CN108708837A - 一种基于人体振动能量收集的自发电书包 - Google Patents

一种基于人体振动能量收集的自发电书包 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于人体振动能量收集的自发电书包，包括一个双肩背包、一个固定背架、一个活动背架、两个弹簧、一个齿轮齿条组、一个减速机发电机组、一个整流器、一组蓄电池和充电及保护电路。1）固定背架、活动背架、弹簧以及双肩背包构成了振动能量收集单元，实现了振动能量的产生、放大和收集；2）齿轮齿条组、减速机发电机组组成了机械能电能转化单元；3）整流器和蓄电池组构成了电能整流及储存单元，实现了对产生的电能进行滤波处理并收集存储；4）充电及保护电路构成了功能外设及接口单元，实现了用户对储存的电能方便快捷的使用。本发明结构轻便紧凑、舒适度高、成本低，而且发电量大，是一种可持续利用的绿色能源装置。

Description

一种基于人体振动能量收集的自发电书包
技术领域
本发明涉及一种基于人体振动能量收集的自发电书包，用于对人体活动振动能量的搜集以及对手机等小型电器的发电。
背景技术
随着信息时代的到来，人们的生活越来越离不开各种各样的电子设备，如手机、电脑、GPS导航器等，这些设施的使用都离不开电能，而设施的户外充电成为了一个亟待解决的难题。
目前国内外随身自发电设备主要有以下几种：1）利用人体动能直接发电产品。这是最早的人力发电设备，如手摇发电等，纯粹依靠人体的单个部位的运动，对人体能量的消耗极大，无法持久，且发电效率较低，只能应付紧急情况；2）利用压电材料发电的系列产品。1996年，荷兰的Stamer等利用压电陶瓷收集笔记本电脑“开、合”的能量用以驱动笔记本电脑，此举开创了压电式振动能量捕获技术这一研究领域。压电式振动能量捕获装置有很多用于人力发电机，其中对“压电发电鞋”的研究报道最多，在发电鞋的底部安装压电材料，步行时人体对鞋底的压力引起压电片变形发电，这类产品使用了新型压电材料，可以将人与材料接触时的压力转换为动能。市面上主要有压电鞋和压电鞋垫等，可以通过行走为手机等小配件供电，但需要增加鞋的高度，鞋底材料不舒适、较重，并且充电时需要将USB连接在鞋上，鞋上的装置也容易损坏；3）利用自然能源的随身发电产品。这类产品通过人体穿戴设备收集太阳能、风能等自然能源进行发电，由于受自然条件影响，此类设备无法提供可靠的电能来源，只能做备用电源使用,且体积较大，效率不高。就目前的产品来看，虽然都可以实现对随身小配件的供电，但使用时受到天气、材料、结构重量、便捷性等方面的限制，并不很方便，且发电功率不大，效率较低。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于人体振动能量收集的自发电书包，其利用人体动能，通过简单的机械结构及电路实现了随时、随身、高效、轻负担的发电，较好地解决了户外长途旅行者的不间断供电问题，为人们的生活带来了极大的便利，保障了长途旅行的通讯及安全。同时，本发明没有利用其它不可再生能源，而是利用人体运动产生的微振动能，是一种绿色能源装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于人体振动能量收集的自发电书包，包括一个双肩背包、一个固定背架、一个活动背架、两个弹簧、一个齿轮齿条组、一个减速机发电机组、一个整流器、一组蓄电池和充电及保护电路，1）所述的固定背架、活动背架、弹簧以及双肩背包构成了振动能量收集单元，实现了振动能量的产生、放大和收集；2）所述的齿轮齿条组、减速机发电机组组成了机械能电能转化单元；3）所述的整流器和蓄电池组构成了电能整流及储存单元，实现了对产生的电能进行滤波处理并收集存储；4）所述的充电及保护电路构成了功能外设及接口单元，实现了用户对储存的电能方便快捷的使用。
所述的振动能量收集单元中，固定背架固定在双肩背包上，固定背架底座上安装有两个弹簧，活动背架固定在弹簧上，且固定背架和活动背架之间由两组滚珠导轨来控制移动方向，从而实现活动背架相对于固定背架的上下移动。
所述的机械能电能转化单元中，齿轮齿条组安装在固定背架和活动背架之间，活动背架与固定背架之间的相对上下运动带动着齿轮齿条组的反复运动，齿轮齿条组将活动背架的上下往复直线运动转化为了回转运动，用以驱动减速机发电机组转动。所述齿轮齿条组中的齿条安装在活动背架上，齿轮的中心与减速机发电机组轴心同轴，且固定在固定背架上，固定背架与活动背架的往复运动带动相互啮合的齿轮在齿条上运动，将直线运动转化成了回转运动，由减速机发电机组产生电能。
所述的电能整流及储存单元中，所述的整流器和蓄电池组固定在固定背架上，减速机发电机组的输出端直接连接在整流器的输入端，整流器的输出端再连接在蓄电池组上；所述的蓄电池组为锂离子蓄电池。整流器中装有整流滤波电路，因为将人体运动能转换为电能输出的是非对称波动弱电流，电流的产生是瞬间和交替的，是极其微弱的低交流电压，必须通过整流电路将其整流为脉动直流电压，并经由滤波电路输出为稳定直流电压后对超级电容器进行充电，以缓冲电能，然后通过DC-DC升压后输入蓄电池进行储存。
所述的功能外设及接口单元中，所选用的充电及保护电路是通用的标准USB输出接口电路板，所述充电及保护电路与蓄电池组连接。
本发明与现有技术相比，有以下突出的实质性的特点和显著的优势：
本发明是一种不受外界使用环境影响的户外持续供电装备；以人们日常使用背包为载体，使用方便，不需要额外增加随身装备；是一种变废为宝的可持续利用的绿色能源；其发电量大，可随人体运动节奏及背包负重重量增大而增大；本发明构思巧妙、结构轻便紧凑、舒适度高，且成本低。
附图说明
图1是基于人体振动能量收集的自发电书包三维结构透视图。
图2是基于人体振动能量收集的自发电书包结构主视图。
图3是基于人体振动能量收集的自发电书包结构俯视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
参见图1～图3，一种基于人体振动能量收集的自发电书包，包括一个双肩背包11、一个固定背架1、一个活动背架6、两个弹簧7、一个齿轮齿条组4、一个减速机发电机组8、一个整流器10、一组蓄电池2和充电及保护电路9。所述的固定背架1、活动背架6、弹簧7以及双肩背包11构成了振动能量收集单元，实现了振动能量的产生、放大和收集；所述的齿轮齿条组4、减速机发电机组8组成了机械能电能转化单元；所述的整流器10和蓄电池组2构成了电能整流及储存单元，实现了对产生的电能进行滤波处理并收集存储；所述的充电及保护电路9构成了功能外设及接口单元，实现了用户对储存的电能方便快捷的使用。
所述的振动能量收集单元中，固定背架1固定在双肩背包11上，固定背架1底座上安装有两个弹簧7，弹簧7的参数由背包负重的最大值以及普通人的负重能力来决定。活动背架6固定在弹簧7上，且固定背架1和活动背架6之间由两组滚珠导轨3来控制移动方向，从而实现活动背架6相对于固定背架1的上下移动。这样，人体在行走过程中产生的振动能量就通过弹簧7放大，使固定背架1和活动背架6不停的进行直线往复运动，实现振动能量的采集。
所述的机械能电能转化单元中，齿轮齿条组4安装在固定背架1和活动背架6之间，活动背架6与固定背架1之间的相对上下运动带动着齿轮齿条组4的反复运动，齿轮齿条组4将活动背架6的上下往复直线运动转化为了回转运动，用以驱动减速机发电机组8转动。所述齿轮齿条组4中的齿条安装在活动背架6上，齿轮的中心与减速机发电机组8轴心同轴，且固定在固定背架1上，固定背架1与活动背架6的往复运动带动相互啮合的齿轮在齿条上运动，将直线运动转化成了回转运动，由减速机发电机组8产生电能。
所述的电能整流及储存单元中，所述的整流器10和蓄电池组2固定在固定背架1上，减速机发电机组8的输出端直接连接在整流器10的输入端，整流器10的输出端再连接在蓄电池组2上；所述的蓄电池组2为锂离子蓄电池。
所述的功能外设及接口单元中，所选用的充电及保护电路9是通用的标准USB输出接口电路板，所述充电及保护电路9与蓄电池组2连接。

Claims (6)

1.一种基于人体振动能量收集的自发电书包，包括一个双肩背包（11）、一个固定背架（1）、一个活动背架（6）、两个弹簧（7）、一个齿轮齿条组（4）、一个减速机发电机组（8）、一个整流器（10）、一组蓄电池（2）和充电及保护电路（9），其特征在于：
1）所述的固定背架（1）、活动背架（6）、弹簧（7）以及双肩背包（11）构成了振动能量收集单元，实现了振动能量的产生、放大和收集；
2）所述的齿轮齿条组（4）、减速机发电机组（8）组成了机械能电能转化单元；
3）所述的整流器（10）和蓄电池组（2）构成了电能整流及储存单元，实现了对产生的电能进行滤波处理并收集存储；
4）所述的充电及保护电路（9）构成了功能外设及接口单元，实现了用户对储存的电能方便快捷的使用。
2.根据权利要求1所述的基于人体振动能量收集的自发电书包，其特征在于：所述的振动能量收集单元中，固定背架（1）固定在双肩背包（11）上，固定背架（1）底座上安装有两个弹簧（7），活动背架（6）固定在弹簧（7）上，且固定背架（1）和活动背架（6）之间由两组滚珠导轨（3）来控制移动方向，从而实现活动背架（6）相对于固定背架（1）的上下移动。
3.根据权利要求1所述的基于人体振动能量收集的自发电书包，其特征在于：所述的机械能电能转化单元中，齿轮齿条组（4）安装在固定背架（1）和活动背架（6）之间，活动背架（6）与固定背架（1）之间的相对上下运动带动着齿轮齿条组（4）的反复运动，齿轮齿条组（4）将活动背架（6）的上下往复直线运动转化为了回转运动，用以驱动减速机发电机组（8）转动。
4.根据权利要求3所述的基于人体振动能量收集的自发电书包，其特征在于：所述齿轮齿条组（4）中的齿条安装在活动背架（6）上，齿轮的中心与减速机发电机组（8）轴心同轴，且固定在固定背架（1）上，固定背架（1）与活动背架（6）的往复运动带动相互啮合的齿轮在齿条上运动，将直线运动转化成了回转运动，由减速机发电机组（8）产生电能。
5.根据权利要求1所述的基于人体振动能量收集的自发电书包，其特征在于：所述的电能整流及储存单元中，所述的整流器（10）和蓄电池组（2）固定在固定背架（1）上，减速机发电机组（8）的输出端直接连接在整流器（10）的输入端，整流器（10）的输出端再连接在蓄电池组（2）上；所述的蓄电池组（2）为锂离子蓄电池。
6.根据权利要求1所述的基于人体振动能量收集的自发电书包，其特征在于：所述的功能外设及接口单元中，所选用的充电及保护电路（9）是通用的标准USB输出接口电路板，所述充电及保护电路（9）与蓄电池组（2）连接。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109488542A (zh) * 2018-12-29 2019-03-19 深圳市索拉太阳能有限公司 发电背包
CN110013103A (zh) * 2019-04-23 2019-07-16 广州航海学院 发电背包
CN110279217A (zh) * 2019-04-03 2019-09-27 武汉市炫能清洁能源科技有限公司 一种悬浮式多功能背包
CN110507067A (zh) * 2019-08-28 2019-11-29 兰州理工大学 一种利用人体振动能量与太阳能互补发电的多用背包支架
CN110861057A (zh) * 2019-11-29 2020-03-06 湖南警察学院 信息安全等级保护检查工具箱装置
CN111345573A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 孙善骏 电子警示防撞书包
CN111955895A (zh) * 2020-08-28 2020-11-20 重庆理工大学 一种减震悬浮背包
CN113425074A (zh) * 2021-05-26 2021-09-24 刘保伸 快速组装结构暨缓震结构的背架
CN114916754A (zh) * 2022-05-16 2022-08-19 浙江师范大学 一种能够加热手柄的自供能雨伞

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080185411A1 (en) * 2003-03-17 2008-08-07 Lightning Packs, Llc Suspended load ergonomic backpack
CN201173169Y (zh) * 2008-03-14 2008-12-31 叶明祥 背包式发电装置
CN102562498A (zh) * 2011-04-01 2012-07-11 胡锡文 一种悬挂运动式发电装置和包含该装置的背包
CN103899502A (zh) * 2014-03-18 2014-07-02 华南理工大学 一种可穿戴的人体动能捕获装置及其方法
CN204493092U (zh) * 2015-02-06 2015-07-22 西南交通大学 运动能量采集行军背包
WO2015120510A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation An energy harvesting system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080185411A1 (en) * 2003-03-17 2008-08-07 Lightning Packs, Llc Suspended load ergonomic backpack
EP2094126A2 (en) * 2006-12-14 2009-09-02 Lightning Packs LLC Suspended load ergonomic backpack
CN201173169Y (zh) * 2008-03-14 2008-12-31 叶明祥 背包式发电装置
CN102562498A (zh) * 2011-04-01 2012-07-11 胡锡文 一种悬挂运动式发电装置和包含该装置的背包
WO2015120510A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation An energy harvesting system
CN103899502A (zh) * 2014-03-18 2014-07-02 华南理工大学 一种可穿戴的人体动能捕获装置及其方法
CN204493092U (zh) * 2015-02-06 2015-07-22 西南交通大学 运动能量采集行军背包

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111345573A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 孙善骏 电子警示防撞书包
CN109488542A (zh) * 2018-12-29 2019-03-19 深圳市索拉太阳能有限公司 发电背包
CN110279217A (zh) * 2019-04-03 2019-09-27 武汉市炫能清洁能源科技有限公司 一种悬浮式多功能背包
CN110279217B (zh) * 2019-04-03 2021-06-08 武汉市炫能清洁能源科技有限公司 一种悬浮式多功能背包
CN110013103A (zh) * 2019-04-23 2019-07-16 广州航海学院 发电背包
CN110013103B (zh) * 2019-04-23 2024-05-07 广州航海学院 发电背包
CN110507067A (zh) * 2019-08-28 2019-11-29 兰州理工大学 一种利用人体振动能量与太阳能互补发电的多用背包支架
CN110861057A (zh) * 2019-11-29 2020-03-06 湖南警察学院 信息安全等级保护检查工具箱装置
CN110861057B (zh) * 2019-11-29 2022-10-18 湖南警察学院 信息安全等级保护检查工具箱装置
CN111955895A (zh) * 2020-08-28 2020-11-20 重庆理工大学 一种减震悬浮背包
CN113425074A (zh) * 2021-05-26 2021-09-24 刘保伸 快速组装结构暨缓震结构的背架
CN114916754A (zh) * 2022-05-16 2022-08-19 浙江师范大学 一种能够加热手柄的自供能雨伞

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