CN213870143U - 一种往复式发电装置及发电背包 - Google Patents

一种往复式发电装置及发电背包 Download PDF

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CN213870143U CN202022277561.XU CN202022277561U CN213870143U CN 213870143 U CN213870143 U CN 213870143U CN 202022277561 U CN202022277561 U CN 202022277561U CN 213870143 U CN213870143 U CN 213870143U
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曹自平
刘立晨
丑修建
何剑
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Abstract

本实用新型公开了一种往复式发电装置及发电背包，包括背板、发电机和弹簧往复回弹机构，所述弹簧往复回弹机构与背板滑动连接，弹簧往复回弹机构与背板之间安装连杆动力传递机构，连杆动力传递机构一端和背板固定连接，连杆动力传递机构另一端安装在弹簧往复回弹机构的滑板上；弹簧往复回弹机构的滑板上还设有单向传动机构和发电机，连杆动力传递机构连接单向传动机构，单向传动机构连接发电机转轴；滑板上下滑动过程中带动连杆动力传递机构动作，进而带动单向传动机构驱动发电机单向旋转运动而发电。本实用新型的发电装置应用在背包上，有效采集人体行走时背包上下振动产生的机械能，并用于发电，进而存储或供用电器使用，能够适应各种环境。

Description

一种往复式发电装置及发电背包
技术领域
本实用新型属于发电设备，具体涉及一种往复式发电装置及发电背包。
背景技术
人们在外出时经常会遇到电器电量不足的情况，但是户外无法及时充电。目前已存在的发电背包，对环境有严格的要求，在一些特定场景下难以正常工作，如风力发电背包，太阳能发电背包等。机械能是支撑人体运动过程中拥有较高的能量密度的能量源。然而，在支持人体活动的能量中，人体产生的机械能只占据很小比例。可穿戴发电设备可以通过采集这些机械能转化为电能，从而为穿戴式电子设备供电。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种能够适应各种环境，有效采集人体行走时背包上下振动产生的机械能并将其转化为电能的往复式发电装置及发电背包。
技术方案：本实用新型的往复式发电装置，包括背板和发电机，还包括弹簧往复回弹机构，所述弹簧往复回弹机构与背板滑动连接，弹簧往复回弹机构与背板之间安装有连杆动力传递机构，连杆动力传递机构一端和背板固定连接，连杆动力传递机构另一端安装在弹簧往复回弹机构的滑板上；所述弹簧往复回弹机构的滑板上还设置有单向传动机构和发电机，连杆动力传递机构连接单向传动机构，单向传动机构连接发电机转轴；滑板上下滑动过程中带动连杆动力传递机构动作，进而带动单向传动机构驱动发电机单向旋转运动而发电。
所述弹簧往复回弹机构还包括滑套、滑杆和弹簧，所述滑套套设于滑杆并与滑板固定连接；所述滑杆有两个，两个滑杆固定于背板两侧；所述弹簧一端固定在背板顶部，弹簧另一端固定在滑板背部，用于悬挂滑板；弹簧往复回弹机构可以有效采集人体行走时背包上下振动产生的机械能，同时还能减重。
所述连杆动力传递机构包括连杆、曲柄轮、二级转动副和一级转动副，所述连杆一端与背板之间通过一级转动副连接，连杆另一端与曲柄轮的曲柄之间通过二级转动副连接。
所述一级转动副包括轴、轴承和第一轴承座，所述轴插设于轴承，轴承嵌入第一轴承座，一级转动副能够使连杆绕背板灵活转动。
所述曲柄轮包括主动轮、中心轴和曲柄，所述中心轴一端嵌入主动轮，中心轴另一端嵌入曲柄，曲柄带动曲柄轮转动。
所述单向传动机构包括曲柄轮的主动轮、从动轮和单向滚动机构，所述主动轮和从动轮连接，单向滚动机构套设于发电机转轴或中心轴，控制发电机或曲柄轮单向转动，提高发电效率。
所述主动轮和从动轮的一级轮之间、从动轮的二级轮与发电机转轴之间通过皮带、齿轮啮合或连杆连接，实现动力传递。
本实用新型还包括一种发电背包，包括发电装置以及背包，所述滑板固设于背包内部，将发电装置安装在背包中，便于携带。
所述背板固设于背包外部，且背包的背带安装在背板上，连接牢固。
有益效果：本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：(1)本实用新型的发电装置对环境因素不敏感，弹簧往复回弹机构可以在不同环境下采集人体进行步态行为时背包随人体运动上下振动产生的机械能转化电能；(2)连杆动力传递机构结构简单轻便，可以根据需求灵活定制连杆动力传递机构中的各个部件参数，可以适用于诸多应用场景，具有很强的兼容性；(3)单向传动机构中的主动轮和从动轮的一级轮之间，从动轮的二级轮与所述发电机转轴之间均可采用皮带、齿轮啮合或连杆等多种方式进行动力传递，单向滚动机构可以保证发电机单方向有效转动，进而高效发电以供存储或用电器使用；(4)本实用新型的发电背包对人体行为动作不敏感，能够有效采集人体多种运动时产生的机械能并转换为电能，可以有效达到减重和发电的效果。
附图说明
图1为本实用新型所述发电装置的整体结构示意图；
图2为图1中弹簧往复回弹机构的结构示意图；
图3为图1中连杆动力传递机构的结构示意图；
图4为图1中一级转动副的结构示意图；
图5为图1中二级转动副的结构示意图；
图6为图1中曲柄轮的结构示意图；
图7为图1中单向传动机构的结构示意图；
图8为图7中从动轮的结构示意图；
图9为图7中单向滚动机构的结构示意图；
图10为图1中连杆动力传递机构L1、L2和H满足条件示意图；
图11为图1中连杆动力传递机构L1、L2与θ1、θ2关系示意图；
图12为本实用新型所述发电背包的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型做进一步详细介绍。
如图1和图2所示，本实用新型的往复式发电装置，包括背板1、弹簧往复回弹机构、连杆动力传递机构、单向传动机构和发电机13。弹簧往复回弹机构与背板1滑动连接，连杆动力传递机构连接单向传动机构，单向传动机构连接发电机13转轴，弹簧往复回弹机构包括滑板2、滑套3、滑杆4和弹簧5，滑套3套设于滑杆4并与滑板2固定连接。本实施例中，滑杆4有两个，两个滑杆4固定于背板1两侧；弹簧5的数量也为两个，两个弹簧5一端固定在背板1顶部，弹簧5另一端固定在滑板2背部，用于悬挂滑板2。弹簧往复回弹机构与背板1之间通过滑套3和滑杆4连接，以实现穿戴者行进时弹簧往复回弹机构能够在背板1上沿滑杆4上下滑动。
如图1和图3所示，弹簧往复回弹机构与背板1之间安装有连杆动力传递机构，连杆动力传递机构一端和背板1固定连接，连杆动力传递机构另一端安装在弹簧往复回弹机构的滑板2上，滑板2上下滑动过程中带动连杆动力传递机构动作。连杆动力传递机构包括连杆7、曲柄轮8、二级转动副9和一级转动副10。连杆7一端与背板1之间通过一级转动副10连接，连杆7另一端与曲柄轮8的曲柄6之间通过二级转动副9连接。通过连杆动力传递机构实现弹簧往复回弹机构与背板1之间的动力传递。当背包下移时，滑板2通过滑套3沿两根竖直方向滑杆4相对背板1向上滑动时，会压缩弹簧5以储存弹性势能，弹簧5在发生弹性形变时，自发恢复到其原有形状，弹性势能进而转化为动能；此时，滑板2沿两根竖直方向滑杆4相对背板1向下滑动。所以，弹簧往复回弹机构有采集重心上下位移产生的机械能的作用，同时可以达到减重的目的。
如图4所示，一级转动副10包括轴14、轴承15和第一轴承座16，轴14插设于轴承15，轴承15嵌入轴承座16。如图5所示，二级转动副9包括轴14、轴承15和第二轴承座17，轴承15通过嵌入的方式固定于第二轴承座17中，轴14插入轴承15中。如图6所示，曲柄轮8包括主动轮19、中心轴18和曲柄6，中心轴18一端嵌入主动轮19，中心轴18另一端嵌入曲柄6。当滑板2上下移动时，背板1与滑板2之间产生相对位移，背板1通过一级转动副10带动连杆7运动，连杆7另一端通过二级转动副9带动曲柄6转动，进而带动曲柄轮8的主动轮19转动。
如图7至图9所示，单向传动机构包括曲柄轮8的主动轮19、从动轮11和单向滚动机构12，其中，从动轮11包括同心设置的一级轮20和二级轮21。主动轮19和从动轮11的一级轮20之间可以通过皮带、齿轮啮合或连杆等方式进行动力传递。从动轮11的二级轮21与发电机13转轴之间可以通过皮带、齿轮啮合或连杆等方式进行动力传递。单向滚动机构12只能作单向转动，可套在发电机13转轴上，也可嵌入从动轮11中，也可嵌入主动轮19中并套在中心轴18上，还可通过嵌入的方式固定于曲柄6中并套在中心轴18上。当曲柄轮8的主动轮19转动时，通过带动从动轮11的一级轮20转动，进而从动轮11的二级轮带动发电机13转轴转动，完成发电。
如图10所示，取连杆动力传递机构工作时任意两个时刻记为t1、t2；从记t1时刻所述曲柄轮8中心点O，与所述曲柄轮8连接的所述二级转动副9的中心为A；记t2时刻所述曲柄轮8中心点O',与所述曲柄轮8连接的所述二级转动副9的中心为A'；与背板1连接的所述一级转动副10的中心为B；
Figure BDA0002723316070000041
表示曲柄轮8中心点O的运动轨迹矢量，B到
Figure BDA0002723316070000042
的垂线交
Figure BDA0002723316070000043
于点C。
Figure BDA0002723316070000044
为t1时刻所述曲柄6长度L1，
Figure BDA0002723316070000045
为t2时刻所述曲柄6长度L'1，
Figure BDA0002723316070000046
为t1时刻所述连杆7长度L2，
Figure BDA0002723316070000047
为t2时刻所述连杆7长度L'2，
Figure BDA0002723316070000048
为H，
Figure BDA0002723316070000049
为S；
Figure BDA00027233160700000410
与
Figure BDA00027233160700000411
的夹角记为α1，
Figure BDA00027233160700000412
与
Figure BDA00027233160700000413
的夹角记为α2，曲柄轮8的主动轮19转动角度记为θ；显然，L1＝L'1，L2＝L'2，θ＝α2-α1；H、L1和L2满足下列关系
H+L1＞L2＞H-L1
如图11所示，
Figure BDA00027233160700000414
与
Figure BDA00027233160700000415
最大可能夹角记为θ1，
Figure BDA00027233160700000416
与
Figure BDA00027233160700000417
最大可能夹角记为θ2，
Figure BDA00027233160700000418
记为S'；所述S'、H、θ1和θ2为指定值，L1和L2的长度由下列关系确定：
L1cosθ1-L2cos(θ1+θ2)＝S'
L1sinθ1-L2sin(θ1+θ2)＝H
如图12所示，本实用新型还包括发电背包，发电背包包括发电装置以及背包，滑板2及滑板2上的固定结构位于背包内部，滑板2与背包紧固连接；背板1及背板1上固定结构位于背包外部，背包背带安装于所述背板1上。

Claims (9)

1.一种往复式发电装置，包括背板(1)和发电机(13)，其特征在于：还包括弹簧往复回弹机构，所述弹簧往复回弹机构与背板(1)滑动连接，弹簧往复回弹机构与背板(1)之间安装有连杆动力传递机构，连杆动力传递机构一端和背板(1)固定连接，连杆动力传递机构另一端安装在弹簧往复回弹机构的滑板(2)上；所述弹簧往复回弹机构的滑板(2)上还设置有单向传动机构和发电机(13)，连杆动力传递机构连接单向传动机构，单向传动机构连接发电机(13)转轴；滑板(2)上下滑动过程中带动连杆动力传递机构动作，进而带动单向传动机构驱动发电机(13)单向旋转运动而发电。
2.根据权利要求1所述往复式发电装置，其特征在于：所述弹簧往复回弹机构还包括滑套(3)、滑杆(4)和弹簧(5)，所述滑套(3)套设于滑杆(4)并与滑板(2)固定连接；所述滑杆(4)有两个，两个滑杆(4)固定于背板(1)两侧；所述弹簧(5)一端固定在背板(1)顶部，弹簧(5)另一端固定在滑板(2)背部，用于悬挂滑板(2)。
3.根据权利要求1所述往复式发电装置，其特征在于：所述连杆动力传递机构包括连杆(7)、曲柄轮(8)、二级转动副(9)和一级转动副(10)，所述连杆(7)一端与背板(1)之间通过一级转动副(10)连接，连杆(7)另一端与曲柄轮(8)的曲柄(6)之间通过二级转动副(9)连接。
4.根据权利要求3所述往复式发电装置，其特征在于：所述一级转动副(10)包括轴(14)、轴承(15)和第一轴承座(16)，所述轴(14)插设于轴承(15)，轴承(15)嵌入第一轴承座(16)。
5.根据权利要求3所述往复式发电装置，其特征在于：所述曲柄轮(8)包括主动轮(19)、中心轴(18)和曲柄(6)，所述中心轴(18)一端嵌入主动轮(19)，中心轴(18)另一端嵌入曲柄(6)。
6.根据权利要求5所述往复式发电装置，其特征在于：所述单向传动机构包括曲柄轮(8)的主动轮(19)、从动轮(11)和单向滚动机构(12)，所述主动轮(19)和从动轮(11)连接，单向滚动机构(12)套设于发电机(13)转轴或中心轴(18)，控制发电机(13)或曲柄轮(8)单向转动。
7.根据权利要求6所述往复式发电装置，其特征在于：所述主动轮(19)和从动轮(11)的一级轮(20)之间、从动轮(11)的二级轮(21)与发电机(13)转轴之间通过皮带、齿轮啮合或连杆连接。
8.一种发电背包，其特征在于：包括权利要求1至7任一项所述发电装置以及背包，所述滑板(2)固设于背包内部。
9.根据权利要求8所述发电背包，其特征在于：所述背板(1)固设于背包外部，且背包的背带安装在背板(1)上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112177872A (zh) * 2020-10-14 2021-01-05 南京邮电大学 一种往复式发电装置及发电背包

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