CN210055035U - 一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，属于箱包应用技术领域。包括背包本体、背带、背包上板和背包底板；在背包上板和底板之间设有减重缓冲单元、层式联动摩擦起电单元以及一对单向移动直线滑轨单元；通过单向移动直线滑轨单元使得背包上板和底板之间产生沿直线滑轨方向的相对滑动；减重缓冲单元通过背包上板将作用力传递给层式联动摩擦起电单元，驱动其内的各摩擦起电组件之间彼此联动，将生物机械能转化为电能存储，且利用减重缓冲单元可实现人们运动时显著降低背负重物的绝对振幅，以达到减负减震节省体力效果。背包结构紧凑、功能多样、调节便易、安全可靠，能有效减负缓震同时进行能量收集。

Description

一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包

技术领域

本实用新型涉及箱包应用技术领域，具体为一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包。

背景技术

背包，作为一种便携式储物装置，方便人们携带物品的同时，解放了人手的束缚，还以自由，因此背包以其便利性、实用性特点在我们的生产生活中得到广泛的使用。背包也因其使用对象、适用环境等因素而被开发出不同类别、不同规格以及不同功能的多种样式。然而，虽然背包的种类、规格等样式很多，但确定款式的背包必然会有最大的极限容量负载，同时普通通用背包都有一个共性的问题就是背包所背负的负载重物会随着人走路、奔跑等有重心起伏的运动而一起上下浮动，这样重物的上下浮动就会消耗人体的能量，这一部分作用力作功为无用功。同时，当背负的负载大到一定程度时，负载就会严重影响人体的正常走路或奔跑行为，这对于长途旅行、抢险救灾、负重军事训练与作战等都会有严重的影响。所以，探索一种能够在人体重心上下浮动如走路、奔跑等的运动时，断开背包与人体运动的一致性，对负载重物与人体运动解耦的特殊背包装置，就能够实现减少或消除人体对背负重物所作的无用功，达到省力、减震、提高人体效能的目的。

另一方面，人体运动本身就是在消耗能量，大部分能量是以脂肪燃烧产生热能的形式耗散掉，那么将这些能量或部分能量通过能量转化装置转化为可用的能量如电能等，积少成多就有着重要意义，比如利用上述解耦装置将部分负载无用功转化为可用能源如电能，就能够实现在减负的同时还能进行能量收集。另外，基于摩擦起电和静电感应效应式的机械能向电能转换技术研究正在兴起，摩擦起电和静电感应式发电机及其衍生形式，能够将生物机械能如走路、奔跑等的部分能量转化为电能，存储以进行能量收集，这种无源式能量收集与存储技术对于未来便携式可穿戴设备开发、长时间负重旅行、军事野外生存训练与作战等都有广阔的技术需求与应用前景。

基于上述应用需求，已有的一种基于弹簧结构的悬浮式能量收集背包，如国际公开专利WO2004082427(A2)，包括背包框架、竖直杆、弹簧、齿轮、齿条、小型电机、滑块、锁紧装置、衬套等。该装置能够使得在走路或奔跑时，背包负载在弹簧弹力作用下相对于背包框架作相对运动，减小其相对地面的绝对运动，同时由齿轮齿条机构将部分背包负载相对于背包框架的相对运动传递给发电电机，促使其正反向旋转，进行机械能向电能转换式的能量收集。

该背包的不足之处在于：背包框架采用杆框架，框体结构，体积较大，背负不方便；同时弹簧式减负机构，并不能随着背包负载的变化而进行调整，背包会因为负载不同而呈现松垮状态，齿条要足够长且背负不舒适；另外，铁质齿轮齿条与电机必然会显著增加背包框架重量，且动力传递需要运动方向调整机构使得结构复杂，工作可靠性低等。

已有的一种基于调整背包状态的减负背包，如中国发明专利CN109567370A，包括书包本体、背带、提带、滑带结构、抻带结构、转动结构、升降结构、伸缩结构等。该书包通过书包内的储物结构在书本等重物作用下带动升降结构致使底部波浪式折叠杆伸缩机构展开，使得储物空间变大；由抻带结构拉紧带动伸缩结构收缩，减小储物空间宽度，使得书包本体和背带紧贴肩部和背部，减少坠重感，实现书包背负舒适与省力。

该背包的不足之处在于：该书包采用调节书包内储物空间的大小，由抻带结构和伸缩结构实现背包物品紧贴肩部和背部，结构复杂，操作繁多，背包完全由伸缩结构实现扩容与收紧，调节范围有限，且在背负过程中负载上下浮动时，使得伸缩结构循环受力，整体结构繁多，安全性与稳定性不足，背带中的抻带结构等制造与维护困难，耐用性有待考证。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包。该背包采用分离式装配形式，背包本体和背负结构能够分离携带，主要功能由功能实现模块完成，可以实现背负重物的减重缓震，使得背负更轻，提高人体效能；同时能够将行走、奔跑等人体重心上下起伏的运动中将部分生物机械能转换为电能进行能量收集与存储等，该背包结构紧凑、功能多样、调节便易、安全可靠，能有效减负缓震同时进行能量收集。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提出的一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，主要包括背包本体、背带、与所述背包本体可拆卸连接的背包上板和与所述背带固定连接的背包底板，其特征在于：在所述背包上板和背包底板之间设有关于所述背包底板左右对称设置的减重缓冲单元、层式联动摩擦起电单元以及一对单向移动直线滑轨单元；

所述减重缓冲单元，包括一对滑轮组、与各所述滑轮组配套设置的一根弹性绳和一个固定于所述背包底板顶部的棘轮张弛锁紧机构；各所述滑轮组包括固定于所述背包底板且上下错位设置的两个滑轮；所述弹性绳一端缠绕于所述棘轮张弛锁紧机构、另一端依次相切绕过各滑轮后固定于所述背包上板；

一对所述单向移动直线滑轨单元位于所述背包底板的左右两侧，各单向移动直线滑轨单元均分别包括与所述背包上板固连的滑块和与所述背包底板固连的直线滑轨，通过所述单向移动直线滑轨单元使得所述背包上板和背包底板之间产生沿所述直线滑轨方向的相对滑动，同时与所述减重缓冲单元相配合实现背包上板与背包底板之间运动的解耦；

所述层式联动摩擦起电单元，包括沿所述背包上板至背包底板方向依次层叠的一个第一摩擦起电组件和一至三个第二摩擦起电组件，且所述第一摩擦起电组件和位于最外侧的所述第二摩擦起电组件分别与所述背包上板、背板底板相贴合；所述减重缓冲单元通过背包上板将作用力传递给层式联动摩擦起电单元，驱动该层式联动摩擦起电单元内的各摩擦起电组件之间彼此联动。

进一步地，所述减重缓冲滑轮组单元，各滑轮组中的上滑轮分别通过相应的一个顶滑轮基座与固定于所述背包底板上部的支撑板固连，各下滑轮分别通过相应的一个底滑轮基座与固定于所述背包底板下部的底滑轮基台固连；各所述滑轮组与弹性绳均处于同一平面内，保证各弹性绳不受端面拉力。

进一步地，各所述棘轮张弛锁紧机构，由与所述背包底板固接的棘轮基座、通过长螺栓连接于该棘轮基座的棘轮盘以及套设于所述长螺栓上的棘轮弹簧组成；所述棘轮基座和棘轮盘具有相啮合的齿部，通过所述长螺栓的松紧调整所述棘轮盘和棘轮基座之间的接触转态为彼此啮合或可相对旋转；所述弹性绳的一端缠绕于所述棘轮盘的中心轴上，通过转动所述棘轮盘改变弹性绳的工作长度，进而改变所述背包上板与背包底板之间的相对位置。

进一步地，所述层式联动摩擦起电单元，

所述第一摩擦起电组件包括依次层叠的顶动子、第一薄膜和第一电极片，第一薄膜粘附且完全覆盖于第一电极片上；第一电极片由涂覆于绝缘材料支撑板上的栅格式不相连的两组电极组成，且两组电极与第一薄膜相贴合；在所述顶动子与第一薄膜相对的一侧间隔设有多个凸起结构，各凸起结构上粘附有与第一薄膜得失电子能力不同的第二薄膜；

所述第二摩擦起电组件包括对称贴设于底动子两侧的与第一电极片结构相同的第二电极片，在各第二电极片与底动子相对的一侧均分别粘附有第三薄膜，且第三薄膜完全覆盖第二电极片；在所述底动子的两侧对称间隔设有多个凸起结构，各凸起结构上粘附有与第三薄膜得失电子能力不同的第四薄膜；

在相邻的两摩擦起电组件之间，其内的动子通过动子连接块固连；位于最外侧的电极片固定于一电极片基座两侧，该电极片基座的角部通过套设有缓冲弹簧的螺柱固定于所述背包底板上；所有所述第一电极片与第二电极片同侧相对的电极并联或串联汇总电流，同侧电极汇总的电流再分别作为电源输出端的正负端，对外接输出电路供能。

本实用新型所具有的功能和优势体现在：

该背包的背包本体与背包上板采用绳带系紧的可分离式方式连接，不仅限应用于背包领域，其他采用背负形式的应用可以采用该结构形式；背包结构能够实现在减重缓冲单元作用下减负缓震，具体为利用弹性绳和滑轮组组合使得背负重物在行走或奔跑等人体重心上下起伏运动中能够与人体运动解耦，在单向移动直线滑轨单元作用下增加其相对于背包本体的相对运动，减小其对地的绝对运动形成“悬浮”姿态，以实现减负缓震，背负省力，缓释肩部压力效果；同时在层式联动摩擦起电单元作用下，基于摩擦起电和静电感应效应，实现将人体生物机械能转化为电能，进行能量收集与存储；背包采用棘轮张弛锁紧机构随着不同负载进行弹性绳长短弹性调整，以实现背包本体位姿松弛回位；背包整体结构紧凑、功能多样、调节便易、安全可靠，能有效减负缓震同时进行能量收集。

附图说明

图1为本实用新型设计的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包整体结构示意图；

图2为图1所示实施例的部分结构爆炸结构示意图；

图3为本实施例中减重缓冲单元正视面结构示意图；

图4为本实施例中减重缓冲单元左视面结构示意图；

图5为本实施例中减重缓冲单元的A-A剖面结构示意图；

图6为本实施例中减重缓冲单元的等轴侧结构示意图；

图7为本实施例中棘轮张弛锁紧机构的正视结构放大示意图；

图8为本实施例中棘轮张弛锁紧机构的结构放大立体示意图；

图9为本实施例中单向移动直线滑轨单元的左视面爆炸结构示意图；

图10为本实施例中单向移动直线滑轨单元的正视面结构示意图；

图11为本实施例中单向移动直线滑轨单元的等轴侧爆炸结构示意图；

图12为本实施例中层式联动摩擦起电单元的正视面结构示意图；

图13为本实施例中层式联动摩擦起电单元的B-B剖面结构示意图；

图14为本实施例中层式联动摩擦起电单元的等轴侧爆炸结构示意图；

图15为本实施例中层式联动摩擦起电单元的等轴侧结构示意图；

图16为本实施例中栅格式不相连第一电极片的整体结构示意图；

图17为本实施例中栅格式不相连第一电极片的剖面结构示意图；

在图1至图17中：

1.棘轮盘 2.弹性绳 3.绳固定端 4.滑轨固定板 5.动子连接片 6.滑轨基台 7.底滑轮基座 81. 第一薄膜 82第三薄膜 9.底滑轮基台 10.海绵垫 11.连接架 12.顶动子13.滑轨挡块 14.电极片基座 15.棘轮弹簧 16.支撑板 17.滑轮组 18.顶滑轮基座 19.棘轮基座 20.弹性垫片21.橡胶垫 22.滑块 23.底动子 24.背包底板 25.背包肩带 26.缓冲弹簧 27.直线滑轨 281. 第一电极片 282.第二电极片 29.动子连接块 301.第二薄膜302.第四薄膜 31.电极A 32.电极B 33.背包上板 34.背包本体 35.功能实现模块 36.减重缓冲单元 37.单向移动直线滑轨单元 38.层式联动摩擦起电单元 39.棘轮张弛锁紧机构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-17，本实用新型提供一种技术方案：

本实用新型提出的一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包实施例，主要包括背包本体34、背带25、与背包本体34可拆卸连接的背包上板33(本实施例中将背包本体34通过绳带系紧在背包上板33，也可根据使用者需求更换不同容量或样式的背包本体34)、与背带25固定连接的背包底板24、以及安装于背包上板33和背包底板24之间的功能实现模块35，所述背包本体34用以盛装物品，所述背带25优选为双肩带形式。通常情况下，背包本体34、背带25和功能实现模块35组成一体联合使用。

所述功能实现模块35包括关于背包底板24左右对称设置的减重缓冲单元36、层式联动摩擦起电单元38以及一对单向移动直线滑轨单元37；减重缓冲单元36包括一对滑轮组17、与各滑轮组配套设置的一根弹性绳2和一个固定于背包底板24顶部的棘轮张弛锁紧机构39，各滑轮组17包括固定于背包底板且上下错位设置的两个滑轮，弹性绳2一端缠绕于棘轮张弛锁紧机构39、另一端依次相切绕过各滑轮后通过绳固定端3固定于背包上板 33；一对单向移动直线滑轨单元37位于背包底板24的左右两侧，各单向移动直线滑轨单元37均分别包括与背包上板33固定连接的滑块22和与背包底板24固定连接的直线滑轨 27，通过单向移动直线滑轨单元37使得背包上板33和背包底板24之间产生沿直线滑轨方向的相对滑动，同时与所述减重缓冲单元36相配合实现背包上板33与背包底板24之间运动的解耦；层式联动摩擦起电单元38包括沿背包上板33至背包底板24方向依次层叠的一个第一摩擦起电组件和多个第二摩擦起电组件，且第一摩擦起电组件和位于最外侧的第二摩擦起电组件分别与背包上板33、背板底板24相贴合，减重缓冲单元36通过背包上板33将作用力传递给层式联动摩擦起电单元38，驱动该层式联动摩擦起电单元38内的各摩擦起电组件之间彼此联动。

本实用新型实施例各组成部件的具体实现方式及功能详细说明如下：

减重缓冲单元36，包括一对滑轮组17、与各滑轮组配套设置的一根弹性绳2和一个固定于背包底板24顶部的棘轮张弛锁紧机构39，各滑轮组17包括固定于背包底板且上下错位设置的两个滑轮，各上滑轮分别通过相应的一个顶滑轮基座18与固定于背包底板24 上部的支撑板16固连(本实施例中，各顶滑轮基座18分别通过螺钉固接于支撑板16上)，各下滑轮分别通过相应的一个底滑轮基座7与固定于背包底板24下部的底滑轮基台9固连(本实施例中，各底滑轮基座7分别通过螺钉固接于底滑轮基台9上)。各弹性绳2依次相切穿过相应滑轮组17中的各滑轮槽，且滑轮组17与弹性绳2处于同一平面内，保证弹性绳2不受端面拉力；弹性绳2的材料可为弹性橡胶或尼龙。各棘轮张弛锁紧机构39，由螺钉固接于支撑板16端部的棘轮基座19、通过长螺栓连接于该棘轮基座19的棘轮盘1 以及套设于长螺栓上的棘轮弹簧15组成；棘轮基座19和棘轮盘1上具有相啮合的齿部，通过长螺栓的松紧调整棘轮盘1和棘轮基座19之间的接触转态为彼此啮合或可相对旋转，弹性绳2的一端缠绕于棘轮盘1的中心轴上，通过转动棘轮盘1改变弹性绳2的工作长度，进而改变背包上板33与背包底板24之间的相对位置。

一对单向移动直线滑轨单元37，对称固定于背包底板24的左右两侧，各单向移动直线滑轨单元37均分别包括在直线滑轨27上单向移动的滑块22，直线滑轨27通过滑轨固定板4及螺钉固定于一拱形滑轨基台6上，在滑轨固定板4与滑轨基台6的接触处设有橡胶垫21，滑轨基台6的两端通过螺钉固定于背包底板24上，直线滑轨27的两端设有固定于滑轨基台6上的滑轨挡块13，且在滑轨挡块13与直线滑轨27的端部之间设有弹性垫片 20；滑块22通过连接架11与背包上板33固定连接。

层式联动摩擦起电单元38，包括沿背包上板33至背包底板24方向依次层叠的一个第一摩擦起电组件和一至三个第二摩擦起电组件(可根据发电量需求确定第二摩擦起电组件的个数，理论上，第二摩擦起电组件越多，获得的电能则越多，但相应的会增加本背包的整体重量；本实施例设有1个第二摩擦起电组件)，且第一摩擦起电组件和位于最外侧的第二摩擦起电组件分别与背包上板33、背板底板24相贴合，各摩擦起电组件之间彼此联动。第一摩擦起电组件包括依次层叠的顶动子12、第一薄膜81和第一电极片281，第一薄膜81粘附且完全覆盖于第一电极片281上；第一电极片281由涂覆于绝缘材料支撑板 (如亚克力板或PCB板)上的栅格式不相连的两组电极(电极31、电极32)组成(两组电极材料相同，优选铜电极)，且两组电极与第一薄膜81相贴合，两组电极共面交错分布于绝缘材料支撑板的左右两端；在顶动子12与第一薄膜81相对的一侧间隔设有多个凸起结构，各凸起结构上粘附有与第一薄膜81得失电子能力不同的第二薄膜301，第一薄膜 81和第二薄膜301可选取《纳米摩擦发电机》(王中林等著，科学出版社，2017年3月出版)第9页、表1.1中所列举的材料，优选摩擦电序列差异较大的两种材料分别作为第一薄膜和第二薄膜，如可选用乙基纤维素-聚二甲基硅氧烷，尼龙-聚四氟乙烯，乙基纤维素-聚酰亚胺等等，本实施例中第一薄膜81采用尼龙薄膜，第二薄膜301采用聚氯乙烯薄膜，两者的位置可调换；进一步地，顶动子12与背包上板33之间设有起缓冲及保证顶动子12与背包上板33紧密接触作用的海绵垫10，且顶动子23和海绵垫10通过螺栓与背包上板33固连。第二摩擦起电组件包括对称贴设于底动子23两侧的第二电极片282(第二电极片的结构与第一电极片相同，此处不再赘述)，在各第二电极片282与底动子23相对的一侧均分别粘附有第三薄膜82，且第三薄膜82完全覆盖第二电极片282；在底动子 23的两侧对称间隔设有多个凸起结构，各凸起结构上粘附有与第三薄膜82得失电子能力不同的第四薄膜302，本实施例中第三薄膜82与第一薄膜81材料相同，第四薄膜302与第二薄膜301材料相同。在相邻的摩擦起电组件之间，其内的动子(本实施例中为底动子 23和顶动子12)通过动子连接块29以及动子连接片5固连；位于最外侧的电极片(281、 282)固定于一电极片基座14两侧，该电极片基座14的角部通过套设有缓冲弹簧26的螺柱固定于背包底板24上；所有第一电极片281与第二电极片282同侧相对的电极并联或串联汇总电流，同侧电极汇总的电流再分别作为电源输出端的正负端，对外接输出电路供能。

本实施例的工作原理，叙述如下：

当背包被使用时，将双肩伸入两侧肩带25，背包本体34内装入重物，根据背包本体34装入重物后的松弛状态，调整棘轮张弛锁紧机构39。具体为，假如背包重物过重致使背包本体34过于下垂，说明弹性绳2弹力不够，需要对其张紧以提高弹力，此时需要先松开棘轮张弛锁紧机构39内的长螺栓的螺母，释放棘轮弹簧15的压缩弹力，致使棘轮盘 1与棘轮基座19由开始的彼此啮合状态变为松开可相对旋转状态，转动棘轮盘1对弹性绳 2进行收回，减小弹性绳2工作长度，以提高其张紧力进而提高弹力，使得背包本体34回到初始中间平衡状态，此时，单向移动直线滑轨单元37内的滑块22基本位于直线滑轨27 的中点。

随后，当人背着背包进行行走或奔跑等人体重心上下起伏的运动时，背包本体34在滑轮组17、弹性绳2和单向移动直线滑轨单元37协同作用下，可以与人体运动解耦，即能够实现背包本体34相对于背包底板24作相对运动，其相对地面的绝对运动很小或没有。具体为，当人在向前迈步时，由双直立支撑状态变为双交叉支撑状态，人体重心会随着迈步的同时瞬间下降，人体重心先于背包相对地面降低。又由于背包本体34通过背包上板 33与弹性绳2相连，弹性绳2依次相切穿过滑轮组17的滑轮槽，滑轮组17中的上下滑轮分别通过螺栓固连于支撑板16上的顶滑轮基座18和底滑轮基台9上的底滑轮基座7，且顶滑轮基座18和底滑轮基座7全都螺栓固连于背包底板24，于是绳带系紧于背包上板33 的背包本体34间接通过弹性绳2与背包底板24相连。同时，背包上板33通过连接架11 与滑块22相连，滑块22与直线滑轨27可相对滑动，直线滑轨27螺栓固连于滑轨固定板 4上，该滑轨固定板4螺栓固连于滑轨基台6，滑轨基台6螺栓固连于背包底板24，于是绳带系紧于背包上板33的背包本体34可以通过单向移动直线滑轨单元37与背包底板24 相对滑动。当人在向前迈步时，人体带动背包底板24瞬间重心下移，弹性绳2随之被拉长，滑块22会同时与直线滑轨27相对滑动，最终用弹性绳2被拉长的距离来实现背包本体34与背包底板24的相对滑动，这样背包本体34相对地面的绝对运动为零或很小，而人体重心上移的过程与上述描述相似，因此，当人体进行走路或奔跑等重心上下浮动的运动时，背包本体34与背包底板24相对滑动，背包本体34相对地面呈现为“悬浮”状态，人体没有或很小对背包负载作无用功，达到背负省力，减负缓震，缓释肩部压力的效果。

人体进行走路或奔跑等重心上下浮动的运动时，背包本体34与背包底板24的相对滑动，也会传递给层式联动摩擦起电单元38以作为机械能能量输入。具体为，背包上板33透过海绵垫10螺栓固连于顶动子12，以将机械能传递给顶动子12，顶动子螺栓固连于动子连接片5，该动子连接片5螺栓固连于动子连接架29，动子连接架29螺栓固连于底动子23，于是顶动子12通过动子连接架29带动底动子23，实现上下动子同步联动。顶动子12单侧凸起结构和底动子双侧凸起结构上粘附有聚氯乙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜易得电子，摩擦时呈现负电状态，螺栓固连于背包底板24和对称上下安装于电极片基座14上的电极片28上粘结一层尼龙薄膜，尼龙薄膜易失电子，摩擦时呈现正电状态。电极片基座 14通过螺柱固连于背包底板24，通过拧紧与松开螺母调节缓冲弹簧26，使得底动子23被压紧或松开。当背包本体34与背包底板24相互滑动时，背包底板24会带动顶动子12与通过动子连接架29相连的底动子23一起同步单向联动，进而实现粘附于顶动子12和底动子23上总共为三层的聚氯乙烯薄膜在粘附于电极片上总共为三层的尼龙薄膜上相对滑动摩擦，得失电子能力不同的聚氯乙烯薄膜和尼龙薄膜相互摩擦产生正负电子，并随着摩擦的持续进行电子持续产生并最终达到饱和，聚氯乙烯薄膜上带负电，尼龙薄膜带正电，于是两种薄膜之间形成电场，随着薄膜间相互滑动，其间的电场也在跟着变化，于是在电极片的栅格式(常见的电极片布设形式包括矩形栅格式和盘状栅格式，本实用新型中采用矩形栅格式，使得矩形栅格式长度方向与背包本体34与背包底板24相对位移方向一致，且能够保证动子凸起结构同时与同一电极相接触摩擦以提高输出特性)不相连铜电极31 和铜电极32的两电极之间静电感应出变化的电动势，当将两个电极通过外接负载的形式相连后，两电极之间就会产生电流，于是可以实现给电容器充电以存储电能进行能量收集与转化。因此，通过层式联动摩擦起电单元38能够将人体行走或奔跑等运动的部分生物机械能转化为电能，实现能量的收集与存储。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“上下”、“左右”“共面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“固连”、“固接”、“粘附”、“胶接”、“粘结”、“涂覆”、“锁紧”等术语应做广义理解，例如，可以是固连连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连等，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，主要包括背包本体、背带、与所述背包本体可拆卸连接的背包上板和与所述背带固定连接的背包底板，其特征在于：在所述背包上板和背包底板之间设有关于所述背包底板左右对称设置的减重缓冲单元、层式联动摩擦起电单元以及一对单向移动直线滑轨单元；

所述减重缓冲单元，包括一对滑轮组、与各所述滑轮组配套设置的一根弹性绳和一个固定于所述背包底板顶部的棘轮张弛锁紧机构；各所述滑轮组包括固定于所述背包底板且上下错位设置的两个滑轮；所述弹性绳一端缠绕于所述棘轮张弛锁紧机构、另一端依次相切绕过各滑轮后固定于所述背包上板；

一对所述单向移动直线滑轨单元位于所述背包底板的左右两侧，各单向移动直线滑轨单元均分别包括与所述背包上板固连的滑块和与所述背包底板固连的直线滑轨，通过所述单向移动直线滑轨单元使得所述背包上板和背包底板之间产生沿所述直线滑轨方向的相对滑动，同时与所述减重缓冲单元相配合实现背包上板与背包底板之间运动的解耦；

所述层式联动摩擦起电单元，包括沿所述背包上板至背包底板方向依次层叠的一个第一摩擦起电组件和一至三个第二摩擦起电组件，且所述第一摩擦起电组件和位于最外侧的所述第二摩擦起电组件分别与所述背包上板、背板底板相贴合；所述减重缓冲单元通过背包上板将作用力传递给层式联动摩擦起电单元，驱动该层式联动摩擦起电单元内的各摩擦起电组件之间彼此联动。

2.根据权利要求1所述的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，其特征在于：所述减重缓冲滑轮组单元，各滑轮组中的上滑轮分别通过相应的一个顶滑轮基座与固定于所述背包底板上部的支撑板固连，各下滑轮分别通过相应的一个底滑轮基座与固定于所述背包底板下部的底滑轮基台固连；各所述滑轮组与弹性绳均处于同一平面内，保证各弹性绳不受端面拉力。

3.根据权利要求1所述的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，其特征在于：各所述棘轮张弛锁紧机构，由与所述背包底板固接的棘轮基座、通过长螺栓连接于该棘轮基座的棘轮盘以及套设于所述长螺栓上的棘轮弹簧组成；所述棘轮基座和棘轮盘具有相啮合的齿部，通过所述长螺栓的松紧调整所述棘轮盘和棘轮基座之间的接触转态为彼此啮合或可相对旋转；所述弹性绳的一端缠绕于所述棘轮盘的中心轴上，通过转动所述棘轮盘改变弹性绳的工作长度，进而改变所述背包上板与背包底板之间的相对位置。

4.根据权利要求1所述的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，其特征在于：所述层式联动摩擦起电单元，

所述第一摩擦起电组件包括依次层叠的顶动子、第一薄膜和第一电极片，第一薄膜粘附且完全覆盖于第一电极片上；第一电极片由涂覆于绝缘材料支撑板上的栅格式不相连的两组电极组成，且两组电极与第一薄膜相贴合；在所述顶动子与第一薄膜相对的一侧间隔设有多个凸起结构，各凸起结构上粘附有与第一薄膜得失电子能力不同的第二薄膜；

所述第二摩擦起电组件包括对称贴设于底动子两侧的与第一电极片结构相同的第二电极片，在各第二电极片与底动子相对的一侧均分别粘附有第三薄膜，且第三薄膜完全覆盖第二电极片；在所述底动子的两侧对称间隔设有多个凸起结构，各凸起结构上粘附有与第三薄膜得失电子能力不同的第四薄膜；

在相邻的两摩擦起电组件之间，其内的动子通过动子连接块固连；位于最外侧的电极片固定于一电极片基座两侧，该电极片基座的角部通过套设有缓冲弹簧的螺柱固定于所述背包底板上；所有所述第一电极片与第二电极片同侧相对的电极并联或串联汇总电流，同侧电极汇总的电流再分别作为电源输出端的正负端，对外接输出电路供能。

5.根据权利要求4所述的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，其特征在于：各电极片上的电极为铜电极。

6.根据权利要求4所述的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，其特征在于：所述顶动子通过海绵垫与所述背包上板固连。

7.根据权利要求1所述的基于摩擦生电的悬浮式能量收集背包，其特征在于：各单向移动直线滑轨单元中，所述直线滑轨通过滑轨固定板和滑轨基台与所述背包底板固连，所述直线滑轨的两端设有固定于所述滑轨基台上的滑轨挡块；所述滑块通过连接架与所述背包上板固连。

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