬浮背负系统的背包，包括背带、背囊和上述如图1～11所示的悬浮背负系统，背带与背带载体10连接，背囊与负载载体20连接。
95.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
96.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。