CN106321377A - 一种人体足部机械能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体足部机械能发电装置，包括基座、能量处理模块、小型发电机、挡板、变速箱、辅助施压磁铁、传动杆、施压块、承压装置外壳、施压磁铁、承压磁铁、发电机输出接线柱；辅助施压磁铁和施压磁铁固定在施压块的上下槽中，基座中对应施压磁铁的位置固定有承压磁铁，施压块卡接在承压装置外壳的空腔内，承压装置外壳卡接在基座的凹槽中；传动杆穿过施压块与变速箱的传动轴套接，小型发电机产生电能通过发电机输出接线柱输出，发电机输出接线柱通过导线与能量处理模块连接，能量处理模块由档板封装在基座的空腔里，电能由挡板上的能量输出接口输出。本装置结构可靠，体积小，效率高，能够将人体行走时的重力势能转化为电能。

Description

一种人体足部机械能发电装置

技术领域

本发明涉及日常生活节能发电领域，具体涉及一种人体足部机械能发电装置。

背景技术

近年来，移动电子设备发展迅速，而其传统的供能方式—电池，却发展缓慢，能量密度几无提升。反观人体却是丰富的能源综合体，人体通过进食经过消化获得食物的化学能，又在日常活动中以各种形式消耗能量，例如呼吸、皮肤散热、运动时的肌肉伸缩以及行走时足部冲击地面产生的热量耗散等等。对人体热能的采集利用会对人体建康产生影响，所以对人体机械能的采集利用就成了研究焦点，由于人体的上肢运动复杂，所以对人体足部机械能的采集及利用具有良好应用前景。

在现有的技术发明中，有许多足部机械能的采集发电装置，尤其是利用人体行走时足部对鞋底的踩压发电的装置。例如丁志康在其专利《板簧压缩发电鞋》(CN205306111U)提出了一种板簧压缩发电鞋，利用人体行走时足部对鞋底的踩压力，使固定在板簧悬空端的永磁体向下相对感应线圈运动，从而使感应线圈感应出电流，产生电能。此种发电装置的恢复部件为板簧，易产生机械疲劳，所以此种发电装置不可靠。又如许汉武在其专利《电磁发电鞋》(CN205180495U)中提出了一种新型电磁发电鞋，在人体行走时，对足部的踩压会迫使弹性物质压缩，从而使磁体与导磁性物质接触，并磁化导磁性物质，使得线圈的磁能发生变化，进而发出电能，这种发电装置，由于其线圈磁通的变化仅为从无到有和从有到无的瞬间，所以其发电效率较低。再如王云龙在其专利《发电鞋》(CN205106519U)提出的一种发电鞋装置，该装置在人体行走时的踩压作用下，鞋底空腔内的条形齿轮向下运动并带动啮合的齿轮旋转，进而带动线圈移动做切割磁感线的运动产生电能，这种齿条与齿轮啮合处容易磨损脱离，且恢复部件—弹簧也容易机械疲劳，可靠性不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种人体足部机械能发电装置，结构可靠，体积小，效率高，能够在鞋底有限的空间下，将人体行走时足部对鞋底的力度大、作用位移小的运动转化为小型发电机轴的调整转动，将人体行走时的重力势能转化为电能。

本发明的人体足部机械能发电装置，包括基座、能量处理模块、导线、小型发电机、挡板、变速箱、转动轴、辅助施压磁铁、传动杆、施压块、承压装置外壳、施压磁铁、承压磁铁、发电机输出接线柱；

所述辅助施压磁铁和施压磁铁按照同极相对的方式固定在施压块上下面的槽中，基座中对应施压磁铁的位置固定承压磁铁，所述施压磁铁的磁极方向与承压磁铁的磁极方向相反；施压块与承压装置外壳间隙配合，施压块加工有限位台，限位台沿排斥力方向限制在承压装置外壳空腔的上部；承压装置外壳加工有限位台，限制在基座的凹槽中；

传动杆为Z字型结构，包括两个水平部分和一个垂直部分，上方的水平部分穿过施压块，变速箱的转动轴套接在下方的水平部分里，传动杆所在平面与水平面所成夹角小于90°，传动杆以转动轴的轴线方向为转动中心转动；

变速箱的齿轮与小型发电机输入轴上的齿轮啮合，小型发电机产生电能通过发电机输出接线柱输出，发电机输出接线柱通过导线与能量处理模块连接，能量处理模块由档板封装在基座的空腔里，所述挡板上设有能量输出接口，电能由能量输出接口输出。

进一步地，所述基座封装能量处理模块的空腔上表面加工有基座通孔，挡板通过基座通孔将能量处理模块封装。

进一步地，所述辅助施压磁铁、施压磁铁以及承压磁铁均为轴向充磁，辅助施压磁铁半径长度小于施压磁铁，施压磁铁与承压磁铁半径长度一致。

进一步地，所述传动杆下方水平部分的端部加工成与转动轴端部相套接的空腔。

进一步地，所述转动轴的端部为半圆柱，传动杆与转动轴套接的水平部分的端部加工成半圆柱空腔。

有益效果：

1、本发明利用电磁式承压装置将人行走时踩压鞋底的能量通过传动杆转换为传动轴的转动，再经过变速箱，带动发电机高速转动，从而产生电能。本发明将作用位移短，幅值大的踩压力，通过承压装置、传动装置和变速箱转换为发电机轴的高速旋转，提高了发电效率。

2、本发明的变速箱和发电机为市场上可购买到的小型减速电机，结构稳定可靠且体积小。

3、本发明的承压装置利用的是同极相对的强磁铁的斥力，没有机械磨损，且强磁铁的矫顽力较大，基本不会退磁，即此装置较可靠。

4、本发明装置能减少人体行走足部踏地时的冲击力，起到缓冲作用，对人体膝盖有保护作用。

5、足部抬离地面时，同极相对的磁体组的斥力辅助人体足部抬离地面，使人行走更加舒适。

6、转动轴的端部为半圆柱，传动杆与转动轴套接的水平杆端部加工成半圆柱体空腔，这种套接形式使得转动轴转动不打滑且避免刚性损坏。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2发电模块结构示意图；

图3机械能采集模块结构示意图；

图4是传动杆的结构示意图；

图5是系统原理结构示意图。

其中：1-基座，2-能量处理模块，3-导线，4-小型发电机，5-挡板，6-能量输出接口，7-变速箱，8-转动轴，9-辅助施压磁铁，10-传动杆，11-施压块，12-承压装置外壳，13-施压磁铁，14-承压磁铁，15-发电机输出接线柱，16-承压装置外壳外棱，17-凹槽，18-基座通孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述，其各部分的设计和选材如下所述：

本实施例采用的施压磁铁13、辅助施压磁铁9以及承压磁铁14均为铷铁硼永磁体材料，铷铁硼磁性强，且矫顽力大，在此装置的应用环境下不易退磁。

本实施例的传动杆10，如图4所示，选用6061型号厚度为5mm的铝板，按图纸尺寸，用线切割机切成宽度为5mm的Z字型杆件，再在短臂的方形中心用线切割机按转动轴8的尺寸切成透孔以便套接，最后用半圆形挫刀手工将摇把锉成圆形。

本实施例的变速箱7和小型发电机4选用市场上可购买到的小型减速电机，变速箱7与小型发电机4是一个整体，对其进行反向应用发电。结构可靠，且体积小，适用于足部的狭小空间。

本实施例的能量处理模块2分为整流模块、稳压模块、储能模块及电能输出模块。整流模块采用导通压降小的锗二极管组成的桥式整流路，稳压模块采用5V稳压芯片，储能模块采用超级电容器，超级电容器充放电循环次数大，使用寿命长，对充电电流要求低，且能量密度大，适用于本发电装置的断续反复地电能输出特点。

上述部件完成选型后，即可以按照说明附图所示的连接方式将各个部件连接起来。

本发明提供的人体足部机械能发电装置，包括：基座1、能量处理模块2、导线3、小型发电机4、挡板5、变速箱7、转动轴8、辅助施压磁铁9、传动杆10、施压块11、承压装置外壳12、施压磁铁13、承压磁铁14、发电机输出接线柱15；其中，辅助施压磁铁9、施压磁铁13、承压磁铁14、施压块11、承压装置外壳12组成承压装置，转动轴8、传动杆10组成传动部件，小型发电机4、挡板5、变速箱7、发电机输出接线柱15、导线3、基座1组成发电装置，发电装置与电能处理模块连接进行发电，如附图4所示；

本实施方式中的承压装置和基座1均由3D打印制作。

如附图3所示，辅助施压磁铁9和施压磁铁13按照同极相对的方式固定在施压块11上下面的槽中，基座1中对应施压磁铁13的位置固定承压磁铁14，所述施压磁铁13的磁极方向与承压磁铁14的磁极方向相反；施压块11与承压装置外壳12间隙配合，施压块11加工有限位台，限位台沿排斥力方向限制在承压装置外壳12空腔的上部；承压装置外壳12加工有限位台，限制在基座1的凹槽17中。辅助施压磁铁9、施压磁铁13以及承压磁铁14均为轴向充磁，辅助施压磁铁9半径长度小于施压磁铁13，施压磁铁13与承压磁铁14半径长度一致。

如附图1所示，传动杆10为Z字型结构，包括两个水平部分和一个垂直部分，上方的水平部分穿过施压块11，变速箱7的转动轴8套接在下方的水平部分里，传动杆10所在平面与水平面所成夹角小于90°，Z字型传动杆10以转动轴8的轴线方向为转动中心转动。

变速箱7的齿轮与小型发电机4输入轴上的齿轮啮合，小型发电机4产生电能通过发电机输出接线柱15输出，发电机输出接线柱15通过导线3与能量处理模块2连接，能量处理模块2由档板5封装在基座1的空腔里，所述挡板5上设有能量输出接口6，电能由能量输出接口6输出，如附图2所示。基座1封装能量处理模块2的空腔上表面加工有基座通孔18，挡板5通过基座通孔18将能量处理模块2封装。

人体行走脚部踩压地面时，足部踩压施压块11，施压块11在重力的作用下往下运动，直到重力被平衡。而穿插在施压块11中的传动杆10也跟随施压块11向下运动，从而带动转动轴8转动，通过变速箱7的加速，小型发电机4的轴高速转动，从而发出电能通过发电机输出接线柱15和导线3输出到能量处理模块2；当足部抬离地面时，施压块11上承受的重力消失，施压块11在施压磁铁13与承压磁铁14同极相斥力的作用下，向上运动，进而带动传动杆10向上运动，从而带动转动轴8转动，通过变速箱7的加速，小型发电机4反向高速转动，从而发出电能通过发电机输出接线柱15和导线3输出到能量处理模块2；如此反复循环，电机产生的交流电输入到能量处理模块2，经过整流、稳压，存储在能量处理模块2的超级电容器中，也可以由能量输出USB接口输出电能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种人体足部机械能发电装置，其特征在于，包括基座(1)、能量处理模块(2)、导线(3)、小型发电机(4)、挡板(5)、变速箱(7)、转动轴(8)、辅助施压磁铁(9)、传动杆(10)、施压块(11)、承压装置外壳(12)、施压磁铁(13)、承压磁铁(14)、发电机输出接线柱(15)；

所述辅助施压磁铁(9)和施压磁铁(13)按照同极相对的方式固定在施压块(11)上下面的槽中，基座(1)中对应施压磁铁(13)的位置固定承压磁铁(14)，所述施压磁铁(13)的磁极方向与承压磁铁(14)的磁极方向相反；施压块(11)与承压装置外壳(12)间隙配合，施压块(11)加工有限位台，限位台沿排斥力方向限制在承压装置外壳(12)空腔的上部；承压装置外壳(12)加工有限位台，限制在基座(1)的凹槽(17)中；

传动杆(10)为Z字型结构，包括两个水平部分和一个垂直部分，上方的水平部分穿过施压块(11)，变速箱(7)的转动轴(8)套接在下方的水平部分里，传动杆(10)所在平面与水平面所成夹角小于90°，传动杆(10)以转动轴(8)的轴线方向为转动中心转动；

变速箱(7)的齿轮与小型发电机(4)输入轴上的齿轮啮合，小型发电机(4)产生电能通过发电机输出接线柱(15)输出，发电机输出接线柱(15)通过导线(3)与能量处理模块(2)连接，能量处理模块(2)由档板(5)封装在基座(1)的空腔里，所述挡板(5)上设有能量输出接口(6)，电能由能量输出接口(6)输出。

2.如权利要求1所述的人体足部机械能发电装置，其特征在于，所述基座(1)封装能量处理模块(2)的空腔上表面加工有基座通孔(18)，挡板(5)通过基座通孔(18)将能量处理模块(2)封装。

3.如权利要求1所述的人体足部机械能发电装置，其特征在于，所述辅助施压磁铁(9)、施压磁铁(13)以及承压磁铁(14)均为轴向充磁，辅助施压磁铁(9)半径长度小于施压磁铁(13)，施压磁铁(13)与承压磁铁(14)半径长度一致。

4.如权利要求1所述的人体足部机械能发电装置，其特征在于，所述传动杆(10)下方水平部分的端部加工成与转动轴(8)端部相套接的空腔。

5.如权利要求1或4所述的人体足部机械能发电装置，其特征在于，所述转动轴(8)的端部为半圆柱，传动杆(10)与转动轴(8)套接的水平部分的端部加工成半圆柱空腔。