[实用新型]人体腿部运动能量收集系统

说明书

技术领域

本实用新型属于运动能量收集技术领域，尤其是涉及人体腿部运动能量收集系统。

背景技术

作为我们生活环境中最常见的能量形式之一的生物运动能是由人体或其他动物在步行、奔跑等运动时所产生的，这些能量往往很难被收集利用而耗散在外部环境之中，白白浪费掉。如果这种形式的能量能够被收集储存并有效利用，其将替代我们现在所依赖的便携式电源，可以为手机等便携电子设备充电，方便了人们的出行。由于人体腿部在步行、奔跑等过程中时刻处于周期往复摆动状态，其运动历程比人体其他关节的运动时间长，含有的运动能量较多，而且小腿在运动过程比较平稳、可预测性强、运动力矩大，基于以上这些优点，在人体膝关节处收集腿部的运动能量是最佳之选，在收集运动能量时为了尽量减少人体的不适感，开发一种结构紧凑、效率高、重量轻的人体腿部运动能量收集系统具有重要的实际应用价值。

发明内容

本实用新型目的是为解决人体在步行、奔跑等运动时腿部运动能量收集难的问题，而提供了一种体腿部运动能量收集装置，其在解决腿部运动能量收集难题的同时还解决了能量选择性收集的问题。

本实用新型为解决上述问题所采取的技术方案是：

人体腿部运动能量收集系统，包括人体腿部运动能量收集装置、储能模块和电能管理模块；

所述人体腿部运动能量收集装置包括外壳、所述外壳上固定有发电机和电位计，所述发电机的转子上固定有工作齿轮，在外壳的内侧底部转动连接有第一转轴，所述第一转轴上固定有摆杆和扇形齿轮，所述摆杆自由端位于外壳的外侧，所述扇形齿轮位于外壳的内侧，所述电位计的角度滑动片与摆杆固定连接，在扇形齿轮和工作齿轮之间设有用于加速的齿轮变速箱；

所述储能模块包括超级电容和锂电池，所述超级电容和锂电池用于收集所述人体腿部运动能量收集装置输出的电能，发电机通过数字开关与超级电容连接，超级电容与锂电池连接；

所述电能管理模块包括微控制器、自适应前端适配电路和节能管理电路，所述微控制器用于控制所述数字开关的通断；所述自适应前端适配电路为最大功率点跟踪器及其外围电路；所述节能管理电路用于减少人体腿部运动能量收集系统本身的电能消耗。

所述齿轮变速箱包括第二转轴、第三转轴，所述第二转轴和第三转轴均与外壳转动连接，所述第二转轴上固定有第一小齿轮和第一大齿轮，所述第三转轴上固定有第二小齿轮和第二大齿轮，所述第一小齿轮直径小于第一大齿轮直径，所述第一大齿轮直径大于第二小齿轮直径，所述第二小齿轮直径小于第二大齿轮直径，所述第二大齿轮直径大于工作齿轮直径，所述扇形齿轮与第一小齿轮啮合连接，所述第一大齿轮与第二小齿轮啮合连接，所述第二大齿轮与工作齿轮啮合连接。

在所述第二转轴与第一小齿轮之间或第二转轴与第一大齿轮之间安装有滚柱轴承离合器。

在所述第三转轴与第二小齿轮之间或第三转轴与第二大齿轮之间安装有滚柱轴承离合器。

在所述扇形齿轮与第一转轴之间安装有滚柱轴承离合器。

所述齿轮变速箱的传动比为108，所述扇形齿轮的圆心角为80°至140°。

所述外壳设有外壳盖，所述外壳的内侧底部固定有组装块，所述电能管理模块和储能模块设置在所述组装块内。

本实用新型所具有的有益效果为：经过齿轮变速箱的加速作用将人体行走时的大扭矩低转速运动能转化成小扭矩高转速的机械能，从而变成了发电机能够利用的能量形式，通过在转轴与齿轮之间安装滚柱轴承离合器和电位计并利用微控制器对发电机绕组的精确控制，实现了对运动能量收集的有效选择，在小腿下落阶段进行能量的收集，收集电能时不需要人体额外做功，最大程度上保证了人体的舒适度；本实用新型在发电机与超级电容之间设置有最大功率点跟踪器，最大程度的收集发电机产生的电能；本实用新型采用超级电容和锂电池的二级存储架构，减少锂电池的充电次数，并在超级电容和锂电池之间设置有充电保护电路，延长了锂电池的使用寿命；本实用新型还设置有节能管理电路用于减少人体腿部运动能量收集系统本身的电能消耗；最后本装置在遵循人机工学设计要求的同时选择合适的材料，其整体结构比较紧凑，使用寿命比较长。

本实用新型还设置有负载驱动电路，可满足负载瞬时大电流、大功率的要求。

附图说明

图1为本实用新型中人体腿部运动能量收集装置的结构示意图；

图2为本实用新型中人体腿部运动能量收集装置的内部侧视结构示意图；

图3为本实用新型的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。