一种关节发电装置的制作方法

一种关节发电装置
1.技术领域
2.本发明涉及一种关节发电装置，属于便携式发电设备技术领域。


背景技术：

3.随着科学技术的不断进步，人们的日常生活中出现了越来越多的便携式电子设备，例如医疗产品和消费电子。这些便携式电子设备为人们的生活带来便利，同时也带来了便携电子设备的持续供电问题。传统的使用电池供电的方式，不仅增加设备体积重量，也给使用者带来诸多不便。目前，通过收集人体生物力学能量的方式为便携设备供电是可靠的解决方案。人体运动是一个将生物能转换为机械能的过程，同时释放出大量的热能。机械能用于支持人体运动，但是在人体运动过程中，机械能中真正被消耗掉的能量大约只占20%，剩余的能量都以热能的形式散发掉。本发明设计一种关节发电装置，用于收集运动中多余的机械能并转换为电能，达到为便携式电子设备供电的目的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种关节发电装置，该发电装置用于收集关节往复运动时产生的机械能并将其转换成电能，从而为便携式电子设备提供电量。
5.一种关节发电装置，包括摆动臂、变速齿轮箱、发电机齿轮、发电机和整向模块组成；所述摆动臂固定连接有输入驱动轴，所述输入驱动轴上固设有输入齿轮；所述变速齿轮箱上端的齿轮箱初级齿轮与整向模块组成其中一个齿轮啮合，下端的齿轮箱终级齿轮与发电机齿轮啮合，所述发电机齿轮转动驱动发电机。
6.进一步地，所述整向模块组成包括第一从动齿轮轴、第一从动齿轮、第一单向滚动机构、传动齿轮、第二从动齿轮轴、第二从动齿轮、第二单向滚动机构和输出齿轮；所述第一从动齿轮固接在第一从动齿轮轴上，且与输入齿轮啮合，所述第一单向滚动机构套接在第一从动齿轮轴上，所述传动齿轮紧固定在第一单向滚动机构外轮廓上；所述第二从动齿轮固接在第二从动齿轮轴上，且与输入齿轮啮合；第二单向滚动机构套在第二从动齿轮轴上，输出齿轮紧固定在第二单向滚动机构外轮廓上并与传动齿轮相啮合；所述输出齿轮与齿轮箱初级齿轮啮合。
7.进一步地，所述第一单向滚动机构和第二单向滚动机构为单向轴承、单向离合器或棘轮
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棘爪机构中的任何一种。
8.进一步地，所述第一单向滚动机构绕第一从动齿轮轴旋转，且相反旋转方向锁死；所述第二单向滚动机构绕第二从动齿轮轴旋转，且相反旋转方向锁死。
9.进一步地，所述第一单向滚动机构和第二单向滚动机构的旋转锁死方向相反。
10.进一步地，还包括关节护具；所述关节护具通过绑带将发电装置固定在人体的膝关节、髋关节或肘关节位置。
11.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：第一，本发明使用整向模块。将关节的往复运动转换为输出齿轮的单向旋转运动，提高了关节发电装置对人体所携带机械能的采集效率，可为便携式电子设备持续供电。
12.第二，本发明使用变速齿轮箱。运动从整向模块的输出齿轮传递到齿轮箱初级齿轮，变速齿轮箱把初级齿轮所输入的低速旋转运动进行一定比率的增速，使得变速齿轮箱的终级齿轮输出较高的旋转速度，带动发电机转子高速转动，获得较高的输出电压。
13.第三，本发明除了上述的发电装置，还拥有配套使用的关节护具将发电装置固定在人体的膝关节、髋关节或肘关节等关节位置，护具上有松紧程度可调的绑带，便于使用者穿戴，同时保护使用者安全。
附图说明
14.图1是本发明发电器的结构示意图；图2是本发明变速齿轮箱的结构示意图；图3是摆动臂沿某一方向摆动时动力传递示意图；图4是摆动臂沿另一方向摆动时动力传递示意图；图5是本发明的关节发电装置的穿戴状态示例图。
15.附图中：1、摆动臂；2、输入齿轮；3、输入驱动轴；4、第一从动齿轮轴；5、第一从动齿轮；6、第一单向滚动机构；7、传动齿轮；8、第二从动齿轮轴；9、第二从动齿轮；10、第二单向滚动机构；11、输出齿轮；12、齿轮箱初级齿轮；13、变速齿轮箱；14、齿轮箱终级齿轮；15、发电机齿轮；16、发电机；17、绑带；18、关节护具。
具体实施方式
16.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
17.如图1
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图5所示，公开了一种关节发电装置，包括摆动臂1、变速齿轮箱13、发电机齿轮15、发电机16和整向模块组成；所述摆动臂1固定连接有输入驱动轴3，所述输入驱动轴3上固设有输入齿轮2；所述变速齿轮箱13上端的齿轮箱初级齿轮12与整向模块组成其中一个齿轮啮合，下端的齿轮箱终级齿轮14与发电机齿轮15啮合，所述发电机齿轮15转动驱动发电机16；所述变速齿轮箱13把由初级齿轮12所输入的低速旋转运动进行一定比率的增速，使得变速齿轮箱的终级齿轮14输出较高的旋转速度。
18.所述整向模块组成包括第一从动齿轮轴4、第一从动齿轮5、第一单向滚动机构6、传动齿轮7、第二从动齿轮轴8、第二从动齿轮9、第二单向滚动机构10和输出齿轮11；所述第一从动齿轮5固接在第一从动齿轮轴4上，且与输入齿轮2啮合，所述第一单向滚动机构6套接在第一从动齿轮轴4上，所述传动齿轮7紧固定在第一单向滚动机构6外轮廓上；所述第二从动齿轮9固接在第二从动齿轮轴8上，且与输入齿轮2啮合；第二单向滚动机构10套在第二从动齿轮轴8上，输出齿轮11紧固定在第二单向滚动机构10外轮廓上并与
传动齿轮7相啮合；所述输出齿轮11与齿轮箱初级齿轮12啮合；变速齿轮箱13上面的齿轮箱初级齿轮12与整向模块的输出齿轮11相啮合，变速齿轮箱下面的齿轮箱终极齿轮14和发电机齿轮15相啮合，动力传递至位于发电机齿轮15上面的发电机16产生电能。
19.在本实施例中，所述第一单向滚动机构6和第二单向滚动机构10为单向轴承、单向离合器或棘轮
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棘爪机构中的任何一种；所述第一单向滚动机构6绕第一从动齿轮轴4旋转时，且相反旋转方向锁死；所述第二单向滚动机构10绕第二从动齿轮轴8旋转时，且相反旋转方向锁死；在设定所述第一单向滚动机构6在第一从动齿轮轴4上的旋转锁死方向后，相反设定所述第二单向滚动机构10在第二从动齿轮轴8上的旋转锁死方向，所述第一单向滚动机构6和第二单向滚动机构10的旋转锁死方向相反；当摆动臂1沿某一方向旋转时，第一单向滚动机构6处于锁死状态而第二单向滚动机构10处于非锁死状态，摆动臂1所产生的转矩依次经由输入驱动轴3、输入齿轮2、第一从动齿轮5、传动齿轮7和输出齿轮11后传递给变速齿轮箱13的初级齿轮12；当摆动臂1沿相反方向旋转时，第一单向滚动机构6处于非锁死状态而第二单向滚动机构10处于锁死状态，摆动臂1所产生的转矩依次经由输入驱动轴3、输入齿轮2、第二从动齿轮9和输出齿轮11后传递给变速齿轮箱13的初级齿轮12；整向模块使用两个单向滚动轴承将摆动臂1的往复运动转换成单一方向的旋转运动，变速齿轮箱13用于提高初级齿轮12的旋转速度，使变速齿轮箱的终极齿轮14获得较高的转速，带动发电机单元的中心齿轮15高速旋转，提高输出电压，达到为便携式电子设备持续供电的目的。
20.在本实施例中，根据上述关节发电装置，还包括关节护具18；所述关节护具18通过绑带17将发电装置固定在人体的膝关节、髋关节或肘关节位置；整个关节发电装置通过螺丝固定到关节护具18外壳上，通过固定在护具外壳上的四条松紧程度可调绑带17，将护具紧密固定在使用者关节处，同时保护使用者安全。
21.本发明中整向模块通过单向滚动轴承把摆动臂1的往复运动转换为输出齿轮11的单向旋转运动，提高了关节发电装置收集机械能的效率，同时变速齿轮箱13提高了齿轮箱初级齿轮12的旋转速度，齿轮箱终级齿轮14获得较高的旋转速度带动发电机16高速旋转，提高输出电压，为便携式电子设备持续供电。
22.本发电装置的工作过程如下：使用者首先通过绑带17将本发明固定在膝关节处，并根据松紧程度进行调节，如图5所示。当关节发生往复运动时，带动摆动臂1转动，输入驱动轴3随着摆动臂1转动。关节做往复运动导致输入驱动轴3存在两种旋转方向，即顺时针转动和逆时针转动。整向模块的存在使紧密固定在第二单向滚动机构10的外轮廓上的输出齿轮11只有一种旋转方向。当摆动臂1沿顺时针方向旋转时，如图3所示。摆动臂1带动输入驱动轴3顺时针旋转，输入齿轮2同向旋转。由于第一从动齿轮5和输入齿轮2啮合，因此第一从动齿轮5沿逆时针方向旋转，并带动第一从动齿轮轴4逆时针旋转，第二从动齿轮轴8同样逆时针旋转。第一单向滚动机构6和第二单向滚动机构10具有相反的旋转锁死方向，即第一单向滚动机构6逆时针锁死，第二单向滚动机构10顺时针锁死。此时第一单向滚动机构6处于锁死状态而第二单向滚动机构10处于非锁死状态，因此动力传递到传动齿轮7，并带动与其啮合的输出齿轮11顺时针旋转。当摆动臂1逆时针运动时，如图4所示。类似的，输入齿轮2逆时针运动，第一从动齿轮轴4与第二从动齿轮轴8顺时针旋转，此时第一单向滚动机构6处于
非锁死状态而第二单向滚动机构10处于锁死状态，动力依次经历摆动臂1、输入齿轮2、第二从动齿轮9，最终传递到输出齿轮11，输出齿轮11同样沿顺时针方向旋转。因此无论摆动臂1顺时针旋转还是逆时针旋转，由于第一单向滚动机构6和第二单向滚动机构10的作用，输出齿轮11将始终沿顺时针方向旋转。与输出齿轮11啮合的齿轮箱初级齿轮12，将沿逆时针方向旋转，变速齿轮箱的终极齿轮14同向旋转并且转速加快，推动发电机齿轮15高速转动，从而使发电机16工作产生电能，可为便携式电子设备持续供电。
23.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。