CN113027716B - 一种行进速度自适应发电背包 - Google Patents

一种行进速度自适应发电背包 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种行进速度自适应发电背包：包括滑板、背板、长度可调连接体及发电机，滑板、背板可相对竖向弹性滑动，背板设有非平行于滑板、背板相对滑动方向的导轨一，发电机安装于滑板，长度可调连接体一端铰接于轴承滑块组合体，另一端连接发电机的动力输出端，轴承滑块组合体可滑动连接于导轨一。相对于现有技术，本发明的轴承滑块组合体的往复运动可以转换为发电机的匀速圆周运动，使得输出功率稳定。本发明的发电装置配置了智能管理系统，可以根据速度传感器、质量传感器采集的信号对长度可调连接体做适当的调节，使得发电装置结构可以实现自适应。本发明的轴承滑块组合体可以减少运行中的摩擦，使得操作更顺畅，提供更多动力。

Description

一种行进速度自适应发电背包
技术领域
本发明涉及发电背包技术领域，具体涉及一种行进速度自适应发电背包。
背景技术
信息化时代人们对电子产品的需求愈来愈高，为了解决人们户外出行时电器电量不足的问题，各种穿戴式发电设备蜂拥而出，发电背包是研究热点之一。近年来，一些研究者通过在背包中引入各种系统将人体产生的机械能转化为电能，但这些背包不仅对背包背负者的行进速度以及背负载荷有特定的要求，而且些发电背包的输出功率不稳定，以至于它们的应用难以得到大范围的推广。因此，针对上述问题，需要设计新的穿戴式发电背包。。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种行进速度自适应发电背包。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种行进速度自适应发电背包：包括滑板、背板、长度可调连接体及发电机，滑板、背板可相对竖向弹性滑动，背板设有非平行于滑板、背板相对滑动方向的导轨一，发电机安装于滑板，长度可调连接体一端铰接于轴承滑块组合体，另一端连接发电机的动力输入端，轴承滑块组合体可滑动连接于导轨一。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：长度可调连接体包括异形圆环、丝杆、螺母及二连杆，二连杆的两端分别铰接于异形圆环、螺母，丝杆一端可旋转连接异形圆环，另一端通过螺纹连接螺母，螺母连接发电机的动力输入端。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：轴承滑块组合体包括相连的滑块二、轴承座，滑块二可滑动连接于导轨一，轴承座通过轴承连接异形圆环；
异形圆环设有转轴，转轴连接轴承的内孔。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：长度可调连接体还包括电动机及电机支撑架，电动机依次通过减速齿轮箱、联轴器连接丝杆，电机支撑架用于将电动机、减速齿轮箱固定于异形圆环。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：发电机的动力输入端连接增速齿轮箱，增速齿轮箱的动力输入端设有方孔，螺母侧部通过方销连接方孔；增速齿轮箱、发电机均通过支架安装于滑板。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：发电机的动力输入端设有齿轮二，增速齿轮箱的动力输出端通过齿轮一连接齿轮二。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：导轨一水平设置，且两端通过固定座二连接背板。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：滑板、背板之间通过至少两根竖向导轨连接，竖向导轨的两端分别通过固定座一连接滑板，背板通过可相对于竖向导轨滑动的滑块一连接竖向导轨；固定座一、滑块一之间通过套接于竖向导轨的弹簧连接，弹簧用于驱动滑板相对于背板向上滑动。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：背板还连接背垫及背带，滑板还连接包体。
作为本发明的一种优选方案，前述的一种行进速度自适应发电背包：还包括智能管理系统，智能管理系统包含有用于监测人体行走速度的速度传感器、用于监测背包质量的质量传感器、整流稳压电路、微控制器以及可充电电源；
智能管理系统用于根据质量传感器、速度传感器的信号对电动机进行控制。
本发明所达到的有益效果：
相对于现有技术，本发明的轴承滑块组合体的往复运动可以转换为发电机的匀速圆周运动，使得输出功率稳定。
本发明的发电装置配置了智能管理系统，可以根据速度传感器、质量传感器采集的信号对长度可调连接体做适当的调节，使得发电装置结构可以实现自适应。
本发明的轴承滑块组合体可以减少运行中的摩擦，使得操作更顺畅，提供更多动力。
附图说明
图1是本发明背包结构示意图；
图2是本发明背板的主视图；
图3是本发明长度可调连接体的结构示意图；
图4是本发明滑板及发电结构的结构示意图；
图5是本发明发电结构示意图；
图6是本发明轴承滑块组合体的结构示意图；
图7是本发明异形圆环的结构示意图；
图8是本发明增速齿轮箱的结构示意图；
图9是本发明螺母的结构示意图；
图10是本发明长度可调连接体的几何简图；
图11是本发明的运动分析简图；
附图标记的含义：1-包体；2-背带；3-背垫；4-滑板；5-背板；7-固定座一；8-滑块一；9-弹簧；10-竖向导轨；11-固定座二；12-电动机；13-减速齿轮箱；14-联轴器；15-电机支撑架；16-异形圆环；17-二连杆；18-丝杆；19-螺母；20-导轨一；21-轴承滑块组合体；22-增速齿轮箱；23-发电机；24-支架；25-智能管理系统；26-齿轮一；27-齿轮二；28-滑块二；29-轴承座；30-轴承；31-转轴；32-方孔；33-方销。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图9所示：本实施例公开了一种行进速度自适应发电背包：包括滑板4、背板5、长度可调连接体及发电机23，滑板4、背板5可相对竖向弹性滑动，即滑板4、背板5之间具有使滑板4相对于背板5向上运动的弹性力，该弹性力最好采用弹簧实现。
背板5设有非平行于滑板4、背板5相对滑动方向的导轨一20，即导轨一20不能竖向设置。在实际应用中，导轨一20最好采用水平设置，且两端通过固定座二11连接背板5。
滑板4、背板5之间通过至少两根竖向导轨10连接，竖向导轨10的两端分别通过固定座一7连接滑板4，背板5通过可相对于竖向导轨10滑动的滑块一8连接竖向导轨10；固定座一7、滑块一8之间通过套接于竖向导轨10的弹簧9连接，弹簧9用于驱动滑板4相对于背板5向上弹性滑动。其中，背板5还连接背垫3及背带2，背带2用于将本实施例背在使用者的肩膀上，滑板4还连接包体1，包体1具有容纳腔，用于放置物品。
发电机23安装于滑板4，长度可调连接体一端铰接于轴承滑块组合体21，另一端连接发电机23的动力输入端，轴承滑块组合体21可滑动连接于导轨一20。
具体的，结合图2及图3：本实施例的长度可调连接体包括异形圆环16(图7)、丝杆18、螺母19及二连杆17，二连杆17的两端分别铰接于异形圆环16、螺母19，丝杆18一端可旋转连接异形圆环16，另一端通过螺纹连接螺母19，螺母19连接发电机23的动力输入端。其中，丝杆18与异形圆环16的可旋转连接，并且丝杆18不能相对于异形圆环16轴向窜动。
如图6所示：轴承滑块组合体21包括相连的滑块二28、轴承座29，滑块二28可滑动连接于导轨一20，轴承座29通过轴承30连接异形圆环16，具体是：异形圆环16设有转轴31，转轴31连接轴承30的内孔。
进一步的，长度可调连接体还包括电动机12及电机支撑架15，电动机12依次通过减速齿轮箱13、联轴器14连接丝杆18，电机支撑架15用于将电动机12、减速齿轮箱13固定于异形圆环16。当电动机12旋转时，能够通过螺纹传动的方式调节螺母19相对于异形圆环16之间的距离，继而实现长度可调连接体的实际长度。
发电机23的动力输入端连接增速齿轮箱22，增速齿轮箱22的动力输入端设有方孔32，螺母19侧部通过方销33连接方孔32实现扭矩的传递。增速齿轮箱22、发电机23均通过支架24安装于滑板4。具体的，发电机23的动力输入端设有齿轮二27，增速齿轮箱22的动力输出端通过齿轮一26连接齿轮二27。
本实施例还包括智能管理系统25，智能管理系统25包含有用于监测人体行走速度的速度传感器、用于监测背包质量的质量传感器、整流稳压电路、微控制器以及可充电电源。其中，发电机23与整流稳压电路相连接，发电机23的输出电流经整流稳压后给可充电电源充电。
智能管理系统25中可充电电源对微控制器、质量传感器、速度传感器、电动机12供电；微控制器根据所述质量传感器和所述速度传感器所采集的信号，通过指定算法控制电动机12的旋转行程，基于电动机-减速齿轮箱-联轴器-丝杆的动力传递链路实现异形圆环16和螺母19之间的距离调节，以适应背负所述行进速度自适应发电背包的人体进行不同速度的行进。
使用时，当人体背负装载一定质量物品的行进速度自适应发电背包时，行进过程中滑板4在背板5上下滑动，弹簧9用于抵消部分重力，实现滑板4相对于背板5的竖向往复运动。竖向往复运动产生的机械能经由轴承滑块组合体21-长度可调连接体-螺母19-增速齿轮箱22-发电机23所构成的传递链路传递给发电机23，实现发电机23发电。
如图10所示，将长度可调连接体长度调节过程进行简化，具体分析如下：A点代表异形圆环16、B点代表螺母19、C点代表连杆17的连接点，由A、B、C三点构成一个稳定三角形；当旋转丝杆18时，螺母19将在丝杆18上移动，从而形成一个AB长度可调的结构稳定的长度可调连接体6。
如图11所示，将发电背包运动分析过程进行简化，具体分析如下：X轴代表导轨20、Y轴代表与导轨20垂直的方向、O点代表导轨20的中点、A点代表轴承滑块组合体21、B点代表螺母19、α代表OB与AB的夹角；B点在竖直方向上的运动状态可等同于背包包体重心在竖直方向上的运动状态，由常识可知人体步行时，重心在竖直方向的位移y1＝Y1sinωt，其中Y1为重心竖直方向变化幅度，ω为步行频率；当背包上下运动所产生的机械能-电能转换达到最佳状态时可认为B点相对人体在竖直方向位移为y2＝Y2sinωt(Y2为常数)，因为α＝arccos(OB/AB),OB＝|y2|，那么α＝a0+b0ωt(a0和b0为常数)，因此随着人体匀速前进A以B点为圆心做匀速圆周运动，α的转动速度通过方销33-增速齿轮箱22-转轴31-齿轮26-齿轮27-发电机23动力传递链路传递给发电机23，使发电机23匀速旋转实现高效发电。
相对于现有技术，本发明的发电装置配置了智能管理系统，可以根据速度传感器、质量传感器采集的信号对长度可调连接体做适当的调节，使得发电装置结构可以实现自适应。
本发明的轴承滑块组合体可以减少运行中的摩擦，使得操作更顺畅，提供更多动力。
本发明的轴承滑块组合体的往复运动可以转换为发电机的匀速圆周运动，使得输出功率稳定。
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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：包括滑板(4)、背板(5)、长度可调连接体及发电机(23)，所述滑板(4)、背板(5)可相对竖向弹性滑动，所述背板(5)设有非平行于滑板(4)、背板(5)相对滑动方向的导轨一(20)，所述发电机(23)安装于滑板(4)，所述长度可调连接体一端铰接于轴承滑块组合体(21)，另一端连接发电机(23)的动力输入端，所述轴承滑块组合体(21)可滑动连接于导轨一(20)。
2.根据权利要求1所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述长度可调连接体包括异形圆环(16)、丝杆(18)、螺母(19)及二连杆(17)，所述二连杆(17)的两端分别铰接于异形圆环(16)、螺母(19)，所述丝杆(18)一端可旋转连接异形圆环(16)，另一端通过螺纹连接螺母(19)，所述螺母(19)连接发电机(23)的动力输入端。
3.根据权利要求2所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述轴承滑块组合体(21)包括相连的滑块二(28)、轴承座(29)，所述滑块二(28)可滑动连接于导轨一(20)，所述轴承座(29)通过轴承(30)连接异形圆环(16)；
所述异形圆环(16)设有转轴(31)，所述转轴(31)连接轴承(30)的内孔。
4.根据权利要求2所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述长度可调连接体还包括电动机(12)及电机支撑架(15)，所述电动机(12)依次通过减速齿轮箱(13)、联轴器(14)连接丝杆(18)，所述电机支撑架(15)用于将电动机(12)、减速齿轮箱(13)固定于异形圆环(16)。
5.根据权利要求2所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述发电机(23)的动力输入端连接增速齿轮箱(22)，所述增速齿轮箱(22)的动力输入端设有方孔(32)，所述螺母(19)侧部通过方销(33)连接方孔(32)；所述增速齿轮箱(22)、发电机(23)均通过支架(24)安装于滑板(4)。
6.根据权利要求5所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述发电机(23)的动力输入端设有齿轮二(27)，所述增速齿轮箱(22)的动力输出端通过齿轮一(26)连接齿轮二(27)。
7.根据权利要求1所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述导轨一(20)水平设置，且两端通过固定座二(11)连接背板(5)。
8.根据权利要求1所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述滑板(4)、背板(5)之间通过至少两根竖向导轨(10)连接，所述竖向导轨(10)的两端分别通过固定座一(7)连接滑板(4)，所述背板(5)通过可相对于竖向导轨(10)滑动的滑块一(8)连接竖向导轨(10)；所述固定座一(7)、滑块一(8)之间通过套接于竖向导轨(10)的弹簧(9)连接，所述弹簧(9)用于驱动滑板(4)相对于背板(5)向上滑动。
9.根据权利要求1所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：所述背板(5)还连接背垫(3)及背带(2)，所述滑板(4)还连接包体(1)。
10.根据权利要求4所述的一种行进速度自适应发电背包，其特征在于：还包括智能管理系统(25)，所述智能管理系统(25)包含有用于监测人体行走速度的速度传感器、用于监测背包质量的质量传感器、整流稳压电路、微控制器以及可充电电源；
智能管理系统(25)用于根据质量传感器、速度传感器的信号对电动机(12)进行控制。
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