CN110307131A - 利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置 - Google Patents

利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置 Download PDF

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    • 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
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Abstract

本发明公开了一种利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，包括鞋底，转轴，前连接片，后连接片，扭簧，单向离合器，大齿轮，小齿轮，发电机和飞轮。其中，转轴固定在鞋底弯曲时鞋底的前半部分和后半部分的共同转动中心处，转轴的两侧分别安装有前连接片和后连接片，前连接片与后连接片之间安装有一扭簧，后连接片另一侧安装一单向离合器，单向离合器与大齿轮连接，小齿轮与大齿轮通过齿轮啮合，发电机与小齿轮连接，发电机另一侧安装一飞轮。本发明通过利用鞋底弯曲进行发电，从另一个方面将人体行走时的机械能转化为电能，有效地提高了行走时人体运动能量的能量俘获效率。

Description

利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置
技术领域
本发明属于能量俘获及人体能量开发领域，具体涉及一种利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置。
背景技术
近年来，随着电子科技的高速发展，人体可穿戴设备和植入式设备得到了广泛的关注。目前，可穿戴设备和植入式设备逐渐在日常生活、娱乐、医疗、军事和健康监测等领域发挥重要作用，此类设备尺寸小、功耗低、使用便捷，具有很好的应用前景和发展潜力。然而，现有的可穿戴设备和植入式设备大多采用一次性或可充电的化学电池供电，化学电池有限的电池容量限制了此类设备的长期使用。
人体的许多运动，如行走、呼吸和肢体摆动等可以产生大量能量，在正常生活中这些能量最终都以热能的方式被耗散掉，如果能将人体运动的机械能转化为电能，并且为人体可穿戴设备和植入式设备供电，既能够实现人体能量的二次利用，又能够解决可穿戴设备和植入式设备的供电问题。
行走作为人体运动的主要形式之一，其产生的能量非常可观。如何高效地将行走的能量转化为电能并利用，是能量俘获领域的研究热点之一，得到了众多研究人员的高度重视。人体在行走时脚底对鞋子的压力会发生变化，同时前脚掌与后脚掌之间相对角度也会发生变化，并导致鞋底的弯曲。
将发电结构或装置安装在鞋子上，是目前将人体行走能量转化为电能的主要方式。但是，现有的研究大多是利用行走时脚底对鞋子的压力变化或者利用鞋子与地面接触时鞋子的振动进行发电，利用行走时鞋底的弯曲进行发电的研究极少。
发明内容
针对上述现有研究现状，本发明提出一种利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其利用鞋底的弯曲进行发电，可以有效地提高行走时人体运动能量的能量俘获效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：包括鞋底，转轴，前连接片，后连接片，扭簧，单向离合器，大齿轮，小齿轮，发电机和飞轮。其中，转轴固定在鞋底弯曲时鞋底的前半部分和后半部分的共同转动中心处，转轴的两侧分别安装有前连接片和后连接片，前连接片与后连接片之间安装有一扭簧，后连接片另一侧安装一单向离合器，单向离合器与大齿轮连接，小齿轮与大齿轮通过齿轮啮合，发电机与小齿轮连接，发电机另一侧安装一飞轮。
所述鞋底易弯曲，具有一定的厚度和柔软度。
所述前连接片和后连接片能够绕转轴转动。
所述扭簧两边分别与前连接片和后连接片连接，当前连接片和后连接片发生相对转动时，扭簧产生扭矩。
所述扭簧在鞋底未弯曲时处于原始状态，即鞋底未弯曲扭簧扭矩为零。
所述单向离合器连接后连接片和大齿轮，当后连接片顺时针转动时，大齿轮也发生转动，当后连接片逆时针转动时，大齿轮不发生转动。
所述大齿轮与小齿轮均可更换，通过改变大齿轮与小齿轮的齿数可以改变传动比。
所述发电机另一侧安装一飞轮，当后连接片和前连接片停止相对转动时，飞轮由于惯性继续旋转，带动发电机继续发电。
所述利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置各部件之间配合合理，润滑优良，阻尼较小。
其原理是：在人体行走过程中，当后脚掌离地而前脚掌未离地时，前脚掌与后脚掌之间发生弯曲，导致鞋底弯曲，鞋底前半部分和后半部分发生相对转动，带动前连接片和后连接片发生相对转动，此时后连接片顺时针转动，通过单向离合器带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮转动，小齿轮带动发电机发电；当脚掌完全离开地面时，飞轮由于惯性继续旋转，带动发电机继续发电，此时扭簧产生的扭矩使得前连接片和后连接片恢复原位，为下一次发生相对转动做好准备。
本发明的特点与优点为：通过利用鞋底弯曲进行发电，从另一个方面将人体行走时的机械能转化为电能，有效地提高了行走时人体运动能量的能量俘获效率，通过在装置中添加飞轮，使得发电机在脚掌离开地面时继续发电，能够提高装置的发电效率,同时，整个装置重量轻，尺寸小，不与人体直接接触，不会影响人体行走的舒适度。
附图说明
图1为本发明利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置鞋底未弯曲时三维结构示意图。
图2为本发明利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置鞋底弯曲时三维结构示意图。
图3为本发明利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置内部结构示意图。
图4为本发明前连接片和后连接片通过转轴连接示意图。
1……鞋底 2……转轴
3……前连接片 4……后连接片
5……扭簧 6……单向离合器
7……大齿轮 8……小齿轮
9……发电机 10……飞轮
具体实施方案
下面结合附图和实例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，包括鞋底1，转轴2，前连接片3，后连接片4，扭簧5，单向离合器6，大齿轮7，小齿轮8，发电机9和飞轮10。其中，转轴2固定在鞋底1弯曲时鞋底1的前半部分和后半部分的共同转动中心处，转轴2的两侧分别安装有前连接片3和后连接片4，前连接片3与后连接片4之间安装有一扭簧5，后连接片4另一侧安装一单向离合器6，单向离合器6与大齿轮7连接，小齿轮8与大齿轮7通过齿轮啮合，发电机9与小齿轮8连接，发电机9另一侧安装一飞轮10。
鞋底1易弯曲，具有一定的厚度和柔软度。前连接片3和后连接片4能够绕转轴2转动。扭簧5两边分别与前连接片3和后连接片4连接，当前连接片3和后连接片4发生相对转动时，扭簧5产生扭矩。扭簧5在鞋底1未弯曲时处于原始状态，即鞋底1未弯曲扭簧5扭矩为零。单向离合器6连接后连接片4和大齿轮7，当后连接片4顺时针转动时，大齿轮7也发生转动，当后连接片4逆时针转动时，大齿轮7不发生转动。大齿轮7与小齿轮8均可更换，通过改变大齿轮7与小齿轮8的齿数可以改变传动比。发电机9另一侧安装一飞轮10，当后连接片4和前连接片3停止相对转动时，飞轮10由于惯性继续旋转，带动发电机9继续发电。利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置各部件之间配合合理，润滑优良，阻尼较小。
如图1所示，在鞋底1未发生弯曲时，前连接片3和后连接片4均处于原始位置，两者不发生相对转动，扭簧5的扭矩为零，大齿轮7和小齿轮8均保持静止，发电机9不发电。
如图2所示，人体开始行走时，当后脚掌离地而前脚掌未离地时，前脚掌与后脚掌之间发生弯曲，导致鞋底1弯曲，鞋底1前半部分和后半部分发生相对转动，带动前连接片3和后连接片4发生相对转动，此时后连接片4顺时针转动，通过单向离合器6带动大齿轮7转动，大齿轮7带动小齿轮8转动，小齿轮8带动发电机9发电。
当脚掌完全离开地面时，即脚掌完全悬空时，飞轮10由于惯性继续旋转，带动发电机9继续发电，将飞轮10的转动动能转化为电能，此时扭簧5产生的扭矩使得前连接片3和后连接片4恢复原位，为下一次发生相对转动做好准备。
人体在行走过程中不断重复上述过程，使得发电机9持续发电，有效地将人体行走时的机械能转化为电能，实现了利用鞋底弯曲高效发电。
本发明提出一种利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其利用鞋底的弯曲进行发电，从另一个方面将人体行走时的机械能转化为电能，有效地提高了行走时人体运动能量的能量俘获效率，通过在装置中添加飞轮，使得发电机在脚掌离开地面时继续发电，能够提高装置的发电效率，同时，整个装置重量轻，尺寸小，不与人体直接接触，不会影响人体行走的舒适度。
以上实施例仅为说明本发明的原理和目的，并不用于限制本发明，在本发明的原理和精神内所作的任何简单变形、修改和替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：包括鞋底，转轴，前连接片，后连接片，扭簧，单向离合器，大齿轮，小齿轮，发电机和飞轮。其中，转轴固定在鞋底弯曲时鞋底的前半部分和后半部分的共同转动中心处，转轴的两侧分别安装有前连接片和后连接片，前连接片与后连接片之间安装有一扭簧，后连接片另一侧安装一单向离合器，单向离合器与大齿轮连接，小齿轮与大齿轮通过齿轮啮合，发电机与小齿轮连接，发电机另一侧安装一飞轮。
2.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述鞋底易弯曲，具有一定的厚度和柔软度。
3.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述前连接片和后连接片能够绕转轴转动。
4.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述扭簧两边分别与前连接片和后连接片连接，当前连接片和后连接片发生相对转动时，扭簧产生扭矩。
5.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述扭簧在鞋底未弯曲时处于原始状态，即鞋底未弯曲扭簧扭矩为零。
6.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述单向离合器连接后连接片和大齿轮，当后连接片顺时针转动时，大齿轮也发生转动，当后连接片逆时针转动时，大齿轮不发生转动。
7.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述大齿轮与小齿轮均可更换，通过改变大齿轮与小齿轮的齿数可以改变传动比。
8.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述发电机另一侧安装一飞轮，当后连接片和前连接片停止相对转动时，飞轮由于惯性继续旋转，带动发电机继续发电。
9.根据权利要求1所述的利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置，其特征在于：所述利用鞋底弯曲机理的高性能发电装置各部件之间配合合理，润滑优良，阻尼较小。
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