專利名稱：一種人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及可再生能源領(lǐng)域，具體涉及收集人體活動中的機(jī)械動能并轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]隨著國防的現(xiàn)代化，士兵在野外作業(yè)都需要隨身攜帶一系列電子設(shè)備，例如GPS、 通信設(shè)備等，這些設(shè)備的能源供給主要來自電池。雖然電池技術(shù)已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，但電池的電容量仍然限制著這些電子設(shè)備的使用。另一方面，老化問題最終導(dǎo)致電池被拋棄，這也引起了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。因此，尋找一種可替代電池的能源，以供給士兵野外作戰(zhàn)所需的隨身電子設(shè)備是必要和有意義的。[0003]此外，在野外作業(yè)時(shí)，需隨身攜帶的東西不少，人在背負(fù)重物時(shí)，長時(shí)間負(fù)載步行需支付大量的生物能。發(fā)明內(nèi)容[0004]為解決電池供電的電容量有限、不環(huán)保的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，將人所背負(fù)的重物轉(zhuǎn)換為阻尼振蕩質(zhì)量，并且利用該阻尼振湯質(zhì)量在人體步彳丁中廣生的振湯運(yùn)動驅(qū)動發(fā)電機(jī)，從而將人體步彳丁中的動能轉(zhuǎn)換為電能， 并可以減少人體在背負(fù)重物長期步行中所支出的生物能。[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，包括發(fā)電機(jī)、固定在人體上的固定支架、用于承載人體負(fù)重的活動支架、一組連接固定支架與活動支架的彈簧、固定在活動支架上的齒條及與齒條嚙合連接的換向齒輪機(jī)構(gòu)；所述換向齒輪機(jī)構(gòu)將齒條上下雙向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)。[0006]所述換向齒輪機(jī)構(gòu)包括可動齒輪、輸出齒輪及中間齒輪；可動齒輪與齒條嚙合連接，且齒輪中心在長孔型槽中隨齒條上下雙向運(yùn)動而滑動；輸出齒輪與中間齒輪嚙合；齒條向上運(yùn)動時(shí)可動齒輪與輸出齒輪嚙合，齒條向下運(yùn)動時(shí)可動齒輪與中間齒輪嚙合；輸出齒輪將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)動機(jī)。[0007]所述齒條、可動齒輪、輸出齒輪及中間齒輪具有相同的模數(shù)。[0008]上述人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置,還包括與換向齒輪機(jī)構(gòu)嚙合的加速齒輪組；換向齒輪機(jī)構(gòu)通過加速齒輪組將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)。所述加速齒輪組包括相嚙合連接的兩個(gè)齒輪。[0009]本實(shí)用新型的原理是人在背負(fù)物體(如重物)時(shí)步行，由于人的步行基本屬于倒置的單擺形式，肩部在豎直方向上具有可觀的位移，此時(shí)固定支架、承載重物的活動支架與彈簧組成阻尼振蕩系統(tǒng)并隨著人體的活動而上下雙向運(yùn)動。該上下雙向運(yùn)動通過固定在活動支架之上的齒條傳遞給換向齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為單向的齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，再通過加速齒輪組傳遞給發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電轉(zhuǎn)換。上述換向齒輪機(jī)構(gòu)，包括可在長孔型槽中自由滑動的可動齒輪B、輸出齒輪C及中間齒輪D ;當(dāng)齒條向上運(yùn)動時(shí)，齒條與可動齒輪之間存在的摩擦力將可動齒輪向上推動，齒輪C輸出順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；當(dāng)齒條向下運(yùn)動時(shí)，同樣由于齒條與齒輪之間的摩擦力，將可動齒輪向下推動并與中間齒輪嚙合，中間齒輪驅(qū)動輸出齒輪同樣輸出順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。[0010]固定支架除了固定在人體肩部之外，也可以固定在其余地方，例如腰部。只要固定于人體上的方式使得所背負(fù)的重物在阻尼振蕩系統(tǒng)中隨人體的活動而做上下雙向運(yùn)動，換向齒輪機(jī)構(gòu)就能夠?qū)⑸舷码p向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪單項(xiàng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而將人體活動的動能轉(zhuǎn)換為電能。[0011]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)巧妙利用人體所背負(fù)的重物作為阻尼振蕩質(zhì)量，并且通過換向齒輪機(jī)構(gòu)利用該阻尼質(zhì)量在人體步行中出現(xiàn)的振蕩運(yùn)動驅(qū)動發(fā)電機(jī)，從而將人體步行中的動能轉(zhuǎn)換為電能，提供野外作業(yè)所需的電能，并可以減少人體在背負(fù)重物長期步行中所支出的生物能。


[0012]圖I是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]圖2是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖3是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中換向齒輪機(jī)構(gòu)的局部放大圖。
具體實(shí)施方式
[0015]下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。[0016]參見圖1，本實(shí)用新型人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置包括一個(gè)可通過雙肩帶5 固定在人體肩部的固定支架4、一個(gè)用于承載人體所背負(fù)重物3的活動支架I、一組連接固定支架與活動支架的彈簧2、固定在活動支架上的齒條12、將齒條上下雙向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的換向齒輪機(jī)構(gòu)、加速齒輪組以及發(fā)電機(jī)。人在背負(fù)重物時(shí)步行，用于承載重物的活動支架I與彈簧2組成阻尼振蕩系統(tǒng)并隨著人體的活動而上下雙向運(yùn)動。該上下雙向運(yùn)動通過固定在活動支架之上的齒條傳遞給換向齒輪機(jī)構(gòu)，由換向齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為齒輪的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并通過由齒輪10與齒輪11組成的加速齒輪組傳遞給發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電轉(zhuǎn)換。[0017]換向齒輪機(jī)構(gòu)包括可動齒輪6、輸出齒輪9、中間齒輪8 ;可動齒輪6與齒條12嚙合連接，可動齒輪的齒輪中心可在長孔型槽7中隨齒條12的上下雙向運(yùn)動而自由滑動；當(dāng)齒條12向上運(yùn)動時(shí)，齒條12與可動齒輪6之間存在的摩擦力將可動齒輪6向上推動與輸出齒輪9嚙合，輸出齒輪9輸出順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時(shí)中間齒輪8從動；當(dāng)齒條12向下運(yùn)動時(shí)，同樣由于齒條12與可動齒輪6之間的摩擦力，將可動齒輪6向下推動并與中間齒輪8 嚙合，中間齒輪8驅(qū)動輸出齒輪9同樣輸出順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。高速的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動最終通過加速齒輪組傳遞給與之匹配的發(fā)電電機(jī)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；產(chǎn)生的電能通過整流調(diào)壓電路調(diào)整到合適電壓的直流電并存儲在蓄能裝置中。[0018]下面將以具體的一個(gè)實(shí)施例，對本實(shí)用新型做更詳細(xì)的描述[0019]實(shí)施例[0020]如圖2所示是本實(shí)用新型一種具有機(jī)械換向機(jī)構(gòu)的人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置的一種實(shí)施方式，包括一個(gè)可通過雙肩帶204固定在人體肩部的固定支架205、一個(gè)用于承載重物的活動支架207、固定于活動支架上的承重板201及其掛鉤202、一組連接固定支架與活動支架的彈簧206、固定在活動支架承重板上的齒條208、可將齒條上下雙向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的換向齒輪機(jī)構(gòu)、加速齒輪組以及發(fā)電機(jī)等。重物通過掛鉤202 固定在承重板201上面，通過固定支架、活動支架與彈簧206構(gòu)成阻尼振蕩系統(tǒng)。當(dāng)人步行時(shí)，由于人的步行基本屬于倒置的單擺形式，肩部在豎直方向上具有可觀的位移，該上下的直線運(yùn)動通過固定在活動支架承重板之上的齒條傳遞給換向齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并通過加速齒輪組傳遞給發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電轉(zhuǎn)換。[0021]如圖3所示是換向機(jī)構(gòu)的局部放大圖，換向齒輪機(jī)構(gòu)主要包括齒輪中心可在長孔型槽中自由滑動的可動齒輪212、輸出齒輪214及中間齒輪213 ;其中可動齒輪212在長孔型槽中滑動時(shí)總是與齒條208嚙合，當(dāng)可動齒輪212在長孔型槽的上端時(shí)與中間齒輪213 嚙合，當(dāng)在長孔型槽的下端時(shí)與輸出齒輪214嚙合，因此，上述的齒條208、可動齒輪212、輸出齒輪214、中間齒輪213都應(yīng)該具有相同的模數(shù)，并且裝配必須保證可動齒輪可以自由滑動并且在滑動過程中與相關(guān)零件正確嚙合。可動齒輪212、輸出齒輪214、中間齒輪213安裝在齒輪組定位板210和211上，上述兩塊定位板可通過螺栓定位固定并保證上述換向齒輪機(jī)構(gòu)的齒輪達(dá)到所需的精度，定位板最終通過定位平臺209固定在固定支架205上。本實(shí)施方案中，必須保證齒條208與可動齒輪212之間的嚙合精度。[0022]上述換向齒輪機(jī)構(gòu)中的輸出齒輪214與加速齒輪組215嚙合，借此將換向齒輪機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行加速，加速齒輪組最終將高速的齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)216，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；產(chǎn)生的電能通過整流調(diào)壓電路(圖中未標(biāo)出)調(diào)整到合適電壓的直流電并存儲在蓄能裝置(圖中未標(biāo)出)中。[0023]如圖I所示，上述裝置用于捕獲人體步行中的機(jī)械動能并轉(zhuǎn)化為電能的方法，包括以下步驟[0024](I)利用固定支架、活動支架和彈簧所組成的阻尼振蕩系統(tǒng)將人體所背負(fù)的重物轉(zhuǎn)換為阻尼振蕩質(zhì)量，從而捕獲人體步行中的動能。[0025](2)步驟(I)所捕獲的動能通過固定在活動支架I之上的齒條12輸出；齒條與固定在固定支架4上的換向齒輪機(jī)構(gòu)嚙合,換向齒輪機(jī)構(gòu)將齒條上下雙向運(yùn)動變換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出；[0026](3)換向齒輪機(jī)構(gòu)所輸出的齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過加速齒輪組11對齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行加速，高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)，從而將壓力機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并通過整流調(diào)壓電路對電能進(jìn)行調(diào)整后存儲在蓄能裝置。[0027]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實(shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，包括發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括固定在人體上的固定支架、用于承載人體負(fù)重的活動支架、一組連接固定支架與活動支架的彈簧、固定在活動支架上的齒條及與齒條嚙合連接的換向齒輪機(jī)構(gòu)；所述換向齒輪機(jī)構(gòu)將齒條上下雙向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述換向齒輪機(jī)構(gòu)包括可動齒輪、輸出齒輪及中間齒輪；可動齒輪與齒條嚙合連接，且齒輪中心在長孔型槽中隨齒條上下雙向運(yùn)動而滑動；輸出齒輪與中間齒輪嚙合；齒條向上運(yùn)動時(shí)可動齒輪與輸出齒輪嚙合，齒條向下運(yùn)動時(shí)可動齒輪與中間齒輪嚙合；輸出齒輪將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)動機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述齒條、可動齒輪、輸出齒輪及中間齒輪具有相同的模數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，還包括與換向齒輪機(jī)構(gòu)嚙合的加速齒輪組；換向齒輪機(jī)構(gòu)通過加速齒輪組將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述加速齒輪組包括相嚙合連接的兩個(gè)齒輪。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種人體動能捕獲及機(jī)電轉(zhuǎn)換的裝置，包括發(fā)電機(jī)、固定在人體上的固定支架、用于承載人體負(fù)重的活動支架、一組連接固定支架與活動支架的彈簧、固定在活動支架上的齒條及與齒條嚙合連接的換向齒輪機(jī)構(gòu)；所述換向齒輪機(jī)構(gòu)將齒條上下雙向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并將齒輪單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)。解決了電池供電的電容量有限、不環(huán)保的技術(shù)問題，并可以減少人體在背負(fù)重物長期步行中所支出的生物能。
文檔編號F03G5/00GK202746124SQ201220364260
公開日2013年2月20日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者謝龍漢 申請人:華南理工大學(xué)