CN108678919A - 一种便携式行走发电挂件 - Google Patents

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刘永斌
柏祖军
汪千金
卢兴杰
郑亚兵
琚斌
李桂华
舒玉恒
李国丽
赵精伟
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Hefei Panshi Automation Technology Co ltd
Anhui University
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Hefei Panshi Automation Technology Co ltd
Anhui University
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine

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Abstract

本发明公开了一种便携式行走发电挂件。它由摆杆(1)、壳体(4)、齿轮组(3)、单向旋转机构(2)、直流发电机、整流滤波电路、充电电池、电源管理电路以及USB接口构成。摆杆(1)末端固定有质量块，行走时人体的起伏与摆动带动挂件上的摆杆(1)摆动，摆杆(1)通过单向旋转机构(2)驱动齿轮转动，运动经过齿轮组增速后驱动发电机朝一个方向转动进行发电，所发电能经电源管理电路存储在充电电池中，储存的电能可经USB接口为便携设备充电。

Description

一种便携式行走发电挂件
技术领域
本发明涉及一种利用人体运动发电的装置，具体涉及一种便携式行走发电挂件，可满足户外便携电子设备的充电需求，便于携带且具有装饰作用。
背景技术
智能可穿戴设备是21世纪电子设备发展的重要方向，可穿戴设备是一个潜力巨大的新兴市场，随着越来越多的可穿戴设备投入市场，可穿戴设备正逐步为社会大众所喜爱。可穿戴市场已成为全球范围内快速增长的高科技市场之一，频繁得到资本的青睐。随之带来的就是可穿戴设备的充电问题。目前，绝大部分智能可穿戴设备的供电方式都是通过家用电源充电由电池储存并供给电源，这样做的缺点就是限制了智能可穿戴设备的使用空间，在户外难以长时间工作。本发明以人体行走时重心的起伏与摆动作为动力，将其通过摆杆的转动转化为电能，可以供给小型电子设备使用。显著延长了可穿戴设备等小型电子设备在户外的续航。
公知的发电装置多是通过热能、太阳能、水能，风能等主要能源来发电，这些发电装置需要特定的发电装置，通过将收集的能量经过发电装置转换为电能，然后用于各个电器设备。但是这些发电装置一般需要占据较大空间且质量较大，不方便人们随身携带，也就不便于解决在现实生活中人们的小型设备比如手环、手表、手机等若电量不足并且身边没有可以充电的地方时的问题。本发明拥有较好的便携性，且能源清洁对环境友好。
发明内容
为了解决人们在户外急需临时充电问题，本发明提供一种便携式行走发电挂件，该行走发电挂件不仅能解决便携电子设备户外电量不足急需用电的问题，而且还能制成装饰品挂在包上便于携带。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式行走发电挂件，包括摆杆、单向旋转机构、齿轮组、壳体，其中：
所述的摆杆，端部装有质量块，根据动力学原理驱动摆杆摆动，质量块的质量大小根据人体运动速度与摆杆长度变化的需要调整；
所述的单向旋转机构，用于摆杆正反转时齿轮组转向不变并保持一定的传动比；
所述的齿轮组，用于将摆杆摆动驱动的转速增加至发电机发电所需转速；
所述的壳体，用于固定其余结构并且绝缘。
其中，所述的单向旋转机构包括下主轴，反向传动齿轮，反向单向轴承，正向传动齿轮，正向单向轴承，上主轴，惰轮。
其中，上主轴和下主轴紧固连接，摆杆与上主轴连接，正向单向轴承、反向单向轴承内圈和下主轴连接；正向单向轴承外圈和正向传动齿轮连接，反向单向轴承外圈和反向传动齿轮连接。
其中，正向传动齿轮、整向齿轮依次啮合用于传递摆杆正向摆动时的动力；反向传动齿轮、惰轮、整向齿轮依次啮合用于传递摆杆反向摆动时的动力，从而保证发电机始终朝一个方向旋转，连续发电。
其中，所述的齿轮组将单向旋转机构传递的动力增速并驱动电机。
其中，两路齿轮啮合传动比相同，保证了摆杆在不同旋转方向下都能驱动发电机稳定运行，保持稳定的电量输出。
本发明原理为：利用人走路时的人体起伏与摆动带动挂件下摆杆摆动，摆杆带动齿轮转动，选用合适转速比的齿轮组，通过齿轮组把转速放大到发电机的工作范围内。选择合适的转速可以减轻工作时产生的阻滞，提高发电效率。其工作原理与构成简图如图1所示。人走路时摆杆可绕固定轴来回摆动，摆杆通过单向旋转机构固定并传递动力。增速齿轮组设计为两路外啮合传动，摆杆正向摆动时，齿轮组通过3次外啮合将运动传递至发电机；而摆杆反向摆动时，齿轮组通过4次外啮合将运动传递至发电机，从而保证发电机始终朝一个方向旋转，从而达到连续发电的目的。
根据人走路的频率约1.2步/S和发电机在转速250转/min以上才能稳定输出电能的实验结果，设计齿轮组传动的传动比。摆杆正向摆动时，齿轮组通过3次外啮合将运动转动至发电机。摆杆反向运动时，齿轮组通过4次外啮合将运动传递至电机，考虑电机运行过程中的运转平稳性，齿轮组的总传动比与摆杆正向摆动时的总传动比相同，保证发电机运行平稳。
本装置中的电路主要包括整流滤波电路和电源管理电路。发电机在旋转过程中所产生的电能，需要将其整流滤波为直流电存在电池中以备需要时使用。整流滤波技术已经很成熟，本发明采用桥式滤波加电容滤波电路，将发电机产生的交流电转换为直流电。
为了对装置的结构参数进行优化，验证装置摆杆运动的可行性，采用Adams软件对装置的摆杆运动规律进行了仿真计算。仿真中，杆长取200mm，杆端配重100g，尺寸大小满足便携要求，设人走路步频为1.2步/s,摆杆与轴及齿轮副间的摩擦系数为0.3，仿真人走路时驱动挂件摆杆运动，结果输出如图5所示。图5所示为模拟人以1.2步/s的步频走路20s内的挂件摆杆运动规律，横坐标为时间，纵坐标为摆杆摆动的角度。由图5可以看出，随着人的身体重心起伏与摆动，摆杆按一定的运动规律来回摆动，符合设计期望的要求，综上从机械以及电路设计均满足发电需求及其可便携式目的。
本发明专利的有益效果是，同目前市面上普遍的发电装置相比该发电装置便携性好，可作为装饰物挂在人体或背包上，在人行走的过程中产生电能满足小型便携电子设备电量不足时急需用电的需求，同时结构简单，加工方便，不会造成环境污染。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1是本发明的模块示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的单向旋转机构的爆炸视图；
图4是本发明的齿轮组的爆炸视图；
图5是本发明的摆杆摆角随时间的Adams运动仿真曲线；
附图标记含义为：1为摆杆，2为单向旋转机构，3为齿轮组，4为壳体，201为下主轴，202为反向传动齿轮，203为反向单向轴承，204为正向传动齿轮，205为正向单向轴承，206为上主轴，207为惰轮，301为整向齿轮，302为一级增速齿轮，303为二级增速齿轮。
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晰，结合附图对本发明进一步详细说明。此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2，一种行走发电挂件，包括摆杆1、单向旋转机构2、齿轮组3、壳体4。
摆杆1末端固定有相适应质量的重物。重物的质量与摆长满足动力学关系，在行走过程中可带动摆杆摆动。
单向旋转机构2由下主轴201、反向传动齿轮202、反向单向轴承203、正向传动齿轮204、正向单向轴承205、上主轴206、惰轮207组成。在摆杆1正向摆动时，动力将从正向传动齿轮204到整向齿轮301再到一级增速齿轮302、二级增速齿轮303传递；当摆杆1反向摆动时，动力将从反向传动齿轮202到惰轮207再到整向齿轮301到一级增速齿轮302、二级增速齿轮303传递。由此机构保证电机一直处于同一个旋转方向；上主轴206和下主轴201紧固连接，摆杆1和上主轴206连接，正向单向轴承205、反向单向轴承203内圈和下主轴201连接；正向单向轴承205外圈和正向传动齿轮204连接，反向单向轴承203外圈和反向传动齿轮202连接。由于单向轴承的特殊传动特性，摆杆1正向摆动时，正向单向轴承205内圈和外圈停止相对停止转动，而反向单向轴承203空转，动力通过正向传动齿轮传递；摆杆1反向摆动时，正向单向轴承205空转，反向单向轴承203内圈和外圈停止相对转动，动力通过反向单向轴承传递。在装置运行过程中发电机始终单方向转动，不受摆杆1摆动方向的影响，发电机转速较稳定。
齿轮组3由整向齿轮301、一级增速齿轮302与二级增速齿轮303组成。各个齿轮按照图4依次啮合用于增速。为了使电机的转速尽量平稳，两路齿轮的传动比由整向齿轮301保持一致。
所述行走发电挂件壳体4起到固定各齿轮、附加部件及绝缘的作用。
本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。

Claims (6)

1.一种便携式行走发电挂件，其特征是：包括摆杆(1)、单向旋转机构(2)、齿轮组(3)、壳体(4)，其中：
所述的摆杆(1)，端部装有质量块，根据动力学原理驱动摆杆(1)摆动，质量块的质量大小根据人体运动速度与摆杆(1)长度变化的需要调整；
所述的单向旋转机构(2)，用于摆杆(1)正反转时齿轮组转向不变并保持一定的传动比；
所诉的齿轮组(3)，用于将摆杆(1)摆动驱动的转速增加至发电机发电所需转速；
所述的壳体(4)，用于固定其余结构并且绝缘。
2.根据权利要求1所述的便携式行走发电挂件，其特征是：所述的单向旋转机构(2)包括下主轴(201)，反向传动齿轮(202)，反向单向轴承(203)，正向传动齿轮(204)，正向单向轴承(205)，上主轴(206)，惰轮(207)。
3.根据权利要求2所述的便携式行走发电挂件，其特征是：上主轴(206)和下主轴(201)紧固连接，摆杆(1)与上主轴(206)连接，正向单向轴承(205)、反向单向轴承(203)内圈和下主轴(201)连接；正向单向轴承(205)外圈和正向传动齿轮(204)连接，反向单向轴承(203)外圈和反向传动齿轮(202)连接。
4.根据权利要求2所述的便携式行走发电挂件，其特征是：正向传动齿轮(204)、正向单向轴承(205)依次啮合用于传递摆杆(1)正向摆动时的动力；反向传动齿轮(202)、反向单向轴承(203)、惰轮(207)依次啮合用于传递摆杆(1)反向摆动时的动力，从而保证发电机始终朝一个方向旋转，连续发电。
5.根据权利要求1所述的便携式行走发电挂件，其特征是：所述的齿轮组(3)将单向旋转机构(2)传递的动力增速并驱动电机。
6.根据权利要求1所述的便携式行走发电挂件，其特征是：两路齿轮啮合传动比相同，保证了摆杆(1)在不同转速下都能驱动发电机稳定运行，保持稳定的电量输出。
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