CN102691634B

CN102691634B - 一种便携式多功能户外运动关节发电装置

Info

Publication number: CN102691634B
Application number: CN201210167364.XA
Authority: CN
Inventors: 丛德宏; 皮俊宽; 洪旭东; 温嘉旺; 李倩
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: CN102691634A

Abstract

一种便携式多功能户外运动关节发电装置，属于发电装置技术领域，特别是涉及一种便携式多功能户外运动关节发电装置。本发明包括外壳，其特点是在所述外壳内设置有发电电机、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、输入轴和输出锥齿轮；所述输入轴通过轴承设置在外壳上，其一端与输入摇杆相连接；所述第一和第二输入锥齿轮反向设置在输入轴上，第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的轮齿端相对设置；输出锥齿轮设置在第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的上方，输出锥齿轮的轮齿端分别与第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的轮齿端相啮合，输出锥齿轮的轴端与发电电机轴相连接；在所述外壳上设置有充电接口，所述发电电机的输出端、充电接口分别与控制电路相连接。

Description

一种便携式多功能户外运动关节发电装置

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，特别是涉及一种便携式多功能户外运动关节发电装置。主要针对参加户外运动和旅行的人群，使用者可在行走中实现为自己的手机等电器充电，完全不耗费旅行的其他时间。

背景技术

随着经济的发展，户外运动与旅游已经成为了时下流行的休闲方式。旅行中，手机等电器得不到及时充电是很多旅行者所面临的问题。同时，在灾难来临时，保证手机等通讯工具的可用性，也可以增大获救的可能性。

而目前市场上现有的发电设备，仅仅拘泥于手摇与按压的发电形式。这两种形式势必要占用旅行者宝贵的时间。如果利用“行走”——这一旅途中必须要做的动作，便可以在不花费精力的情况下，完成为电器充电的任务。具有这种功能的产品将是非常实用的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种便携式多功能户外运动关节发电装置。该发电装置利用人行走时膝关节的摆动，实现机械能到电能的转化；所获得电能可为手机、MP3等多种用电器供电，极大地解决了户外运动和旅行时随身携带电器无法及时充电的难题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种便携式多功能户外运动关节发电装置，包括外壳，其特点是在所述外壳内设置有发电电机、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、输入轴和输出锥齿轮；所述输入轴通过轴承设置在外壳上，其一端与输入摇杆相连接，输入轴两端的轴承为方向相反的单向轴承；所述第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮反向设置在输入轴上，第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的轮齿端相对设置；所述输出锥齿轮设置在第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的上方，输出锥齿轮的轮齿端分别与第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的轮齿端相啮合，输出锥齿轮的轴端与发电电机轴相连接；在所述外壳上设置有充电接口，所述发电电机的输出端、充电接口分别与控制电路相连接。

为了使所述第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的中间结构更加固定，防止变形，在所述第一输入锥齿轮与第二输入锥齿轮之间的输入轴上设置有支撑套。

为了显示本发明的发电装置所储存的电量，在所述外壳上设置有电量显示屏，所述电量显示屏与控制电路相连接。

为了使输入轴与外壳在同一个平面上，使使用者感到更舒适，在所述输入摇杆上方的外壳上设置有垫板。

所述输入摇杆与输入轴之间通过销固定连接。

所述控制电路包括发电电机输入接口、滤波电路、自动稳压电路、恒压输出源指示电路、+5V电压稳定输出电路、单片机及电压显示电路；所述发电电机输入接口的输出端经滤波电路与自动稳压电路的输入端相连接，自动稳压电路的输出端经恒压输出源指示电路与+5V电压稳定输出电路的输入端相连接；+5V电压稳定输出电路的输出端分别与电压显示电路和单片机的电源输入端相连接，所述单片机的输出端口与电压显示电路的输入端口相连接；所述发电电机输入接口与发电电机的输出端相连接，所述+5V电压稳定输出电路与充电接口相连接。

本发明的有益效果：

1、本发明利用锥齿轮组结构实现腿的前后摆动均能进行发电，设计新颖，结构简单，可实现人小腿摆动时进程与回程的双向发电，解放了双手，节省了时间；消费者无需繁杂冗长的操作程序便可使用，且发电效率是同类产品的二倍，另外还不受人腿摆动角度限制；

2、本发明具有行走与手摇两种发电模式，不论是行走还是乘车都可以发电，为电器充电，适应野外各种环境；而且内置充电电池，所发出电能如果不能被及时利用，电能将被保存，避免电能的浪费；所以电能既可直接输出，又能储存，能量转换效率较高，动力输入来源广泛；

3、本发明设置有充电接口，所述充电接口可为USB充电接口，适用于手机、MP3等多种电器的充电，满足各类小型电子产品的需求，适用范围广泛；而且设置有电量显示屏，令使用者随时了解发电量；

4、本发明结构精简，易于加工和装配，适合大批量生产，可开模，使成本降低；

5、本发明可固定在人腿之上，质量仅有750g，便于携带，且不限制正常行走动作。

附图说明

图1是本发明的关节发电装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的关节发电装置的控制电路的电路原理框图；

图4是本发明的关节发电装置的控制电路的电路原理图；

图中，1-垫板，2-轮齿端，3-第一输入锥齿轮，4-轴承，5-输入轴，6-销，7-输入摇杆，8-充电接口，9-电量显示屏，10-控制电路，11-外壳，12-发电电机，13-发电电机轴，14-轴端，15-输出锥齿轮，16-支撑套，17-第二输入锥齿轮。

具体实施方式

如图1、2所示，一种便携式多功能户外运动关节发电装置，包括外壳11，在所述外壳11内设置有发电电机12、第一输入锥齿轮3、第二输入锥齿轮17、输入轴5和输出锥齿轮15；所述输入轴5通过轴承4设置在外壳11上，其一端与输入摇杆7相连接，输入轴5两端的轴承4为方向相反的单向轴承；所述第一输入锥齿轮3和第二输入锥齿轮17反向设置在输入轴5上，第一输入锥齿轮3和第二输入锥齿轮17的轮齿端2相对设置；所述输出锥齿轮15设置在第一输入锥齿轮3和第二输入锥齿轮17的上方，输出锥齿轮15的轮齿端2分别与第一输入锥齿轮3和第二输入锥齿轮17的轮齿端2相啮合，输出锥齿轮15的轴端14与发电电机轴13相连接；在所述外壳11上设置有充电接口8，所述发电电机12的输出端、充电接口8分别与控制电路10相连接。为了使所述第一输入锥齿轮3和第二输入锥齿轮17的中间结构更加固定，防止变形，在所述第一输入锥齿轮3与第二输入锥齿轮17之间的输入轴5上设置有支撑套16。为了显示本发明的发电装置所储存的电量，在所述外壳11上设置有电量显示屏9，所述电量显示屏9与控制电路10相连接。为了使输入轴5与外壳11在同一个平面上，使使用者感到更舒适，在所述输入摇杆7上方的外壳11上设置有垫板1。所述输入摇杆7与输入轴5之间通过销6固定连接。

如图3所示，本发明的关节发电装置的控制电路包括发电电机输入接口、滤波电路、自动稳压电路、恒压输出源指示电路、+5V电压稳定输出电路、单片机及电压显示电路；所述发电电机输入接口的输出端经滤波电路与自动稳压电路的输入端相连接，自动稳压电路的输出端经恒压输出源指示电路与+5V电压稳定输出电路的输入端相连接；+5V电压稳定输出电路的输出端分别与电压显示电路和单片机的电源输入端相连接，所述单片机的输出端口与电压显示电路的输入端口相连接；所述发电电机输入接口与发电电机的输出端相连接，所述+5V电压稳定输出电路与充电接口相连接。

本发明的关节发电装置的控制电路的电路原理图，如图4所示，来自发电电机的输出端的电压经发电电机输入接口P1，再经过电容C2滤波后，产生一个波动的电压，然后再经自动稳压电路稳压；当发电电机转动产生的电压高于+12V时,通过恒压输出源指示电路能产生+12V的电压，此时，若充电电池BT1的电压低于12V，则经过二极管D1对充电电池BT1充电，直到充电电池BT1电压达到标值+12V。当发电电机转动产生的电压低于+12V时，由充电电池BT1为负载供电。因此不管发电电机是否能稳定输出电压，均能产生+12V的电压。

输出的+12V电压再通过+5V电压稳定输出电路输出稳定的+5V电压，稳压芯片U2采用的型号为LM2576-5.0。在单片机的控制下在电压显示电路U1的数码管上显示出当前电压，单片机采用的型号为STC12C5608。通过电压显示电路可以随时观看电压的变化，从而可以利用稳定的+12V和+5V电压。+12V的电压通过稳压芯片输出稳定的+5V电压从而为手机、MP3、MP4等随身携带的电子产品及负载充电。

使用时，使输入摇杆与使用者小腿固定，小腿的摆动带动输入轴以一定角度转动。当输入轴向一个方向转动时，只有一个输入锥齿轮为主动转动，从而带动输出锥齿轮转动实现发电；当输入轴向另一个方向转动时，另一个输入锥齿轮变为主动齿轮，带动输出锥齿轮仍然以同一方向转动，从而实现发电电机输出持续稳定电流，实现小腿摆动全过程都用来发电。

当发电电机轴转速较快时，发电电机输出的电压较高，使得滤波后的电压在15V～35V，自动稳压电路正常工作，并对负载充电；当发电电机轴转速较慢或者不转动时，发电电机输出的电压较低，此时则由充电电池为负载供电。

本发明具有多种发电模式，如下：

模式1：行走发电模式

将本发明的关节发电装置固定在膝盖处，利用小腿与大腿的相对运动实现发电，适用于行走过程中发电与充电。

模式2：手摇发电模式

利用本发明的关节发电装置的输入摇杆通过手摇的方式进行发电，适用于乘车、休息时发电与充电。

这样，使用者就可以在旅途中随时随地为手机等电器进行充电了。

本发明经试验测试：

在行走时，发电电机的输出电压为8～10V；在手摇时，发电电机的输出电压为25～31V；测试手机2小时充满电。

Claims

1.一种便携式多功能户外运动关节发电装置，包括外壳，其特征在于在所述外壳内设置有发电电机、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、输入轴和输出锥齿轮；所述输入轴通过轴承设置在外壳上，其一端与输入摇杆相连接，输入轴两端的轴承为方向相反的单向轴承；所述第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮反向设置在输入轴上，第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的轮齿端相对设置；所述输出锥齿轮设置在第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的上方，输出锥齿轮的轮齿端分别与第一输入锥齿轮和第二输入锥齿轮的轮齿端相啮合，输出锥齿轮的轴端与发电电机轴相连接；在所述外壳上设置有充电接口，所述发电电机的输出端、充电接口分别与控制电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种便携式多功能户外运动关节发电装置，其特征在于在所述第一输入锥齿轮与第二输入锥齿轮之间的输入轴上设置有支撑套。

3.根据权利要求1所述的一种便携式多功能户外运动关节发电装置，其特征在于在所述外壳上设置有电量显示屏，所述电量显示屏与控制电路相连接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式多功能户外运动关节发电装置，其特征在于在所述输入摇杆上方的外壳上设置有垫板。

5.根据权利要求1所述的一种便携式多功能户外运动关节发电装置，其特征在于所述输入摇杆与输入轴之间通过销固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种便携式多功能户外运动关节发电装置，其特征在于所述控制电路包括发电电机输入接口、滤波电路、自动稳压电路、恒压输出源指示电路、+5V电压稳定输出电路、单片机及电压显示电路；所述发电电机输入接口的输出端经滤波电路与自动稳压电路的输入端相连接，自动稳压电路的输出端经恒压输出源指示电路与+5V电压稳定输出电路的输入端相连接；+5V电压稳定输出电路的输出端分别与电压显示电路和单片机的电源输入端相连接，所述单片机的输出端口与电压显示电路的输入端口相连接；所述发电电机输入接口与发电电机的输出端相连接，所述+5V电压稳定输出电路与充电接口相连接。