CN106685047A - 一种膝关节自发电及储能一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膝关节自发电及储能一体化装置，属于发电储能设备技术领域，它包括固定安装于膝关节位置的定齿轮，大腿上固定安装有电池盒，所述电池盒内设有储电电池，所述电池盒上设有连接所述储电电池的电器供电接口和用于外部电源给所述储电电池充电的充电接口，小腿上固定安装有发电机，所述发电机的动力输入轴传动连接有动齿轮，所述动齿轮与所述定齿轮相啮合，所述发电机电连接所述储电电池。本发明解决了随身携带的充电装置无法满足电子产品用电需求的技术问题，广泛用于日常生活中。
Description
技术领域
本发明涉及发电储能设备技术领域，具体涉及一种膝关节自发电及储能一体化装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们随身携带的电子产品也越来越多，在我们出行或旅游时，总要随身携带着手机或者各种各样的电子设备，极大地方便了我们的生活，已经成为我们生活中的重要组成部分，上述电子设备需要有足够的电能来维持运行，但是与此形成反差的是电池储量的不足，充电宝电容量有限，在当其电量低和没电时则无法再充电，在高频的使用下，也无法支持设备运行太长时间，新型大容量电池不仅价格昂贵，而且体积庞大，携带非常不便。
因此，基于上述缺陷，在发电储能设备技术领域，对于膝关节自发电及储能一体化装置仍存在研究和改进的需求，这也是目前发电储能设备技术领域中的一个研究热点和重点，更是本发明得以完成的出发点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膝关节自发电及储能一体化装置，用以解决随身携带的充电装置无法满足电子产品用电需求的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，提供一种膝关节自发电及储能一体化装置，包括固定安装于膝关节位置的定齿轮，大腿上固定安装有电池盒，所述电池盒内设有储电电池，所述电池盒上设有连接所述储电电池的电器供电接口和用于外部电源给所述储电电池充电的充电接口，小腿上固定安装有发电机，所述发电机的动力输入轴传动连接有动齿轮，所述动齿轮与所述定齿轮相啮合，所述发电机电连接所述储电电池。
作为一种优选技术方案，所述定齿轮的截面形状为扇形。
作为一种优选技术方案，所述定齿轮上固定安装有第一连杆，所述电池盒安装于所述第一连杆上。
作为一种优选技术方案，所述第一连杆和电池盒均通过束缚带固定于大腿上。
作为一种优选技术方案，所述发电机安装于一壳体上，所述壳体的端部铰接安装于所述定齿轮上。
作为一种优选技术方案，所述壳体上安装有第二连杆，所述第二连杆通过束缚带固定于小腿上。
作为一种优选技术方案，所述壳体上设有按钮开关，所述按钮开关设置于所述发电机与储电电池之间的导线上。
作为一种优选技术方案，所述发电机有两个，每个所述发电机上均安装一动齿轮。
作为另一种优选技术方案，两个所述发电机的动齿轮均与所述定齿轮相啮合。
作为另一种优选技术方案，所述定齿轮与两个所述发电机的动齿轮依次啮合。
本发明具有如下优点：
(1)本发明包含仿生学、人体工程学、机电一体化、人体动能发电和电能储存等领域的技术知识，人在行走时，有很大的惯性能量损失集中在膝关节部分，虽然膝关节运动模式简单，只有一伸一曲，但是它有足够的力量带动发电设备，将部分动能转化为电能，并可以将电能储存使用，通过膝关节的曲伸运动，运用了杠杆和齿轮组一体化机械联动设计，从而带动发电机运转发电，实现了省力、简单、轻薄、低故障率和耐用可靠的功效，因此解决了随身携带的充电装置无法满足电子产品用电需求的技术问题，使用方便。
(2)由于壳体上设有按钮开关，当储电电池电量充足后，可以按下按钮开关，断开发电机与储电电池之间的连接通路，以有效保护储电电池。
(3)由于发电机有两个，可以提高发电效率，能够使得储电电池快速完成充电，并且增加了设备的可靠性，当一个发电机出现故障时，另一个发电机仍可以继续工作，不影响设备的正常使用。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例二中定齿轮与动齿轮的传动关系图。
图3是本发明实施例三中定齿轮与动齿轮的传动关系图。
图中：1、大腿，2、小腿，3、定齿轮，4、发电机，5、动齿轮，6、壳体，7、电池盒，701、电器供电接口，702、充电接口，8、第一连杆，9、第二连杆，10、束缚带，11、按钮开关，12、充电指示灯，13、发电指示灯。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种膝关节自发电及储能一体化装置，包括固定安装于膝关节位置的定齿轮3，大腿1上固定安装有电池盒7，电池盒7内设有储电电池，储电电池通常为常用的2680毫安小型锂蓄电池，电池盒7上设有连接储电电池的电器供电接口701和用于外部电源给储电电池充电的充电接口702，电器供电接口701可以设置多个，例如常用的USB输入输出端口。本领域技术人员可以根据专业知识，在电器供电接口701与储电电池之间通常设置有电子稳压器，以稳定输出电压，保证储电电池输出为常用的电压为5伏、电流为1.5安的参数，满足适配为手机等穿戴电子设备充电的电流电压输出数值恒定的要求。小腿2上固定安装有发电机4，发电机4的动力输入轴传动连接有动齿轮5，通常，动齿轮5通过市面上常见的加速齿轮机构与发电机4的转子轴相连接，以提高发电效率，动齿轮5与定齿轮3相啮合，发电机4通过导线与储电电池电连接在一起，为了保证储电电池的正常充电，发电机4采用常见的无刷电机，使得行走时小腿2曲伸运动导致动齿轮5正反转时仍能正常充电。本发明包含仿生学、人体工程学、机电一体化、人体动能发电和电能储存等领域的技术知识，人在行走时，有很大的惯性能量损失集中在膝关节部分，虽然膝关节运动模式简单，只有一伸一曲，但是它有足够的力量带动发电设备，将部分动能转化为电能，并可以将电能储存使用，通过膝关节的曲伸运动，运用了杠杆和齿轮组一体化机械联动设计，从而带动发电机4运转发电，实现了省力、简单、轻薄、低故障率和耐用可靠的功效，因此解决了随身携带的充电装置无法满足电子产品用电需求的技术问题，使用方便。
由于人体膝关节弯曲角度不会超过180度，因此，为减轻设备重量，定齿轮3的截面形状为扇形，并且在定齿轮3上设置镂空，在满足强度的同时，尽量减轻其重量，该定齿轮3的扇形角度通常设置为略大于180度，以便于布置发电机4。鉴于定齿轮3的形状和结构较为复杂，制作时可以采用3D打印加工而成。
定齿轮3上固定安装有第一连杆8，第一连杆8通常为碳纤维材质制成，既轻便，强度又高，电池盒7安装于第一连杆8上，使得电池盒7可以在第一连杆8上调整位置，以便于使用。第一连杆8和电池盒7均通过束缚带10固定于大腿1上，以便于拆装使用，携带方便。
发电机4安装于一壳体6上，壳体6的端部铰接安装于定齿轮3上，不仅便于固定发电机4，而且安装壳体6后还对导线及电子元件起到有效保护作用。
壳体6上安装有第二连杆9，第二连杆9通过束缚带10固定于小腿2上，壳体6也可以使用束缚带10固定，以便于拆装使用，携带方便。
壳体6上设有按钮开关11，按钮开关11设置于发电机4与储电电池之间的导线上，当储电电池电量充足后，可以按下按钮开关11，断开发电机4与储电电池之间的连接通路，以有效保护储电电池。
为了能够直观的得知储电电池的状态，在电池盒7上通常安装一连接储电电池的充电指示灯12和发电指示灯13，充电指示灯12和发电指示灯13并列设置在电池盒7上，充电指示灯12可以用作充电指示，就是当给用电器充电时，该指示灯会点亮，当拔掉充电线时，该充电指示灯12会熄灭；发电指示灯13用作发电指示，发电机4工作时，发电指示灯13会随发电机4发电而点亮。
为了便于直观的得知储电电池的电量，电池盒7上通常安装一连接储电电池的电量显示模块，可以显示储电电池的电量强弱。
本发明结构紧凑，体积小巧，定齿轮3的尺寸大小适合青少年及成人佩戴，其直径为10厘米较佳，总体重量不足0.5千克，使用时不影响正常行走，方便而且可靠。
实施例2
如图1和图2所示，本发明提供了一种膝关节自发电及储能一体化装置，其结构与实施例一基本相同，其区别在于，发电机4有两个，每个发电机4上均安装一动齿轮5，两个发电机4的动齿轮5均与定齿轮3相啮合，可以提高发电效率，能够使得储电电池快速完成充电，并且增加了设备的可靠性，当一个发电机4出现故障时，另一个发电机4仍可以继续工作，不影响设备的正常使用。
实施例3
如图1和图3所示，本发明提供了一种膝关节自发电及储能一体化装置，其结构与实施例二基本相同，其区别在于，定齿轮3与两个发电机4的动齿轮5依次啮合，具体的说，就是定齿轮3先与其中一个发电机4的动齿轮5啮合，然后该发电机4的动齿轮5与另一个发电机4的动齿轮5再啮合，一个动齿轮5在定齿轮3上转动的同时，带动另一个动齿轮5联动，这种布置方式可以使得定齿轮3、两个动齿轮5的圆心在同一直线上，节省了安装空间，使得本发明结构更加紧凑。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，包括固定安装于膝关节位置的定齿轮，大腿上固定安装有电池盒，所述电池盒内设有储电电池，所述电池盒上设有连接所述储电电池的电器供电接口和用于外部电源给所述储电电池充电的充电接口，小腿上固定安装有发电机，所述发电机的动力输入轴传动连接有动齿轮，所述动齿轮与所述定齿轮相啮合，所述发电机电连接所述储电电池。
2.如权利要求1所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述定齿轮的截面形状为扇形。
3.如权利要求1所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述定齿轮上固定安装有第一连杆，所述电池盒安装于所述第一连杆上。
4.如权利要求3所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述第一连杆和电池盒均通过束缚带固定于大腿上。
5.如权利要求1所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述发电机安装于一壳体上，所述壳体的端部铰接安装于所述定齿轮上。
6.如权利要求5所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述壳体上安装有第二连杆，所述第二连杆通过束缚带固定于小腿上。
7.如权利要求5所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述壳体上设有按钮开关，所述按钮开关设置于所述发电机与储电电池之间的导线上。
8.如权利要求1至7任一项权利要求所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述发电机有两个，每个所述发电机上均安装一动齿轮。
9.如权利要求8所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，两个所述发电机的动齿轮均与所述定齿轮相啮合。
10.如权利要求8所述的膝关节自发电及储能一体化装置，其特征在于，所述定齿轮与两个所述发电机的动齿轮依次啮合。
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