JP2004364486A - 肩掛けベルト発電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ショルダーバッグやリュックサックを携帯する人間の歩行時の振動により肩に掛かる負担をばねのたわみを介して電力に変換することで低減し、その発生電力を携帯用電子機器の電源として利用できる肩掛けベルト発電装置を提供する。
【解決手段】 本体を吊支する吊支部と当該本体にそれぞれ結合具を連結し、それぞれの当該結合部をばねを介して連結し、当該本体側結合具に発電機を固定し、当該発電機と連動する歯車伝動機構を当該本体側結合具に設け、当該歯車伝動機構と当該吊支部側結合具を連結具を介して連結することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

発明の詳細な説明
本発明は、歩行時に人間が携帯するショルダーバッグやリュックサックなどの振動により結合部に作用する力の変化を電力に変換することで、肩掛けベルトを介して肩に掛かり負担となる荷重の変化を低減し、発生する電力を発光体や携帯用電子機器の電源とする肩掛けベルト発電装置に関するものである。
先ず、第1の従来の技術として、腕時計の分野では回転中心と重心が偏心するアンバランス車を用いてランダムな動きを回転力に変換し、自動巻機構に回転力を蓄え永久磁石と電機子からなる構成で発電を行い電力に変換している。
次に、第2の従来の技術は、靴底に圧電素子を設け歩行持に加わる圧力で発生する電圧を発光体の電源とするものがあり、歩行する人間の体重移動による圧力の変化を電力に変換する発電機構である。
次に、第3の従来の技術では、手でレバーを握りその力を歯車列を用いて伝動し永久磁石と電機子からなる発電機の回転力として電力に変換するものもあり懐中電灯や携帯用電子機器の電源として利用されている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、前記第1の従来の技術による発電手段はアンバランス車の重量と動く速度による力を電力に変換するものであり、その発電量は装置の重量や大きさに制約されることになり発電力を高めるためには困難な点がある。
次に、前記第2の従来の技術では、圧電素子を設ける位置が靴底に限定されるため、発電による電力を利用できる範囲や方法に制約があるという問題がある。
次に、前記第3の従来の技術では、電力を得るために手でレバーを握るという特別な操作が必要であるという問題があり、本発明は以上の欠点を解決するためになされたものである。
課題を解決するための手段
本発明は歩行時の振動でショルダーバッグやリュックサックなどの結合部に作用する力の変化を回転力に変換し発電機の回転とし電力に変換するものであり、下記の構成により前記課題の解決手段としている。先ず、本発明の第1の特徴としては、本体を吊支する吊支部と当該本体にそれぞれ結合具を連結し、それぞれの当該結合部をばねを介して連結し、当該本体側結合具に発電機を固定し、当該発電機と連動する歯車伝動機構を当該本体側結合具に設け、当該歯車伝動機構と当該吊支部側結合具を連結具を介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第2の特徴としては、前記第1の特徴において吊支部側結合具と歯車伝動機構を連結する連結具に索を用い、歯車伝動機構の戻り運動となるように本体側結合具と歯車伝動機構をばねを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第3の特徴としては、前記第2の特徴において発電機と連動する歯車伝動機構をロープ伝動機構に置き換えてなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第4の特徴としては、前記第2または3の特徴において伝動機構の戻り運動となるように当該伝動機構と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第5の特徴としては、前記第1ないし4の特徴において発電機構である発電機を圧電素子を固着したばね性レバーとカムからなる発電機構に置き換えてなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第6の特徴としては、前記第5の特徴において発電機構に用いるカムを歯車に置き換えてなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第7の特徴としては、前記第1ないし6の特徴においてばね性レバーを湾曲した形状に形成し、吊支部側結合具と本体側結合具を当該ばね性レバーを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第8の特徴としては、前記第1ないし6の特徴において吊支部側結合具と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第9の特徴としては、前記第1ないし8の特徴において発電機構と連動する伝動機構に減速機構を用いてなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第10の特徴としては、前記第1ないし9の特徴において本体側または吊支部側に電圧変換機構と充電機構を設け、発電機機構と当該充電機構を当該電圧変換機構を介して接続してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第11の特徴としては、前記第1ないし10の特徴において吊支部側結合具と本体側結合具を置き換え、当該吊支部側結合具を本体に連結し、当該本体側結合具を吊支部に連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第12の特徴としては、前記第1ないし11の特徴において吊支部側結合具を肩掛けベルトに連結し、本体側結合具を本体と連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
次に、本発明の第13の特徴としては、前記第12の特徴において肩掛けベルトを取っ手に置き換え、ショルダーバッグ本体やリュックサック本体をカバン本体に置き換え、吊支部側結合具を当該取っ手に連結し、本体側結合具を当該カバン本体と連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
以下、本発明の実施の形態についての説明である。先ず、図1に示す構成から説明すれば、結合具a2を吊支部に取り付け、結合具b3を本体に取り付け、結合具a2と結合具b3をコイルばねa9を介して連結し、結合具b3に発電機8を固定し、発電機8の回転軸に歯車a7を固着し、結合具b3に設けた軸を中心に回転し、且つ、歯車a7とかみ合う扇形歯車6を設け、扇形歯車6に設けたガイド孔に連結具とするロッド5の一端を取り付け、ロッド5の他端を結合具a2に固定する構成である(請求項1記載)。
次に、前記構成の機能について説明すれば、振動により結合具a2と結合具b3にA方向やB方向へ作用する力でコイルばねa9のたわみが変化し結合具a2と結合具b3の動きとなり、この力をロッド5や歯車伝動機構である扇形歯車6や歯車a7を介して伝動し発電機8の回転力とし誘起電圧を発生するものである。
なお、この構成のロッド5については扇形歯車6が結合具a2に従動するように設けるものであり、ガイドピンなどに置き換えた構成とすることもできる。
次に、図2に示す構成は前記図1に示す構成をショルダーバッグに用いる第1の応用例であり、結合具a2に肩掛けベルトa1を取り付け、結合具b3にショルダーバッグ本体4を取り付ける構成である(請求項12記載)。
次に、前記第1の応用例の機能について説明すれば、図3は歩幅60cmで歩行する人間の肩の位置における上下動を示すグラフであり概ね1.5秒の周期で約50mmの振幅である。本発明はこの上下動により結合部に作用する力を電力に変換するものであり、前記グラフに示すように肩掛けベルトa1でショルダーバッグ本体4を吊支する力は周期的に変化するため結合具a2と結合具b3にA方向とB方向へ力が作用しコイルばねa9のたわみの変化となる。この動きを伝動機構を介して伝動し発電機8の回転力とし誘起電圧を発生する構成である。
本発明はショルダーバッグ本体4の重量とコイルばねa9のたわみの変化に比例する運動エネルギーを電力に変換するものであり、前記第3の従来の技術記載の発電方式では約2Kgの握力でレバーを約0.5秒で約30mm動かし約16mWの電力に変換しており、本発明においてはコイルばねa9のたわみの変化となる力は図3のグラフに示すようにA方向へ0.5秒で50mmの動きでありショルダーバッグ本体4の重量を2Kgとしコイルばねa9のたわみの変化を30mmとすることで前記発電方式と同等の発電量とすることができるため、本発明を懐中電灯や携帯用電子機器の電源とすることができる。
なお、歩行時の人間の振動は図3のグラフに示すように上下方向へ50mmであるため、コイルばねa9のたわみの変化を50mmとなるように設けることで歩行時のショルダーバッグ本体4の上下方向への動きを抑え水平に移動するものとすることができる。これは歩行時に肩掛けベルトを介して人間の肩に掛かる荷重の変化を抑える効果となり肩への負担を低減することができる。従って、本発明は歩行時において人間の肩への負担となる荷重の変化を電力に変換するものであり、この二つの効果を有するものである。
次に、図4に示す第1の変化例とする構成は前記図1に示す構成のロッド5を索材であるワイヤa10に置き換え扇形歯車6と結合具b3をコイルばねb11を介して連結するものである(請求項2記載)。
この構成では結合具a2と結合具b3にA方向へ作用する力をワイヤa10を介して伝動し扇形歯車6や歯車a7並びに発電機8の回転力とするものであり、このときの扇形歯車6の回転力はコイルばねb11のたわみとなり、次に、結合具a2と結合具b3のB方向への動きである戻り運動ではコイルばねb11のたわみにより扇形歯車6の戻り運動となる。図1に示す構成では扇形歯車6に設けたガイド孔とロッド5の摺接部に摩擦による抵抗が生じるが、この構成により摩擦による抵抗となる部分を少なくすることができ円滑な動きとすることができる。
なお、この構成のコイルばねb11については帯金をまいて形成したうず巻ばねに置き換えることも可能であり、この場合うず巻ばねの内側の一端を扇形歯車6の回転軸に取り付け、外側の他端を結合部b3に固定することで戻り運動とする機能を有することができる(請求項4記載)。
次に、第2の変化例とする構成は図5に示すように前記歯車伝動機構をロープ伝動機構に置き換える構成であり、吊支部に結合具a2を取り付け、本体に結合具b3を取り付け、結合具a2と結合具b3をコイルばねa9を介して連結し、発電機8を結合具b3に固定し、プーリa13とプーリb15を発電機8の回転軸に取り付け、コイルばねb11の一端を結合部b3に取り付け、コイルばねb11の他端にワイヤc14の一端を結着し、ワイヤc14の他端をプーリb15に止着し、ワイヤc14をプーリb15に巻き付け、ワイヤb12の一端をプーリa13に止着し、ワイヤb12をプーリa13に巻き付け、ワイヤb12の他端を結合具a2に止着する構成である(請求項3記載)。
この構成によりワイヤb12とプーリa13を介して伝動する力を発電機8の回転力とし、コイルばねb11のたわむ力をワイヤc14とプーリb15を介して伝動機構の戻り運動とすることができる。なお、この構成は伝動機構にワイヤを用いるため引張強さや耐久性を高めることができ、歯車伝動機構と比べ製造コストの低減を計ることができる。
なお、この構成においてもコイルばねb11とワイヤc14並びにプーリb15からなる構成をうず巻ばねに置き換えることで戻り運動とする機能を有することができる(請求項4記載)。
次に、図6に示す第3の変化例とする構成は前記第2の変化例の発電機8を圧電素子18を固着したばね性レバーa19とカム16からなる発電機構に置き換えるものであり、カム16を結合具b3に設けた軸17に取り付け、図7に示すように圧電素子18を固着したばね性レバーa19の一端をカム16に摺接するように配置し、ばね性レバーa19の他端を結合具b3に固定し支持端を形成する構成である(請求項5記載)。
次に、前記構成の機能について説明すれば、結合具a2と結合具b3に作用する力をコイルばねa9のたわみの変化とし、ワイヤとプーリからなる伝動機構を介してカム16の回転力としカム16に従動するばね性レバーa19のたわみや圧電素子18の歪みとし発生電圧に変換する構成である。
なお、この構成では圧電素子18を固着したばね性レバーa19のたわみの大きさはカム16の形状に従うものであり、カム16を適当な形状に成形することでA方向やB方向へ大きな力が作用する場合においても圧電素子18の割れを防ぐことができ、加えて、図6及び図7に示すばね性レバーa19については両端支えはりとする構成でも機能は同様である。なお、この構成の伝動機構については歯車伝動機構に置き換えても同様の機能を有するものである。
次に、図8に示す第4の変化例は前記第3の変化例の構成のカム16を歯車b20に置き換えるものであり、歯車b20の回転力をばね性レバーのたわみとし圧電素子18の歪みとする構成である。この構成は前記カム16を用いる例と比べて圧電素子18の歪みの変化を速くすることができ、発生電圧を高めることができる(請求項6記載)。
次に、図9に示す第5の変化例は前記第4の変化例のコイルばねa9をばね性レバーb21に置き換える構成であり、湾曲した形状に形成し複数連結したばね性レバーb21を介して結合具a2と結合具b3を連結する構成である。なお、この図は荷重の掛かっていない状態を示す図である。この構成は静止状態で荷重が掛かったときに水平となるようにばね性レバーb21を湾曲した形状に形成するものであり、上下方向へ力が作用するとき大きなたわみとすることができる(請求項7記載)。
この片持はりであるばね性レバーb21を重ねて配置し連結した構成は長さを短くしつつ大きなたわみとすることができ、さらに、この湾曲した形状のばね性レバーb21を荷重の掛かっていないときに結合具b3と当接するように設けることで装置の小型化を計ることができる。
なお、ばね性レバーb21については帯金をまいて形成したうず巻ばねに置き換えることも可能であり、限られた空間で大きなエネルギーを蓄積できるうず巻ばねを介して結合具a2と結合具b3を連結することでたわみの変化を大きくすることができる(請求項8記載)。
加えて、ガイドピンと圧縮ばねからなる構成を介して結合具a2と結合具b3を連結する構成においても結合具a2と結合具b3の動きを圧縮ばねのたわみとすることができ、この場合はガイドピンをストッパとして用いることができる。
次に、図10に示す第2の応用例とする構成は前記第3の変化例をリュックサックに用いる例であり、結合具c23に肩掛けベルトb22を取り付け、結合具c23に結合具a2を固定し、結合具b3にリュックサック本体24を取り付ける構成である(請求項12記載)。
この構成によりリュックサック本体24を吊支する結合部に作用する力の変化を電力に変換するため比較的大きな発電量とすることができ、前記したように肩への負担を低減することができる。
加えて、本発明は歩行時に携帯し、且つ、本体を肩掛けベルトで吊支するものであれば結合部に取り付け効果を得ることができ、例えば、携帯用無線通信機などを本体とする場合に電力を蓄電し電源として利用することができる。本発明は比較的本体重量の重いものを肩掛けベルトで長時間支持し携帯する場合に効果の高いものである(請求項12記載)。
次に、図11及び図12に示す第6の変化例とする構成は本発明の伝動機構に減速機構を増設する例であり、回転比の異なるプーリc26やプーリd27を配設しワイヤを巻き掛けた減速機構を伝動機構とする構成である。この構成により発生電圧を高めることができる。なお、この減速機構については歯車列を用いた歯車伝動機構とすることもできる(請求項9記載)。
この図に示すストッパ25については結合部に大きな力が作用するときのコイルばねa9のたわみを抑え許容応力内とするものである。
加えて、本発明の発生電力を利用する手段としては本体側に発生電圧を直流化する電圧変換機構や蓄電機構を設け発電機構に接続することで電力を蓄電し利用することができる(請求項10記載)。
さらに、本発明の構成を上下反対に設け、結合具a2を本体側に結合具b3を吊支部側に連結する構成においても機能は同様であり、この場合は前記電圧変換機構や蓄電機構を肩掛けベルト側に設けることができる。(請求項11記載)。
次に、図13及び図14に示す本発明の実施例について説明すれば、肩掛けベルトa1に結合具d28を取り付け、重量2kgのショルダーバッグ本体4に取り付けた結合具e29に発電式懐中電灯31を固定し、レバー32を結合具d28に当接するように配置し、結合具d28と結合具e29をコイルばねc30を介して連結した構成である。なお、この発電式懐中電灯31についてはレバー32に扇形歯車を設け歯車伝動機構を介して発電機と連結した構成である。
この構成により肩掛けベルトa1を支持する人間の歩行時の振動によりコイルばねc30のたわみが変化しレバー32の動きとなり、この力を発電式懐中電灯31の発電機構で電力に変換することができ、低い発光強度ではあるが発光することが可能である。なお、この例に用いた発電式懐中電灯31は戻り運動を電力に変換しないものであり、また、はずみ車を介して伝動しているためこの構成においては発電効率の低いものとなっている。
このときのショルダーバッグ本体4の動きについては、上下動をコイルばねc30のたわみの変化とするため水平に移動する動きとなり、支持する人間の肩に掛かる荷重の変化を抑え負担を低減することが可能となっている。これは結合具の動きによりコイルばねc30のたわみとなるエネルギーを蓄積せずに電力に変換する機能によるものである。
加えて、この構成は肩掛けベルトa1を手で提げた状態で歩行した場合も前記同様の機能を有するものであるため、取っ手とカバン本体からなる手提げカバンの結合部に本発明を取り付ける構成とすることで同様の効果を得ることができる(請求項13記載)。
発明の効果
以上の説明にあるように、本発明はバッグやリュックサックを携帯し歩行する人間の動きとバッグやリュックサック本体の重量により支持部に作用する力の変化を電力に変換するため、動力を利用しない発電装置としては比較的高い運動エネルギーを電力に変換することが可能であり、また、携帯する際に負担となる人間の肩に掛かる荷重の変化を抑える機能を併せて有するものである。さらに、本発明の装置自体は小型且つ軽量であるため、携帯用とする上で適しており、加えて、発電を行うための特別な操作を必要としない点も優れている。以上のように、本発明は携帯する人間の歩行時などの振動により発電を行うため、電池や電力の供給のない地域や場所であっても携帯用電子機器や発光装置の機能を維持することができる。
本発明の肩掛けベルト発電装置を示す実施形態の正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第1の応用例を示す実施形態の斜視図である。 歩行時に上下に動く変化の様子を示すグラフである。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第1の変化例を示す実施形態の正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第2の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第3の変化例を示す実施形態の正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第3の変化例を示す実施形態の要部斜視図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第4の変化例を示す実施形態の正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第5の変化例を示す実施形態の正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第2の応用例を示す実施形態の正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第6の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした要部正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の第6の変化例を示す実施形態の、一部を断面にし拡大した要部正面図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の実施例を示す実施形態の斜視図である。 本発明の肩掛けベルト発電装置の実施例を示す実施形態の、一部を断面にした要部斜視図である。
符号の説明
1 肩掛けベルトa
2 結合具a
3 結合具b
4 ショルダーバッグ本体
5 ロッド
6 扇形歯車
7 歯車a
8 発電機
9 コイルばねa
10 ワイヤa
11 コイルばねb
12 ワイヤb
13 プーリa
14 ワイヤc
15 プーリb
16 カム
17 軸
18 圧電素子
19 ばね性レバーa
20 歯車b
21 ばね性レバーb
22 肩掛けベルトb
23 結合具c
24 リュックサック本体
25 ストッパ
26 プーリc
27 プーリd
28 結合具d
29 結合具e
30 コイルばねc
31 発電式懐中電灯
32 レバー

Claims (13)

  1. 本体を吊支する吊支部と当該本体にそれぞれ結合具を連結し、それぞれの当該結合部をばねを介して連結し、当該本体側結合具に発電機を固定し、当該発電機と連動する歯車伝動機構を当該本体側結合具に設け、当該歯車伝動機構と当該吊支部側結合具を連結具を介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  2. 請求項1において、吊支部側結合具と歯車伝動機構を連結する連結具に索を用い、歯車伝動機構の戻り運動となるように本体側結合具と歯車伝動機構をばねを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  3. 請求項2において、発電機と連動する歯車伝動機構をロープ伝動機構に置き換えることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  4. 請求項2または請求項3において、伝動機構の戻り運動となるように当該伝動機構と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  5. 請求項1ないし請求項4において、発電機構である発電機を圧電素子を固着したばね性レバーとカムからなる発電機構に置き換えることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  6. 請求項5において、発電機構に用いるカムを歯車に置き換えることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  7. 請求項1ないし請求項6において、ばね性レバーを湾曲した形状に形成し、吊支部側結合具と本体側結合具を当該ばね性レバーを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  8. 請求項1ないし請求項6において、吊支部側結合具と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  9. 請求項1ないし請求項8において、発電機構と連動する伝動機構に減速機構を用いることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  10. 請求項1ないし請求項9において、本体側または吊支部側に電圧変換機構と充電機構を設け、発電機機構と当該充電機構を当該電圧変換機構を介して接続することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  11. 請求項1ないし請求項10において、吊支部側結合具と本体側結合具を置き換え、当該吊支部側結合具を本体に連結し、当該本体側結合具を吊支部に連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  12. 請求項1ないし請求項11において、吊支部側結合具を肩掛けベルトに連結し、本体側結合具を本体と連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
  13. 請求項12において、肩掛けベルトを取っ手に置き換え、ショルダーバッグ本体やリュックサック本体をカバン本体に置き換え、吊支部側結合具を当該取っ手に連結し、本体側結合具を当該カバン本体と連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
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