CN108518323B - 一种用于人体行走能量回收的机械传动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于人体行走能量回收的机械传动发电装置，包括同心设置的传动转盘、环形槽轨道和传动轴，所述环形槽轨道内设有固定柱，传动转盘侧部设有一伸入到环形槽轨道内的凸起挡板，所述凸起挡板与固定柱之间一侧的环形槽轨道内设有弹簧，另一侧的环形槽轨道内多层错位排列的滚动体阵列，错位排列的滚动体阵列上方设有上盖板，所述传动轴一端与传动转盘动力传动相连，另一端与发电机相连；本发明利用环形槽轨道内弹簧和错位滚动体阵列的配合有效实现水平方向的往复转动，并通过传动轴带动发电机发电，本装置整体结构紧凑，简单、稳定可靠，十分利于置于鞋底内部收集人体行走时产生的能量转化为机械能，为可穿戴及便携式电子设备供能。
Description
技术领域
本发明属于机械传动发电领域，具体涉及一种用于人体行走能量回收的机械传动发电装置。
背景技术
随着可穿戴便携式电子及医疗设备发展，电池作为这些电子设备唯一的供能单元渐渐不能满足人们长期稳定的供能需求，而直接收集人体运动的机械能并转换为电能则可能逐渐成为可穿戴电子及医疗设备供能的替代技术。人体日常运动产生的机械能最大部分为人体行走的时候产生的机械能，约为67瓦。将这部分能量收集利用可以满足许多可穿戴及便携设备的供能需求。
现有的收集人体行走的能量的技术大致可分为机械齿轮或杆件传动、液压传动、气压传动以及压电陶瓷这几类。相比于压电陶瓷不高于5％的转换效率，机械、液压和气压传动的方式具有更高的能量效率。相比于液压传动和气压传动的装置，机械传动的装置更加简单、集中、稳定可靠。但机械传动的方式(包括齿轮和杠杆)面临的最大问题是：人体行走的时候产生的力很大，但是位移很小，如何有效的将小的位移转化为足够的转动能量来驱动电磁发电机工作是最大的难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型机械传动发电装置结构，可以有效的将垂直方向的小位移能量转化为水平方向的旋转运动，并带动电机发电。
为解决上述问题，实现本发明的技术方案是：
一种用于人体行走能量回收的机械传动发电装置，其特征在于：包括同心设置的传动转盘、环形槽轨道和传动轴，所述环形槽轨道内设有固定柱，传动转盘侧部设有一伸入到环形槽轨道内的凸起挡板，所述凸起挡板与固定柱之间一侧的环形槽轨道内设有弹簧，另一侧的环形槽轨道内多层错位排列的滚动体阵列，错位排列的滚动体阵列上方设有上盖板，所述传动轴一端与传动转盘动力传动相连，另一端与发电机相连，当人体行走对上盖板施加压力过程中，错位排列的滚动体阵列散开挤压弹簧，带动传动转盘转动，上盖板压力消失时，传动转盘在弹簧作用下反向转动，传动转盘的转动通过传动轴带动发电机发电。
作为改进，所述环形槽轨道为由圆形腔体内壁、位于圆形腔体内的传动转盘外周和设于传动转盘下方的支撑板形成的槽型轨道。
作为改进，所述传动轴通过轴承安装在支撑板中心处，传动转盘与传动轴固定相连。
作为改进，所述传动转盘与传动轴承之间通过齿轮啮合传动。
作为改进，所述传动转盘中间设有内齿圈，转动轴上部设有从动齿轮，内齿圈通过至少三个行星齿轮与从动齿轮啮合相连。
作为改进，环形槽轨道内为两层错位排列的钢珠阵列或钢柱阵列。
作为改进，所述传动轴与发电机之间设有用于传动缓冲作用的发条或弹片。
作为改进，所述滚动体阵列采用均为表面光滑的空心钢珠或钢柱。
作为改进，所述滚动体阵列中的滚动体选用硬质塑料或陶瓷等材料制成。
作为改进，所述弹簧可替换为具有弹性复位功能的弹片、液压装置、弹性泡沫和弹性塑料中任意一种或几种。
通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.使用多组叠层的滚动体阵列轻易实现将轴向毫米量级的小位移运动转化为水平方向大距离的运动。
2.利用环形槽轨道和弹簧的配合有效实现水平方向的转动，并通过行星齿轮转化为高速的轴向运动，易于直接用于发电机产生电能。
3.整体结构扁平，紧凑，简单、稳定可靠，有利于制备小体积装置，便于置于鞋底内部。
附图说明
图1为本发明机械传动发电装置剖面示意图。
图2为机械传动发电装置去掉上盖板俯视图。
图3为环形槽轨道中钢珠阵列示意图。
其中：1-上盖板，2-支撑板，3-圆形腔体，4-发电机，5-传动轴，6-行星齿轮，7-传动转盘，8-固定柱，9-钢珠阵列，10-弹簧，11-从动齿轮，12-环形槽轨道，13-凸起挡板，14-内齿圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种用于人体行走能量回收的机械传动发电装置，包括一圆形腔体3和固设于圆形腔体3内的支撑板2，所述支撑板2中部设有传动轴5，支撑板2上方设有传动转盘7，传动转盘7与圆形腔体3内壁之间形成环形槽轨道12，传动转盘7侧部设有一伸入到环形槽轨道12内的凸起挡板13，圆形腔体3内壁或支撑板2边缘处设有伸入环形槽轨道12内的固定柱8，所述凸起挡板13与固定柱8之间一侧的环形槽轨道12内设有弹簧10，另一侧的环形槽轨道12内设有多层错位排列的钢珠阵列9，钢珠阵列9上设有上盖板1；传动轴5通过轴承安装在支撑板2中心处，传动转盘7与传动轴5固定相连，传动轴5与发电机4相连，发电机4设有圆形腔体3内底部，当人体行走对上盖板1施加压力过程中，错位排列的钢珠阵列9散开挤压弹簧10，带动传动转盘7转动，上盖板1压力消失时，传动转盘7在弹簧10作用下反向转动，传动转盘7的转动通过传动轴5带动发电机4发电。
实施例2：
本实施例其他与实施例1相同，区别在于所述传动转盘7与传动轴5之间通过齿轮啮合传动，具体为：所述传动转盘7中间设有内齿圈14，转动轴上部设有从动齿轮11，内齿圈14通过至少三个行星齿轮6与从动齿轮11啮合相连(本实施例为三个，行星齿轮6数量根据需要选择)。
作为一种更优实施例，环形槽轨道12内为两层错位排列的钢珠。
作为一种更优实施例，在传动轴5与发电机4之间设有用于传动缓冲作用的发条或弹片。
作为一种更优实施例，所述钢珠阵列9均为表面光滑的空心钢珠或钢柱。
作为一种更优实施例，所述钢珠阵列9可替换为钢柱阵列。
作为一种更优实施例，所述传动轴5与发电机4之间可加入转动调节元件，如发条，弹片等。
作为一种更优实施例，所述发电机4为电磁发电机，静电发电机等。
作为一种更优实施例，所述钢珠阵列9中的钢珠可选用硬质塑料或陶瓷等材料等以减轻重量。
作为一种更优实施例，所述弹簧10可选用其他具有弹性复位功能的结构或材料，如弹片，液压装置，弹性泡沫，弹性塑料等。
本装置运行过程：参见图1和图2，当上盖板1承受垂直方向作用力时，与上盖板1直接接触的钢珠阵列9中的上层钢珠会垂直挤压下层钢珠往水平方向两端延展开。由于钢珠阵列9一端抵住固定柱8，因此下层钢珠只能往一个方向运动，从而通过传动转盘7外沿的凸起挡板13推动传动转盘7在水平平面转动，同时凸起挡板13挤压弹簧10。传动转盘7转动通过行星齿轮6带动传动轴5转动(或直接带动传动轴5转动)。传动轴5转动，带动圆形腔体3内部发电机4转动，从而产生电能。上盖板1垂直方向作用力消失时，传动转盘7在弹簧10的作用下在水平平面反方向转动，恢复原位置，并同时带动传动轴5反向转动，传动轴5反向转动带动发电机4反向转动。在一个作用力施加和释放的过程中会产生正向转动和反向转动两个过程。
在传动轴5与发电机4的连接中，通过设置发条、弹片等转动调节元件，可进一步调控传动轴5和发电机4转子之间的相对转动，实现转动的调节，存储转动动能的高效利用。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
本发明的保护范围并不限于上述实施例，显然本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围内，则本发明的意图也包括这些改动和变形在内。
Claims (10)
1.一种用于人体行走能量回收的机械传动发电装置，其特征在于：包括同心设置的传动转盘、环形槽轨道和传动轴，所述环形槽轨道内设有固定柱，传动转盘侧部设有一伸入到环形槽轨道内的凸起挡板，所述凸起挡板与固定柱之间一侧的环形槽轨道内设有弹簧，另一侧的环形槽轨道内多层错位排列的滚动体阵列，错位排列的滚动体阵列上方设有上盖板，所述传动轴一端与传动转盘动力传动相连，另一端与发电机相连，所述上盖板用于承受人体行走施加压力。
2.如权利要求1所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述环形槽轨道为由圆形腔体内壁、位于圆形腔体内的传动转盘外周和设于传动转盘下方的支撑板形成的槽型轨道。
3.如权利要求2所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述传动轴通过轴承安装在支撑板中心处，传动转盘与传动轴固定相连。
4.如权利要求2所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述传动转盘与传动轴承之间通过齿轮啮合传动。
5.如权利要求4所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述传动转盘中间设有内齿圈，转动轴上部设有从动齿轮，内齿圈通过至少三个行星齿轮与从动齿轮啮合相连。
6.如权利要求1所述的机械传动发电装置，其特征在于：环形槽轨道内的滚动体阵列为两层错位排列的钢珠阵列或钢柱阵列。
7.如权利要求1所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述传动轴与发电机之间设有用于传动缓冲作用的发条或弹片。
8.如权利要求1所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述滚动体阵列采用均为表面光滑的空心钢珠或钢柱。
9.如权利要求1所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述滚动体阵列中的滚动体选用硬质塑料或陶瓷材料制成。
10.如权利要求1所述的机械传动发电装置，其特征在于：所述弹簧可替换为具有弹性复位功能的弹片、液压装置、弹性泡沫和弹性塑料中任意一种或几种。
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