CN210949002U - 一种发电背包 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发电背包，其包括背包主体、能量转换单元，其用于将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能并输出。本实用新型可以将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能并输出，由此可避免上述太阳能背包带来的种种缺陷，并且其整体结构设计精巧、简单，重量轻，生产制造成本低，使用环境广泛。

Description

一种发电背包

技术领域

本实用新型涉及生活用品领域，具体来说，涉及一种发电背包。

背景技术

发电背包是一种能够输出电能的背包，不需要额外供电，直接将环境中的能量转换成电能输出，以满足便携式电子设备，如手机、照明设备、定位系统等的供电需求。

如申请号201420303409.6、201420318996.6的专利申请均公开了一种太阳能背包，其可以将太阳能转换成电能并输出。但上述发电背包有明显的缺陷：其一，在晚上、阴暗地方无法产生电能；其二，只有背包置于太阳光光照强度较大的环境下才能高效产生电能，但是背包者往往是不喜欢将身体暴于强烈的太阳光下的；其三、上述背包中多涉及太阳能板的使用，因此其导致背包整体结构复杂，不便于使用。因此，上述缺陷直接限制了基于光伏电池的发电背包的广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种发电背包，其可以将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能并输出，由此可避免上述太阳能背包带来的种种缺陷，并且其整体结构设计精巧、简单，重量轻，使用环境广泛。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种发电背包，其包括背包主体；能量转换单元，其用于将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能并输出。

优选的，所述能量转换单元包括：内部中空的壳体；至少一组发电单元，其安装于所述壳体内，且其用于将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能。

优选的，所述发电单元包括：弹簧、滑轮、滑带、齿条、齿轮以及发电机；所述弹簧一端连接所述壳体内部；所述滑带一端连接所述弹簧的另一端，所述滑带的另一端跨过所述滑轮后与所述齿条连接；所述齿条与所述齿轮啮合，所述齿轮连接所述发电机；

当人体携带所述背包主体运动时，背包主体的重力势能变化使得所述弹簧伸缩，并且带动所述齿条驱动所述齿轮转动，进一步通过齿轮转动带动发电机发电。

优选的，所述弹簧的中心轴线与所述背包主体所受重力方向之间的夹角为0-180°。

优选的，所述弹簧的中心轴线与所述齿条之间的夹角为0-180°。

优选的，所述齿轮为变速齿轮。

优选的，所述发电单元还包括：限位件，其用于限定所述滑带的位置，防止所述滑带与所述滑轮脱离。

优选的，所述能量转换单元还包括：电能存储单元，其用于存储所述发电单元产生的电能。

优选的，所述发电背包还包括：电能输出单元，其连接所述电能存储单元，用于将电能输出至需电设备。

优选的，所述能量转换单元设置于所述背包主体外部。

与现有技术相比，本实用新型的发电背包可以将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能并输出，由此可避免上述太阳能背包带来的种种缺陷，并且其整体结构设计精巧、简单，重量轻，使用环境广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一中发电背包的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中能量转换单元的整体结构示意图；

图3是本实用新型实施例一中人体携带背包主体行走和/或跑步时背包重心的变化示意图；

图4是本实用新型实施例二中夹角α1、α2的示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对实用新型做出进一步的描述：

实施例一：

如图1所示，本实施例中的发电背包包括：背包主体1；背带3，其用于供人员通过背/提携带所述背包重量；以及能量转换单元2，其用于在人体携带所述背包主体1运动，以引起背包主体1重力势能变化的过程中，将重力势能和/或弹性势能和/或动能转化为电能并输出。本实施例中，所述能量转换单元2设置于所述背包主体1外部，且与所述背包主体1连接；所述人体携带所述背包主体1的运动可引起背包主体1重心的变化，使得背包主体1的重心高低起伏，从而引起背包主体1的重力势能变化，具体包括：走、爬、跑、俯卧撑等动作中的一项或几项。

具体的，如图2所示，所述能量转换单元2包括：内部中空的壳体21，优选的，所述壳体包括内部中空的主体212以及盖体211；至少一组发电单元(本实施例中优选为2组)，其安装于所述壳体21内，且其用于将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能。同时，所述壳体21与盖体211中的一项或几项可采用金属或塑料材质制成。

所述发电单元包括：弹簧22、滑轮27、固定座28、滑带23、齿条24、齿轮25以及发电机26；其中，所述固定座28连接所述壳体1的内壁，所述弹簧22一端通过连接所述固定座28而连接在所述壳体21内部；所述滑带23一端连接所述弹簧22的另一端，所述滑带23的另一端绕过所述滑轮27后与所述齿条24连接，所述滑带23与滑轮27的连接方式参见常规定滑轮组中滑轮与牵引绳的绕绳方式，使得所述滑带23可在滑轮27的滑槽内滑动即可；所述齿条24与所述齿轮25啮合，所述齿轮25连接所述发电机26，且所述齿轮25优选为一级变速齿轮或多级变速齿轮；

当人体携带所述背包主体1运动，且背包主体1的重力势能减少时，所述齿条24大致沿重力方向运动，并拉伸所述弹簧22，且驱动所述齿轮25转动，进一步通过齿轮25转动带动发电机26发电；当人体携带所述背包主体1运动，且背包主体1的重力势能增加时，所述齿条24大致沿与重力方向相反的方向运动，所述弹簧22缩回，且驱动所述齿轮25再次转动，进一步通过齿轮25转动再次带动发电机26发电；

其中，所述齿轮25转动来驱动发电机26发电的技术属于现有技术，在此不再赘述。

同时，为减轻结构整体的重量和体积，上述滑轮27、固定座28、滑带23、齿条24、齿轮25以及发电机26的外壳等组件中的一项或几项均可采用轻质材料(如塑料、纸质材料)制成。

下面以图3为例来说明人体携带背包主体1行走和/或跑步时发电的具体过程和原理。如图3所示，人体步行或者跑步是周期性的运动，由此可沿时间轴t将该运动周期分解为两个半周期：前半周期T1和后半周期T2。前半周期T1开始时人体站立，前半周期T1结束时刻人体腿部半弯，由此，T1开始时刻相对于T1结束时刻，背包主体1的重心P具有高度差h，因此T1开始时刻背包主体1具备重力势能；T1周期进行期间，背包主体1沿重力方向向下运动，重心P逐步降低，此过程中，背包主体1的重力势能一部分转换成背包向下运动的动能，同时带动齿条24沿图2中实线箭头方向向下运动，另一部分则转换成弹簧22被拉伸时所积蓄的弹性势能，进一步的，齿条带动齿轮25转动，齿轮25再带动发电机26发电，由此将T1周期内背包主体1的重力势能部分转换成发电机26输出的电能；

进一步的，在下半个周期T2开始(也即T1周期刚好结束时)时，背包主体1不再向下运动，其动能为零，且此时重力势能最小。T2周期内，人体将会从腿部半弯逐步过渡到接近站立的状态，背包主体1的中心P会逐渐升高，重力势能增加，同时背包主体1沿与重力方向相反方向向上运动，因此具备动能。因此，处在拉伸状态的弹簧22拉动滑带23和齿条24沿与重力反向相反的方向(即图2中虚线箭头所指方向)向上运动，与此同时齿条24再次带动齿轮25转动，齿轮25再次带动发电机发电，由此将T2周期内弹簧22储存的弹性势能和背包主体1向上的动能部分转换成电能输出。

经测试，人体携带背包主体1行走和/或跑步时，整个T1+T2周期内总共能输出的电能功率可达0.5-3W，由此完全可满足手机、便携式手电筒、GPS定位仪等需电设备的用电需求。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处仅在于，如图2，4所示，所述弹簧22的中心轴线X1与所述背包主体1所受重力方向Y之间的夹角α1为0-180°(优选为90°)；和/或，所述弹簧22的中心轴线X1与所述齿条24纵轴X2之间的夹角α2为0-180°(优选为90°)，由此可保证弹簧22连接的齿条24尽量与重力方向一致，以此提高重力势能的转换效率。

实施例三：

本实施例与实施例一的不同之处仅在于，所述发电单元还包括：限位件，其用于限定所述滑带23的位置，防止所述滑带23与所述滑轮27脱离，从而影响发电。优选的，所述限位件可以是卡扣等限位件，只要能限制滑带23的位置即可。

实施例四：

本实施例与实施例一的不同之处仅在于，所述能量转换单元还包括：电能存储单元，其用于存储所述发电单元产生的电能；电能输出单元(包括稳压单元、USB充电接口等)，其连接所述电能存储单元，用于将电能输出至需电设备(例如，手机、便携式手电筒、GPS定位仪等)。

实施例五：

本实施例与实施例一的不同之处仅在于，所述能量转换单元设置于所述背包主体内部，由此避免外界因素造成能量转换单元的损伤，延长使用寿命。

综上所述，本实用新型的发电背包可以将人体携带所述背包主体运动，以引起背包主体重力势能变化的过程中，将重力势能和/或弹性势能和/或动能转化为电能并输出，由此可避免现有太阳能背包带来的种种缺陷，例如不受天气、地点影响，由此扩大其运用环境范围，并且其整体结构设计精巧、简单，重量轻，体积小，生产制造成本低，并且发电效率高，适用于大规模产业化应用。

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 (9)

1.一种发电背包，其包括背包主体，其特征在于，所述发电背包还包括：能量转换单元，其用于将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能并输出；所述能量转换单元包括：内部中空的壳体；至少一组发电单元，其安装于所述壳体内，且其用于将人体携带所述背包主体运动时引起的背包主体的重力势能变化转化为电能。

2.如权利要求1所述的发电背包，其特征在于，所述发电单元包括：弹簧、滑轮、滑带、齿条、齿轮以及发电机；所述弹簧一端连接所壳体内部；所述滑带一端连接所述弹簧的另一端，所述滑带的另一端跨过所述滑轮后与所述齿条连接；所述齿条与所述齿轮啮合，所述齿轮连接所述发电机。

3.如权利要求2所述的发电背包，其特征在于，所述弹簧的中心轴线与所述背包主体所受重力方向之间的夹角为0-180°。

4.如权利要求2所述的发电背包，其特征在于，所述弹簧的中心轴线与所述齿条之间的夹角为0-180°。

5.如权利要求2所述的发电背包，其特征在于，所述齿轮为变速齿轮。

6.如权利要求2所述的发电背包，其特征在于，所述发电单元还包括：限位件，其用于限定所述滑带的位置，防止所述滑带与所述滑轮脱离。

7.如权利要求1所述的发电背包，其特征在于，所述能量转换单元还包括：电能存储单元，其用于存储所述发电单元产生的电能。

8.如权利要求7所述的发电背包，其特征在于，所述发电背包还包括：电能输出单元，其连接所述电能存储单元，用于将电能输出至需电设备。

9.如权利要求7所述的发电背包，其特征在于，所述能量转换单元设置于所述背包主体外部。

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