CN110360071A - 一种振动发电背包 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及背包领域，特别是涉及一种振动发电背包。振动发电背包包括固定机构和背包本体，固定机构包括固定座和滑动装配在固定座上的滑座，滑座上设置有齿条，固定座上转动装配有分别与齿条啮合的两组齿轮组件，每组齿轮组件均包括转动装配在固定座上的转轴和止转装配在转轴上的单向齿轮，两组齿轮组件的单向齿轮的转动方向相反，固定座上还设置有发电单元和传动单元，发电单元通过传动单元传动连接两组齿轮组件的转轴，其中一组齿轮组件的转轴与传动单元之间布置有换向机构。背包在上下移动时可分别带动其中一组齿轮组件转动，在经过换向机构的换向后，传动单元的转动方向保持一致，避免了发电机转轴来回转动，提高了电能的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及背包领域，特别是涉及一种振动发电背包。
背景技术
目前，户外旅行的背包功能单一，只能够用于储存物品，而人体行走时，简单的登山背包也随之上下运动，能量不断散失，无法充分收集利用。此外，野外旅行时，常会携带越来越多的小型或微型用电设备，如手机、相机、定位系统等，因此需要蓄电池提供照明和通讯，但蓄电池携带不方便，有效使用时间短；若能高效回收人体运动时产生的振动能，并且利用，则可以带来可观的节能效应，以及给野外旅行的人们带来方便。
申请公布号为CN102562498A，申请公布日为2012.07.11的中国发明专利申请公开了一种悬挂运动式发电装置和包含该装置的背包，该背包包括包体、包带和悬挂运动式发电装置，悬挂运动式发电装置包括悬挂单元、缓冲单元、传动单元、以及发电单元，包带与悬挂运动式发电装置中的悬挂单元连接，包体与悬挂运动式发电装置中的缓冲单元连接，传动单元将缓冲单元获取的运动动能传递至发电单元，发电单元将所述传动单元传递的运动动能转化为电能。缓冲单元包括弹簧和支撑在弹簧上的载重机构，传动机构包括齿轮齿条机构、棘轮棘爪机构和转速放大机构。
上述的背包在使用时，利用悬挂运动时发电装置可以将背包的动能转化为缓冲装置的势能，并利用发电装置进一步转化为电能，棘轮棘爪机构限定发动机仅能单向转动进行发电，并将电能保存至蓄电器内。
但是背包在运动时做上下方向的振动并带动齿轮齿条机构的齿轮双向转动，在利用棘轮棘爪机构限定发电机单向转动发电时，背包在移动时有一半行程做空载而无法转化为电能，导致背包的发电效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种振动发电背包，以解决现有技术中的背包在将动能转化为电能时效率低的问题。
本发明的振动发电背包的技术方案为：
一种振动发电背包，包括固定机构和背包本体，所述固定机构包括固定座和滑动装配在固定座上的用于固定背包本体的滑座，所述滑座上设置有齿条，所述固定座上转动装配有分别与所述齿条啮合的两组齿轮组件，每组齿轮组件均包括转动装配在固定座上的转轴和止转装配在所述转轴上的单向齿轮，所述单向齿轮与所述齿条啮合，两组齿轮组件的单向齿轮的转动方向相反，所述固定座上还设置有发电单元和传动单元，所述发电单元通过传动单元传动连接两组齿轮组件的转轴，其中一组齿轮组件的转轴与所述传动单元之间布置有换向机构。
本发明的振动发电背包的有益效果是，振动发电背包的齿条通过两组齿轮组件与传动单元连接，两组齿轮组件的单向齿轮的转动方向相反，背包在上下移动时可分别带动其中一组齿轮组件转动，在经过换向机构的换向后，两组齿轮组件在转动时可以使传动单元的转动方向保持一致，保证了背包在上下移动时均可将动能经过发电单元转化为电能，提高了电能的转化效率。
进一步地，两组齿轮组件的转轴上均布置有传动齿轮，所述换向机构为与其中一组齿轮组件的传动齿轮啮合的换向惰轮，所述传动单元包括啮合齿轮，所述啮合齿轮分别与所述换向惰轮以及另一组齿轮组件的传动齿轮啮合。换向惰轮作为换向结构，利用惰轮自身的特性与啮合齿轮配合进行换向，结构简单。
进一步地，所述传动单元为具有增速作用的增速齿轮组。增速齿轮组作为传动单元可以增大发电单元的转速，提高电能的转化效率。
进一步地，所述固定座上设置有竖直布置的导轨，导轨至少有两个且沿水平方向间隔布置，滑座上布置有套装在导轨上的滑块，所述滑座通过滑块和导轨导向装配在固定座上。两个导轨可以增强背包本体移动的稳定性，滑座通过滑块装配在导轨上，简化导向机构。
进一步地，所述滑块为布置在导轨上的直线轴承。直线轴承可以减小滑块与导轨之间的摩擦阻力，使滑块的滑动更为顺畅。
进一步地，每个导轨上布置有至少两个滑块，各个滑块沿导轨的轴向间隔布置。每个导轨上布置至少两个滑块，可以保证背包移动平稳。
进一步地，所述导轨的底部设置有缓冲弹簧，缓冲弹簧的底端与所述固定座连接，缓冲弹簧的顶端与所述滑块连接。缓冲弹簧可以减小背包本体下行时对固定座的冲力，同时缓冲弹簧将动能转化为势能，可以为背包本体的上行提供能量。
进一步地，所述发电单元包括转子发电机，转子发电机上布置有用于与所述传动单元连接的转子轴。
附图说明
图1是本发明的振动发电背包的实施例1的结构示意图；
图2是图1的振动发电背包的固定机构的分解示意图；
图3是图2的固定机构的滑座的内侧示意图；
图4是图2的固定机构的固定座的结构示意图；
图5是图4的固定座的A处的放大示意图。
其中，10、背包本体，11、滑座，111、第一滑板，112、第二滑板，20、牵引回弹机构，21、第一竖向导轨，22、第二竖向导轨，23、第一滑块，231、第一直线轴承，232、第二直线轴承，24、第二滑块，241、第三直线轴承，242、第四直线轴承，25、第一牵引弹簧，26、第二牵引弹簧，30、固定机构，31、固定座，311、固定底板，312、第一固定横梁，313、第二固定横梁，314、固定转轴板，32、背带，40、转子发电机，41、转子轴，50、传动单元，51、齿条，52、齿轮组件，521、第一单向齿轮，522、第二单向齿轮，523、第一传动齿轮，524、第二传动齿轮，53、换向惰轮，54、啮合齿轮，55、增速齿轮组，551、第一增速齿轮，552、第一增速连轴齿轮，553、第一锥齿轮，554、第一锥齿轮连轴齿轮，555、第二锥齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的振动发电背包的实施例1，如图1至图5所示，该振动发电背包包括背包本体10、背带32、固定机构30和转子发电机40，背包本体10和背带32分别布置在固定机构30的前后两侧，定义固定机构30在使用时靠近人体背部的一侧为后侧，则背带32布置在固定机构30的后侧。转子发电机40用于将动能转化为电能，固定机构30上还布置有用于存储电能的蓄电器，转子发电机40形成振动发电背包的发电单元。
固定机构30包括固定座31和滑动装配在固定座31上的滑座11，背包本体10固定在滑座11上，人们在走路时背包本体10可带动滑座11在固定座31上移动。固定座31包括固定底板311、第一固定横梁312、第二固定横梁313和固定转轴板314，固定转轴板314与固定底板311相互平行且相对布置，固定转轴板314与固定底板311用于固定转轴的位置，转轴的两端转动装配在固定转轴板314与固定底板311上，背带32安装在固定底板311的外侧面上，背包本体10布置在滑座11背离背带32的一侧。第一固定横梁312安装在固定底板311的上端，第二固定横梁313安装在固定底板311的下端。
滑座11包括竖直布置的第一滑板111和第二滑板112，第一滑板111和第二滑板112布置于固定转轴板314的两侧，背包本体10的两侧分别固定布置在第一滑板111和第二滑板112上。第一滑板111的内侧布置有齿条51，齿条51的啮合齿朝向第二滑板112侧。
固定框架上布置有牵引回弹机构20，牵引回弹机构20用于对背包本体10的运动进行导向，并且对背包本体10施加向上移动的回弹力。牵引回弹机构20包括第一竖向导轨21、第二竖向导轨22、第一滑块23、第二滑块24、第一牵引弹簧25、第二牵引弹簧26。第一竖向导轨21、第二竖向导轨22沿水平方向间隔布置，第一竖向导轨21、第二竖向导轨22的上端分别与第一固定横梁312连接，第一竖向导轨21、第二竖向导轨22的下端分别与第二固定横梁313连接。
第一滑块23滑动套设装配在第一竖向导轨21上，第二滑块24滑动套设装配在第二竖向导轨22上。第一滑板111与第一滑块23固定连接，第二滑板112与第二滑块24固定连接，滑座11通过第一滑块23、第二滑块24与安装在固定机构30上的第一竖向导轨21、第二竖向导轨22竖向滑动连接，最大化收集人体运动上下振动产生的能量。
第一滑块23包括第一直线轴承231、第二直线轴承232，第二滑块24包括第三直线轴承241、第四直线轴承242，第一直线轴承231上具有第一轴承孔，第二直线轴承232上具有第二轴承孔，第三直线轴承241上具有第三轴承孔，第四直线轴承242上具有第四轴承孔，第一直线轴承231、第二直线轴承232沿第一导轨的轴向间隔分布，第三直线轴承241、第四直线轴承242沿第二导轨的轴向间隔分布。
第一牵引弹簧25的顶端与第二直线轴承232连接，第一牵引弹簧25的底端与第二固定横梁313连接；第二牵引弹簧26的顶端与第四直线轴承242连接，第二牵引弹簧26的底端与第二固定横梁313连接。第一牵引弹簧25与第二牵引弹簧26形成用于对滑座11进行缓冲的缓冲弹簧，背包本体10向下运动时带动滑座11向下运动，第一滑块23、第二滑块24分别压缩第一牵引弹簧25、第二牵引弹簧26，同时第一牵引弹簧25、第二牵引弹簧26将对背包本体10产生回弹向上的弹力，从而加大了背包本体10向上的动通，也就加大了齿条51的位移，进而提高转子发电机40的转速，提高发电转化效率。第一牵引弹簧25和第二牵引弹簧26的频率与人体行走时重心位置偏移的频率以引起共振。
固定座31的固定转轴板314和固定底板311之间还布置有两组齿轮组件52，两组齿轮组件52分别与第一滑板111上的齿条51啮合。固定座31上还设置有传动单元50，转子发电机40通过传动单元50与两组齿轮组件52连接，定义两组齿轮组件52分别为第一齿轮组件52和第二齿轮组件52，第一齿轮组件52与传动单元50之间通过换向机构传动连接，第二齿轮组件52与传动单元50直接传动连接。
第一齿轮组件52包括第一单向齿轮521、转轴和第一传动齿轮523，第一传动齿轮523和第一单向齿轮521均止转装配在转轴上并通过转轴传动。第二齿轮组件52包括第二单向齿轮522、转轴和第二传动齿轮524，第二传动齿轮524和第二单向齿轮522均止转装配在转轴上并通过转轴传动。第一单向齿轮521顺时针转动锁死转轴，逆时针转动空转，第一单向齿轮521顺时针转动空转，逆时针转动锁死转轴，即第一单向齿轮521和第二单向齿轮522的转动方向相反，齿条51与第一单向齿轮521、第二单向齿轮522依次分开竖向啮合。
换向机构为与第一传动齿轮523啮合的换向惰轮53。传动单元50为增速齿轮组55，换向惰轮53通过啮合齿轮54与增速齿轮组55传动连接，增速齿轮组55包括第一增速齿轮551、第一增速齿轮连轴齿轮552、第一锥齿轮553、第一锥齿轮连轴齿轮554、第二锥齿轮555，啮合齿轮54与换向惰轮53、第二传动齿轮524分别啮合传动连接。啮合齿轮54与第一增速齿轮551传动啮合连接，第一增速齿轮连轴齿轮552与第一锥齿轮连轴齿轮554传动啮合连接，第一锥齿轮连轴齿轮554与第一锥齿轮553同轴转动，第一锥齿轮553与第二锥齿轮555传动啮合连接。转子发电机40上布置有转子轴41，第二锥齿轮555与转子轴41传动连接。
本发明的振动发电背包的工作原理是，人体行走或者跑步时，重心上下波动，背包本体10上下移动并带动滑座11的第一滑板111和第二滑板112上下移动，从而带动第一滑板111上的齿条51上下移动；当齿条51向上运动时，第二单向齿轮522顺时针转动空转，第一单向齿轮521顺时针转动锁死转轴与第一传动齿轮523同轴转动，依次推动换向惰轮53逆时针转动、啮合齿轮54顺时针转动、第二单向轴承连轴齿轮逆时针转动；当齿条51向下运动时，第一单向齿轮521逆时针转动空转，第二单向齿轮522逆时针转动锁死转轴与第二传动齿轮524同轴转动，依次推动啮合齿轮54顺时针转动、换向惰轮53逆时针转动、第一传动齿轮523顺时针转动；因此在背包本体10上下移动时，通过第一齿轮组、第二齿轮组和换向惰轮53的配合，啮合齿轮54始终保持顺时针转动并通过增速齿轮组55带动发电单元发电，避免了转子发电机40的转子轴41来回转动，大大减少了转子发电机40的响应时间，进而提高发电转化效率。
本发明的振动发电背包的其他实施例中，换向机构也可以为三个惰轮；换向机构也可以为连杆机构，传动单元为连杆和齿轮组合机构；导轨也可以为布置开设在固定底板上的滑槽，滑块为转动装配在滑槽内的滚轮。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种振动发电背包，包括固定机构和背包本体，所述固定机构包括固定座和滑动装配在固定座上的用于固定背包本体的滑座，所述滑座上设置有齿条，其特征在于，所述固定座上转动装配有分别与所述齿条啮合的两组齿轮组件，每组齿轮组件均包括转动装配在固定座上的转轴和止转装配在所述转轴上的单向齿轮，所述单向齿轮与所述齿条啮合，两组齿轮组件的单向齿轮的转动方向相反，所述固定座上还设置有发电单元和传动单元，所述发电单元通过传动单元传动连接两组齿轮组件的转轴，其中一组齿轮组件的转轴与所述传动单元之间布置有换向机构。
2.根据权利要求1所述的振动发电背包，其特征在于，两组齿轮组件的转轴上均布置有传动齿轮，所述换向机构为与其中一组齿轮组件的传动齿轮啮合的换向惰轮，所述传动单元包括啮合齿轮，所述啮合齿轮分别与所述换向惰轮以及另一组齿轮组件的传动齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的振动发电背包，其特征在于，所述传动单元还包括具有增速作用的增速齿轮组。
4.根据权利要求1-3任一项所述的振动发电背包，其特征在于，所述固定座上设置有竖直布置的导轨，导轨至少有两个且沿水平方向间隔布置，滑座上布置有套装在导轨上的滑块，所述滑座通过滑块和导轨导向装配在固定座上。
5.根据权利要求4所述的振动发电背包，其特征在于，所述滑块为布置在导轨上的直线轴承。
6.根据权利要求5所述的振动发电背包，其特征在于，每个导轨上布置有至少两个滑块，各个滑块沿导轨的轴向间隔布置。
7.根据权利要求4所述的振动发电背包，其特征在于，所述导轨的底部设置有缓冲弹簧，缓冲弹簧的底端与所述固定座连接，缓冲弹簧的顶端与所述滑块连接。
8.根据权利要求1-3任一项所述的振动发电背包，其特征在于，所述发电单元包括转子发电机，转子发电机上布置有用于与所述传动单元连接的转子轴。
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