[发明专利]一种人体动能捕获及机电转换的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源领域，具体涉及收集人体活动中的机械动能并转化为电能的装置及方法。

背景技术

随着国防的现代化，士兵在野外作业都需要随身携带一系列电子设备，例如GPS、通信设备等，这些设备的能源供给主要来自电池。虽然电池技术已经取得了长足进步，但电池的电容量仍然限制着这些电子设备的使用。另一方面，老化问题最终导致电池被抛弃，这也引起了严重的环境污染问题。因此，寻找一种可替代电池的能源，以供给士兵野外作战所需的随身电子设备是必要和有意义的。

此外，在野外作业时，需随身携带的东西不少，人在背负重物时，长时间负载步行需支付大量的生物能。

发明内容

为解决电池供电的电容量有限、不环保的技术问题，本发明提出了一种人体动能捕获及机电转换的装置及其方法，将人所背负的重物转换为阻尼振荡质量，并且利用该阻尼振荡质量在人体步行中产生的振荡运动驱动发电机，从而将人体步行中的动能转换为电能，并可以减少人体在背负重物长期步行中所支出的生物能。

本发明的装置采用如下技术方案：人体动能捕获及机电转换的装置，包括发电机、固定在人体上的固定支架、用于承载人体负重的活动支架、一组连接固定支架与活动支架的弹簧、固定在活动支架上的齿条及与齿条啮合连接的换向齿轮机构；所述换向齿轮机构将齿条上下双向运动转换为齿轮单向旋转运动，并将齿轮单向旋转运动传递给发电机。

所述换向齿轮机构包括可动齿轮、输出齿轮及中间齿轮；可动齿轮与齿条啮合连接，且齿轮中心在长孔型槽中随齿条上下双向运动而滑动；输出齿轮与中间齿轮啮合；齿条向上运动时可动齿轮与输出齿轮啮合，齿条向下运动时可动齿轮与中间齿轮啮合；输出齿轮将齿轮单向旋转运动传递给发动机。

所述齿条、可动齿轮、输出齿轮及中间齿轮具有相同的模数。

上述人体动能捕获及机电转换的装置，还包括与换向齿轮机构啮合的加速齿轮组；换向齿轮机构通过加速齿轮组将齿轮单向旋转运动传递给发电机。所述加速齿轮组包括相啮合连接的两个齿轮。

本发明的方法采用如下技术方案：

人体动能捕获及机电转换的方法，基于上述装置，包括以下步骤：

（1）利用固定支架、活动支架和弹簧所组成的阻尼振荡系统将人体负重转换为阻尼振荡质量，从而捕获人体步行中的动能；

（2）步骤（1）所捕获的动能通过的齿条输出；换向齿轮机构将齿条上下双向运动转换为齿轮单向旋转运动输出；

（3）换向齿轮机构所输出的齿轮单向旋转运动传递给发电机。

上述人体动能捕获及机电转换的方法中，步骤（3）换向齿轮机构所输出的齿轮单向旋转运动通过加速齿轮组传递给发电机。

本发明的原理是：人在背负物体（如重物）时步行，由于人的步行基本属于倒置的单摆形式，肩部在竖直方向上具有可观的位移，此时固定支架、承载重物的活动支架与弹簧组成阻尼振荡系统并随着人体的活动而上下双向运动。该上下双向运动通过固定在活动支架之上的齿条传递给换向齿轮机构转换为单向的齿轮旋转运动，再通过加速齿轮组传递给发电机，从而实现机电转换。上述换向齿轮机构，包括可在长孔型槽中自由滑动的可动齿轮B、输出齿轮C及中间齿轮D；当齿条向上运动时，齿条与可动齿轮之间存在的摩擦力将可动齿轮向上推动，齿轮C输出顺时针的旋转运动；当齿条向下运动时，同样由于齿条与齿轮之间的摩擦力，将可动齿轮向下推动并与中间齿轮啮合，中间齿轮驱动输出齿轮同样输出顺时针旋转运动。

固定支架除了固定在人体肩部之外，也可以固定在其余地方，例如腰部。只要固定于人体上的方式使得所背负的重物在阻尼振荡系统中随人体的活动而做上下双向运动，换向齿轮机构就能够将上下双向运动转换为齿轮单项旋转运动，从而将人体活动的动能转换为电能。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：巧妙利用人体所背负的重物作为阻尼振荡质量，并且通过换向齿轮机构利用该阻尼质量在人体步行中出现的振荡运动驱动发电机，从而将人体步行中的动能转换为电能，提供野外作业所需的电能，并可以减少人体在背负重物长期步行中所支出的生物能。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明一种实施方式的结构示意图。

图3是本发明一种实施方式中换向齿轮机构的局部放大图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。