[發明專利]一種膝關節發電裝置

有效

• 申請號: 201711118975.4
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN108071566B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 熊蔡華;王晨波;范軍;史浩浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F03G5/06
• 分類號: F03G5/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

本發明公開了一種膝關節發電裝置，包括小腿綁帶、小腿固定板、第一拉繩、運動轉換組件、發電機和大腿綁帶。本發明利用膝關節的屈伸運動，帶動第一拉繩、第二拉繩產生沿繩方向運動；該運動經過運動轉換組件后，被轉換為高速旋轉運動，進而帶動發電機產生電能。本發明利用較少的傳動部件，可以將膝關節高轉矩低轉速的運動轉化為高轉速低轉矩的發電機旋轉運動，在降低設備整體質量的同時，可減少機械能在傳遞過程中的損耗，提高設備發電效率，從而產生電壓較高、便于收集的電能；本發明整體質心相對偏上，可以減小裝置質量對人體代謝消耗的影響，而且可以穿戴在人體上，讓使用者可以在步行的同時進行發電，有利于持續為用電設備提供電能。

技術領域

本發明涉及人體能量收集裝置領域，具體地，涉及一種便攜式膝關節發電裝置。

背景技術

隨著科技發展，各類功能強大的便攜電子設備成為人們工作生活中不可或缺的一部分。然而，對于戶外運動愛好者、長途跋涉的軍人、遭受自然能災害的群眾等來說，為電子設備充電成為一個棘手的問題。常規的充電寶等儲電設備具有儲電量有限，重量大等明顯的缺點。因此，就需要開發一種高效可靠的便攜式發電設備為電子產品及時充電。

現有的便攜式發電設備種類繁多：有手搖、按壓式的手持發電設備，該類設備需要花費額外的時間和精力去操作，容易讓使用者產生倦怠及厭惡情緒；有用壓電材料制成的發電鞋利用人行走時的踩踏作用進行發電，但該類設備發電功率較低，不利于電能的收集利用；有與本發明同樣利用關節處機械運動發電的設備，但現有設備大多采用多級的齒輪組來實現增速運動，多級齒輪組的采用使得能量在傳遞過程中逐層損耗從而降低發電效率，而若要減少齒輪組的數量，必然采用齒數更多的齒輪，這會導致裝置體積及重量增加。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種膝關節發電裝置，用以解決現有技術存在的發電功率較低、發電效率低以及體積重量大的技術問題。

本發明收集使用者行走過程中膝關節屈伸時產生的機械能，通過裝置內部傳動組件，驅動發電機工作產生電能。產生的電能經處理后儲存到蓄電池中或直接為負載供電。

本發明提供的一種膝關節發電裝置，包括小腿綁帶(1)、小腿固定板(2)、第一拉繩(3)、運動轉換組件(5)、發電機(6)和大腿綁帶(8)；其中：

所述小腿固定板(2)設有第一拉繩(3)，其兩端各通過一個鋼絲繩張緊裝置(4)和運動轉換組件(5)的第二拉繩(18)的兩端相連；所述鋼絲繩張緊裝置(4)用于使所述第一拉繩(3)、第二拉繩(18)在運動過程中處于張緊狀態；

所述運動轉換組件(5)用于將拉繩正反向的沿繩方向運動轉換為正反旋轉運動；所述運動轉換組件(5)下端設有雙層滑輪，上端設有單層滑輪；所述第二拉繩(18)一頭從下部一側向上引入，在雙層滑輪的一個槽內繞一圈或更多圈后(圈數多的話，摩擦力變大，效率就降低)，向上方單層滑輪引出，上搭單層滑輪槽內后，向下在雙層滑輪的另一個槽繞一圈或更多圈后，向下方另一側引出；兩個滑輪與第二拉繩(18)的組合方式，用于適應腿部較大的屈張范圍；

所述發電機(6)轉軸與運動轉換組件(5)的轉動輸出部件(13)連接，用于接受該組件傳來的轉動機械能；所述發電機(6)用于將機械能轉換為電能并輸出；

所述小腿綁帶(1)與小腿固定板(2)相連，并將其固定在人體小腿處；所述大腿綁帶(8)與運動轉換組件(5)相連，并將其固定在人體大腿上；

工作時，膝關節的屈伸運動帶動所述小腿固定板(2)運動，使其相對于運動轉換組件(5)做往復擺動，拉扯第一拉繩(3)及鋼絲繩張緊裝置(4)，進而拉動第二拉繩(18)產生沿繩方向運動；該沿繩方向運動經過運動轉換組件(5)后，被轉換為高速旋轉運動，進而帶動發電機(6)產生電能。