CN113202705B - 一种发电背包及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电背包及其发电方法。本发明的发电装置盒与背包背板构成滑动副并通过弹簧连接；三根传动轴均支承在发电装置盒上；第一单向离合器和第二单向离合器的内圈以及第一齿轮均与第一传动轴固定；第一单向离合器和第二单向离合器反向布置；第一齿轮与固定在背包背板背面的齿条啮合；第二齿轮与第一单向离合器的外圈固定，第三齿轮与第二单向离合器的外圈固定，惰轮与第二传动轴固定；输出齿轮与第三传动轴固定，且同时与第二齿轮和惰轮啮合；第三齿轮与惰轮啮合；第三传动轴与发电机的转子固定。本发明将背包主体上下运动转化为输出齿轮的单向转动，并通过发电机将动能转化为电能，无需额外储能机构，避免能量损失，提升了发电效率。

Description

一种发电背包及其发电方法

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，尤其涉及一种发电背包及其发电方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，野外旅行越来越流行起来。在徒步、登山、攀岩或者骑行过程中，一些电子设备的充电问题是令人关心的事。但是由于路途或者重量所限，蓄电池或者大型发电装置不便于携带，因此通过人体运动进行发电的随身发电装置逐渐受到人们的重视。现有的随身发电装置虽然已经有所发展，如授权公告号为(CN109488542B)的发电背包，其将背包向下运动过程的能量直接转化为电能，向上运动过程只能通过释放发条的能量来间接带动发电机旋转，产生电能，这造成了能量的损失，而且结构复杂，不便于维护，重量较大，容易造成负担。因此，迫切需要一种轻便、高效的发电背包装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有发电背包发电效率低、重量大、结构复杂的问题，提供一种发电背包及其发电方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种发电背包，包括背包主体、背包背板、回弹机构、发电装置盒、传动组件和发电机。所述的回弹机构包括螺旋弹簧和导杆；两根导杆竖直且间距设置，导杆两端均通过基座固定在背包背板的背面；背包背板固定在背包主体背面；上伸出板和下伸出板与两根导杆均构成滑动副；导杆位于上伸出板顶部和下伸出板底部位置均套置有一根螺旋弹簧；位于顶部的螺旋弹簧两端分别由顶部的基座和上伸出板限位，位于底部的螺旋弹簧两端分别由底部的基座和下伸出板限位。所述发电装置盒的顶部与上伸出板固定，底部与下伸出板固定。

所述的传动组件包括第一传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第一单向离合器、第三齿轮、第二单向离合器、惰轮、第二传动轴、第三传动轴和输出齿轮；第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴均通过轴承支承在发电装置盒上；第一单向离合器的内圈、第二单向离合器的内圈和第一齿轮间距固定在第一传动轴上，且第一单向离合器和第二单向离合器反向布置；第二齿轮固定在第一单向离合器的外圈上，第三齿轮固定在第二单向离合器的外圈上，惰轮固定在第二传动轴上，输出齿轮固定在第三传动轴上；所述的第一齿轮与齿条啮合；所述的齿条固定在背包背板的背面中间位置；所述的输出齿轮同时与第二齿轮和惰轮啮合；所述的第三齿轮与惰轮啮合；所述的第三传动轴与发电机的转子固定。

优选地，所述背包背板的背面固定有背带，顶面固定有提手。

优选地，所述齿条的两端与背包背板均通过齿条挡块固定。

优选地，所述的齿条穿过上伸出板、发电装置盒和下伸出板。

优选地，所述发电机的电流输出端连接电池单元。

更优选地，所述的电池单元设有稳压模块。

更优选地，所述的发电装置盒包括左挡板、后挡板、右挡板、电池单元固定座和USB接口；后挡板两端分别与左挡板和右挡板固定；左挡板、后挡板和右挡板的顶部均与上伸出板固定，底部均与下伸出板固定；传动组件中第一传动轴和第二传动轴的一端均通过轴承支承在左挡板上，另一端均通过轴承支承在右挡板上；传动组件中第三传动轴的一端通过轴承支承在右挡板上；发电机的定子固定在电池单元上，电池单元通过电池单元固定座固定在左挡板上；所述的左挡板上设有若干USB接口，USB接口通过导线与电池单元连接。

更优选地，所述的后挡板上固定有上下排布的两根固定圆柱；固定圆柱上铰接有后滚轮，齿条的背面与后滚轮构成滚动摩擦副；后挡板在齿条两侧均铰接有侧滚轮，齿条的侧面与侧滚轮构成滚动摩擦副。

更优选地，所述发电装置盒的左挡板上还设有发电机开关按钮，发电机开关按钮连接发电机和电池单元。

该发电背包的发电方法，具体如下：

人体背上背包主体和背包背板，行走或做其它运动时，随着重心的上下起伏，背包主体、背包背板和发电装置盒在竖直方向上均发生运动，但由于螺旋弹簧的缓冲作用，背包背板和发电装置盒发生相对运动。

背包主体和背包背板相对发电装置盒向下运动时，齿条带动第一齿轮、第一传动轴、第一单向离合器的内圈和第二单向离合器的内圈正向转动；由于第一单向离合器的内圈正向转动时与外圈接合，第二单向离合器的内圈正向转动时与外圈脱离，第一传动轴经第一单向离合器带动第二齿轮正向转动，进而驱动输出齿轮反向转动；输出齿轮一方面通过第三传动轴带动发电机发电，另一方面带动惰轮正向转动；惰轮再带动第三齿轮和第二单向离合器的外圈反向转动；最后，发电机将电能传送到电池单元中。

背包主体和背包背板相对发电装置盒向上运动时，齿条带动第一齿轮、第一传动轴、第一单向离合器的内圈和第二单向离合器的内圈反向转动；由于第一单向离合器的内圈反向转动时与外圈脱离，第二单向离合器的内圈反向转动时与外圈接合，第一传动轴经第二单向离合器带动第三齿轮反向转动，进而经惰轮带动输出齿轮反向转动；输出齿轮一方面通过第三传动轴带动发电机发电，另一方面带动第二齿轮和第一单向离合器的外圈正向转动；最后，发电机将电能传送到电池单元中。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

1、本发明通过第二齿轮、第三齿轮、惰轮、输出齿轮的合理布置以及第一单向离合器和第一单向离合器的使用，将背包主体上下运动直接转化为输出齿轮的单向转动，进而通过发电机将动能转化为电能，无需发条等储能机构，避免了能量的损失，极大地提升了发电效率。

2、发电装置盒上有后滚轮和侧滚轮，对齿条起到导向作用，发电装置在上下运动过程中，可以很好地保证运动的稳定和平顺，减少顿挫感，并进一步提升发电效率。

附图说明

图1为本发明发电背包的侧部结构示意图。

图2为本发明的回弹机构和齿条与背包背板的装配示意图。

图3为本发明发电背包的背部结构示意图。

图4为本发明中发电装置盒、传动组件、发电机和电池单元的装配示意图。

图5为本发明中齿条、传动组件和发电机的装配示意图。

图6为本发明中传动组件和发电机的装配示意图。

图7为本发明中发电装置盒的侧视图。

图中：1、背包背板；11、基座；12、齿条；13、齿条挡块；14、背带；15、提手；2、回弹机构；21、螺旋弹簧；22、导杆；3、传动组件；31、第一传动轴；32、第一齿轮；33、第二齿轮；34、第一单向离合器；35、第三齿轮；36、第二单向离合器；37、惰轮；38、第二传动轴；39、第三传动轴；310、输出齿轮；4、发电机；5、发电装置盒；51、左挡板；52、后挡板；53、右挡板；54、轴承；55、侧滚轮；56、固定圆柱；57、后滚轮；58、电池单元固定座；59、USB接口；510、发电机开关按钮；6、电池单元；7、背包主体；71、上伸出板；72、下伸出板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行清楚、完整地描述。

如图1、3和4所示，一种发电背包，包括背包主体7、背包背板1、回弹机构2、发电装置盒5、传动组件3和发电机4。如图1、2和3所示，回弹机构2包括螺旋弹簧21和导杆22；两根导杆22竖直且间距设置，导杆22两端均通过基座11固定在背包背板1的背面；背包背板1固定在背包主体7背面；上伸出板71和下伸出板72与两根导杆22均构成滑动副；导杆22位于上伸出板71顶部和下伸出板72底部位置均套置有一根螺旋弹簧21；位于顶部的螺旋弹簧21两端分别由顶部的基座11和上伸出板71限位，位于底部的螺旋弹簧21两端分别由底部的基座11和下伸出板72限位。发电装置盒5顶部与上伸出板71固定，底部与下伸出板72固定。

如图4、5和6所示，传动组件3包括第一传动轴31、第一齿轮32、第二齿轮33、第一单向离合器34、第三齿轮35、第二单向离合器36、惰轮37、第二传动轴38、第三传动轴39和输出齿轮310；第一传动轴31、第二传动轴38和第三传动轴39均通过轴承支承在发电装置盒5上；第一单向离合器34的内圈、第二单向离合器36的内圈和第一齿轮32间距固定在第一传动轴31上，且第一单向离合器34和第二单向离合器36反向布置；第二齿轮33固定在第一单向离合器34的外圈上，第三齿轮35固定在第二单向离合器36的外圈上，惰轮37固定在第二传动轴38上，输出齿轮310固定在第三传动轴39上；第一齿轮32与齿条12啮合；齿条12固定在背包背板1的背面中间位置；输出齿轮310同时与第二齿轮33和惰轮37啮合；第三齿轮35与惰轮37啮合；第三传动轴39与发电机4的转子固定。

作为一个优选实施例，背包背板1的背面固定有背带14，顶面固定有提手15。

作为一个优选实施例，齿条12的两端与背包背板1均通过齿条挡块13固定。

作为一个优选实施例，齿条12穿过上伸出板71、发电装置盒5和下伸出板72。

作为一个优选实施例，发电机4的电流输出端连接电池单元6。

作为一个更优选实施例，电池单元6设有稳压模块。

作为一个更优选实施例，如图3、4和7所示，发电装置盒5包括左挡板51、后挡板52、右挡板53、电池单元固定座58和USB接口59；后挡板52两端分别与左挡板和右挡板53固定；左挡板51、后挡板52和右挡板53的顶部均与上伸出板71固定，底部均与下伸出板72固定；传动组件3中第一传动轴31和第二传动轴38的一端均通过轴承54支承在左挡板51上，另一端均通过轴承支承在右挡板53上；传动组件3中第三传动轴39的一端通过轴承54支承在右挡板53上；发电机4的定子固定在电池单元6上，电池单元6通过电池单元固定座58固定在左挡板上；左挡板上设有若干USB接口59，USB接口59通过导线与电池单元6连接，可供电子设备充电。

作为一个更优选实施例，如图4所示，后挡板52上固定有上下排布的两根固定圆柱56；固定圆柱56上铰接有后滚轮57，齿条12的背面与后滚轮57构成滚动摩擦副；后挡板52在齿条12两侧均铰接有侧滚轮55，齿条12的侧面与侧滚轮55构成滚动摩擦副；后滚轮和侧滚轮对齿条起到导向作用，实现齿条相对发电装置盒的上下平稳运动。

作为一个更优选实施例，如图7所示，为了防止电池单元过量充电，发电装置盒的左挡板上还设有发电机开关按钮510，发电机开关按钮510连接发电机4和电池单元6；当电池单元充满电时，按下发电机开关按钮510，切断发电机4与电池单元6的连接，此时发电机4不再给电池单元6输送电能。

该发电背包的发电方法，具体如下：

人体背上背包主体7和背包背板1，行走或做其它运动时，随着重心的上下起伏，背包主体7、背包背板1和发电装置盒5在竖直方向上均发生运动，但由于螺旋弹簧21的缓冲作用，背包背板1和发电装置盒5发生相对运动。

背包主体7和背包背板1相对发电装置盒5向下运动时，齿条12带动第一齿轮32、第一传动轴31、第一单向离合器34的内圈和第二单向离合器36的内圈正向转动；由于第一单向离合器34的内圈正向转动时与外圈接合，第二单向离合器36的内圈正向转动时与外圈脱离，第一传动轴31经第一单向离合器34带动第二齿轮33正向转动，进而驱动输出齿轮310反向转动；输出齿轮310一方面通过第三传动轴带动发电机4发电，另一方面带动惰轮37正向转动；惰轮37再带动第三齿轮35和第二单向离合器36的外圈反向转动；最后，发电机4将电能传送到电池单元6中。

背包主体7和背包背板1相对发电装置盒5向上运动时，齿条12带动第一齿轮32、第一传动轴31、第一单向离合器34的内圈和第二单向离合器36的内圈反向转动；由于第一单向离合器34的内圈反向转动时与外圈脱离，第二单向离合器36的内圈反向转动时与外圈接合，第一传动轴31经第二单向离合器36带动第三齿轮35反向转动，进而经惰轮37带动输出齿轮310反向转动；输出齿轮310一方面通过第三传动轴带动发电机4发电，另一方面带动第二齿轮33和第一单向离合器34的外圈正向转动；最后，发电机4将电能传送到电池单元6中。

本发明主要利用回弹机构实现齿条相对发电装置盒5的上下竖向运动，并将背包主体、背包背板1和发电装置盒的竖向运动转化为传动组件的动能；而且，本发明通过反向安装的第一单向离合器和第二单向离合器，使第一齿轮两个不同方向的旋转动力转化为输出齿轮的单方向旋转，使得背包主体在上下运动过程中均可以直接带动发电机发电，使电能源源不断的输送到电池单元。另外，本发明无需发条等储能机构将某一过程的动能储存再释放，避免了能量的损耗，简化了结构，提高了设备的可维护性。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发电背包，包括背包主体、背包背板、发电装置盒和发电机，其特征在于：还包括回弹机构和传动组件；所述的回弹机构包括螺旋弹簧和导杆；两根导杆竖直且间距设置，导杆两端均通过基座固定在背包背板的背面；背包背板固定在背包主体背面；上伸出板和下伸出板与两根导杆均构成滑动副；导杆位于上伸出板顶部和下伸出板底部位置均套置有一根螺旋弹簧；位于顶部的螺旋弹簧两端分别由顶部的基座和上伸出板限位，位于底部的螺旋弹簧两端分别由底部的基座和下伸出板限位；所述发电装置盒的顶部与上伸出板固定，底部与下伸出板固定；

所述的传动组件包括第一传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第一单向离合器、第三齿轮、第二单向离合器、惰轮、第二传动轴、第三传动轴和输出齿轮；第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴均通过轴承支承在发电装置盒上；第一单向离合器的内圈、第二单向离合器的内圈和第一齿轮间距固定在第一传动轴上，且第一单向离合器和第二单向离合器反向布置；第二齿轮固定在第一单向离合器的外圈上，第三齿轮固定在第二单向离合器的外圈上，惰轮固定在第二传动轴上，输出齿轮固定在第三传动轴上；所述的第一齿轮与齿条啮合；所述的齿条固定在背包背板的背面中间位置；所述的输出齿轮同时与第二齿轮和惰轮啮合；所述的第三齿轮与惰轮啮合；所述的第三传动轴与发电机的转子固定；

所述的发电装置盒包括左挡板、后挡板、右挡板、电池单元固定座和USB接口；后挡板两端分别与左挡板和右挡板固定；左挡板、后挡板和右挡板的顶部均与上伸出板固定，底部均与下伸出板固定；传动组件中第一传动轴和第二传动轴的一端均通过轴承支承在左挡板上，另一端均通过轴承支承在右挡板上；传动组件中第三传动轴的一端通过轴承支承在右挡板上；发电机的定子固定在电池单元上，电池单元通过电池单元固定座固定在左挡板上；所述的左挡板上设有若干USB接口，USB接口通过导线与电池单元连接；

所述的后挡板上固定有上下排布的两根固定圆柱；固定圆柱上铰接有后滚轮，齿条的背面与后滚轮构成滚动摩擦副；后挡板在齿条两侧均铰接有侧滚轮，齿条的侧面与侧滚轮构成滚动摩擦副。

2.根据权利要求1所述的一种发电背包，其特征在于：所述背包背板的背面固定有背带，顶面固定有提手。

3.根据权利要求1所述的一种发电背包，其特征在于：所述齿条的两端与背包背板均通过齿条挡块固定。

4.根据权利要求1所述的一种发电背包，其特征在于：所述的齿条穿过上伸出板、发电装置盒和下伸出板。

5.根据权利要求1所述的一种发电背包，其特征在于：所述发电机的电流输出端连接电池单元。

6.根据权利要求5所述的一种发电背包，其特征在于：所述的电池单元设有稳压模块。

7.根据权利要求1所述的一种发电背包，其特征在于：所述发电装置盒的左挡板上还设有发电机开关按钮，发电机开关按钮连接发电机和电池单元。

8.根据权利要求5所述的一种发电背包的发电方法，其特征在于：该方法具体如下：

人体背上背包主体和背包背板，行走或做其它运动时，随着重心的上下起伏，背包主体、背包背板和发电装置盒在竖直方向上均发生运动，但由于螺旋弹簧的缓冲作用，背包背板和发电装置盒发生相对运动；

背包主体和背包背板相对发电装置盒向下运动时，齿条带动第一齿轮、第一传动轴、第一单向离合器的内圈和第二单向离合器的内圈正向转动；由于第一单向离合器的内圈正向转动时与外圈接合，第二单向离合器的内圈正向转动时与外圈脱离，第一传动轴经第一单向离合器带动第二齿轮正向转动，进而驱动输出齿轮反向转动；输出齿轮一方面通过第三传动轴带动发电机发电，另一方面带动惰轮正向转动；惰轮再带动第三齿轮和第二单向离合器的外圈反向转动；最后，发电机将电能传送到电池单元中；

背包主体和背包背板相对发电装置盒向上运动时，齿条带动第一齿轮、第一传动轴、第一单向离合器的内圈和第二单向离合器的内圈反向转动；由于第一单向离合器的内圈反向转动时与外圈脱离，第二单向离合器的内圈反向转动时与外圈接合，第一传动轴经第二单向离合器带动第三齿轮反向转动，进而经惰轮带动输出齿轮反向转动；输出齿轮一方面通过第三传动轴带动发电机发电，另一方面带动第二齿轮和第一单向离合器的外圈正向转动；最后，发电机将电能传送到电池单元中。

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