阅读说明：本技术 一种可调振幅的背包负重发电装置 (Amplitude-adjustable backpack load-bearing power generation device ) 是由 陈晓 谢龙汉 杨振华 祖媛媛 黄乐登 王瑞诗 李茂辉 黄国威 冼晓明 孟令卿 林 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种可调振幅的背包负重发电装置,包括一个管状发电原型装置和一个振幅调节盒；管状发电原型装置固连在背包上,该管状发电原型装置伸出的两排钢丝绳穿过背包后背的织布与背包原有的背带连接；振幅调节盒的输入端口与管状发电原型装置的输出端口通过导线连接,该振幅调节盒内部的可调电阻通过旋钮能够手动调节；当可调电阻增大时,电阻尼减小,使背包本身的振幅增大；当可调电阻减小时,电阻尼增大,阻碍钢丝绳运动的电阻尼力增大,使背包本身的振幅减小。本发明可以根据在不同的工况下发电功率需求和额外生物能支出承受程度手动调节电阻尼力的大小,进而改变背包的振幅,以满足个性化需求。(The invention provides an amplitude-adjustable backpack load-bearing power generation device, which comprises a tubular power generation prototype device and an amplitude adjusting box, wherein the tubular power generation prototype device comprises a tubular power generation module, a tubular power generation module and a backpack load-bearing power generation module; the tubular power generation prototype device is fixedly connected to the backpack, and two rows of steel wire ropes extending out of the tubular power generation prototype device penetrate through the woven cloth on the back of the backpack and are connected with the original straps of the backpack; the input port of the amplitude adjusting box is connected with the output port of the tubular power generation prototype device through a lead, and the adjustable resistor in the amplitude adjusting box can be manually adjusted through a knob; when the adjustable resistance is increased, the electric damping is reduced, so that the amplitude of the backpack is increased; when the adjustable resistance is reduced, the electric damping is increased, the electric damping force for obstructing the movement of the steel wire rope is increased, and the amplitude of the backpack is reduced. The invention can manually adjust the magnitude of the electric damping force according to the electric power demand and the bearing degree of the extra bioenergy expenditure under different working conditions, thereby changing the amplitude of the backpack to meet the individual demand.)

一种可调振幅的背包负重发电装置

技术领域

本发明涉及可再生能源领域，具体涉及人体负重运动机械能收集并转化为可用电能的一种可调振幅的背包负重发电装置。

背景技术

在现代生活中，虽然交通技术已经取得了长足的发展，但是携带背包负重步行仍是一项必要的活动，如背包客需要背负生存物资在野外远足、军人需要背负武器和电子设备行军。背包的功能也从单一化转向多样性，附加许多电子设备来提供定位、照明等功能。与此同时，许多人体动能捕获器被提出，收集人体动能转化为电能，供电子设备使用。但是，使用人体动能捕获器需要人体支出额外的生物能，在肢体活动幅度大或活动条件受限时会放大生物能消耗，发电效率也受到影响。而在不同的道路工况里、不同的行走速度和负重质量下，对电能的需求和对生物能额外支出的承受程度是不同的。因此，有必要寻找一种新的方法，可以从人体负重步行背包中收集动能发电，还能针对不同的环境工况和人体状态进行振动的振幅调节，以满足不同的需求。根据检索结果，目前还没用与本申请类似的方法或者背包内发电装置用于人体负重步行动能捕获和振幅调节并作为电子设备的供电电源。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了一种可调振幅的背包负重发电装置，该装置可轻松装载于背包上，或从背包上卸下，保证对普通原始背包改动破坏的最小化，并有效地为电子设备提供有效电能。通过调整与发电装置输出端以导线导通的振幅调节盒内可调电阻的阻值，改变发电机产生电阻尼大小，以此手动调节背包振动的振幅，从而保证人体在不同工况下运动的舒适性。

一种可调振幅的背包负重发电装置，包括一个管状发电原型装置和一个振幅调节盒；管状发电原型装置通过卡扣直接连接于原装背包的U型支撑架上。管状发电原型装置伸出的两排钢丝绳穿过背包后背的织布与背包原有背带连接。当人体行走或跑步时，人的质心相对于地面在竖直方向上有规律地上下摆动，形成一定振幅。当背包中管状发电原型装置的钢丝绳通过背带连接在人体肩部后，钢丝绳会随着人体质心上下摆动而拉扯，从而利用人体的运动动能，并通过管状发电原型装置内的发电机旋转转化为电能。振幅调节盒的输入端口与发电装置的输出端口通过导线连接，该振幅调节盒内部的可调电阻通过旋钮可手动调节。当可调电阻增大时，电阻尼减小，管状发电原型装置阻碍钢丝绳运动的电阻尼力减小，从而使背包本身的振幅增大。在这种情况下，瞬时发电功率上升，人体额外消耗的生物能上升；当可调电阻减小时，电阻尼增大，管状发电原型装置阻碍钢丝绳运动的电阻尼力增大，从而使背包本身的振幅减小。在这种情况下，瞬时发电功率下降，人体额外消耗的生物能也随之下降。在正常平路直行时，由于人体行走规律，背包振动对人肢体影响相对更小，因此此时可增大电功率输出，付出少量的额外生物能消耗；在崎岖山路上，由于环境复杂，人体本身会消耗相较平时更多的生物能，背包的振动也会对人的肢体造成负面影响，因此此时可减小电功率输出，保证人体的生物能输出稳定和最小化。

所述U型支撑架上设置有两列用于定位管状发电原型装置的孔位，根据穿戴者的个体身高和需求将管状发电原型装置固定在背包内部的不同高度位置，保证了背包穿戴的舒适性，以及针对负载重物形状大小可适配的能力。

所述管状发电原型装置包括两组对称布置的发电装置，所述的发电装置包括用于发电的发电机、减速箱、传递轴和涡卷弹簧；减速箱的一端连接发电机的输入轴，变速箱的另一端连接传递轴的输出端，用于提高发电机转速，进而有效增加发电功率。传递轴被钢丝绳的一端缠绕，用于传递来自于背带拉扯产生的动力，将钢丝绳的直线运动转化为发电机可用的旋转运动。涡卷弹簧的内壁与传递轴相连，涡卷弹簧的外壁与发电原型装置外壳相连，用于保持钢丝绳绷紧及维持发电机反向旋转。在钢丝绳带动传递轴正向旋转时，涡卷弹簧内壁旋转产生弹性势能；在钢丝绳被拉长后，涡卷弹簧释放弹性势能带动传递轴逆向旋转，使发电装置回到初始位置，维持整个装置相对于人体的周期性工作。

所述发电原型装置外壳采用铝合金材质制作，并使用喷砂和阳极氧化工艺处理。经过喷砂工艺的工件外壳表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，改善机械性能，提高抗疲劳性；经过阳极氧化工艺的工件外壳可着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面。

所述振幅调节盒由内接的可调电阻、外调旋钮和整流调压电路组成。外调旋钮上设置有电阻示数，对应输出电功率的大小，可手动旋转调节。经过可调电阻的交流电流经过整流调压电路后，成为稳定输出电压的直流电流，可直接储存到蓄电池中，为随身携带的电子设备供电。

在正常平路直行时，由于人体行走规律，背包振动对人肢体影响相对更小，此时调高可调电阻的阻值，增大电功率输出，付出少量的额外生物能消耗；在崎岖山路上，由于环境复杂，人体本身会消耗相较平时更多的生物能，背包的振动也会对人的肢体造成负面影响，此时调低可调电阻的阻值，减小电功率输出，保证人体的生物能输出稳定和最小化。

从所述技术方案可以看出，本发明所述的一种可调振幅的背包负重发电装置具有如下有益效果：

1、不大幅改变普通背包原本的结构，方便装载和拆卸的发电装置保证实用性。

2、振幅调节盒保证穿戴者的个性化需求，能较好地适应环境、适配穿戴者的体型和实时负载状态。

附图说明

图1是本发明所述的可调振幅的背包负重发电装置的安装结构示意图。

图2是所述的管状发电原型装置及振幅调节盒的结构示意图。

图3是所述背包外部的结构示意图。

1-卡扣；2-钢丝绳；3-发电原型装置外壳；4-U型支撑架；5-振幅调节盒；6-涡卷弹簧；7-传动轴；8-发电机；9-背包背带；10-背包外表织物。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

如图1所示是本发明所述的一种可调振幅的背包负重发电装置。管状发电原型装置通过卡扣1固定连接于背包的U型支撑架4上。U 型支撑架4上有两列用于定位发电装置的孔位，可根据穿戴者的个体身高和需求固定在背包内部的不同高度位置。钢丝绳2的一端缠绕连接在如图2所示的传动轴7上，另一端连接在如图3所示的背包背带 9上，用于传递人体质心上下摆动拉扯背带所产生的有效位移和力。传动轴7将直线位移转化为旋转位移，进而使发电机8旋转，产生电能。涡卷弹簧6的内壁与传递轴7相连，外壁与发电原型装置外壳3相连，用于保持钢丝绳绷紧及维持发电机反向旋转。在传动轴7受到钢丝绳2拉伸力正向旋转时，涡卷弹簧6的内壁也相应旋转，而外壁不旋转，产生储存弹性势能。当钢丝绳2被拉长后，涡卷弹簧6释放弹性势能带动传递轴7逆向旋转，使发电装置回到初始位置，维持整个装置相对于人体的周期性工作。

人体在不同条件下背负发电装置的发电需求和振动承受程度不同，如在平路直行时，需要增大振动振幅来增加发电功率；在崎岖山路时，需要减小振幅以节省生物能消耗、提高肢体稳定性。振幅调节盒5的输入端口与发电机8的输出端口通过导线连接，振幅调节盒5内部的可调电阻通过旋钮可手动调节。当可调电阻增大时，电阻尼减小，发电装置阻碍钢丝绳运动的电阻尼力减小，从而使背包本身的振幅增大。在这种情况下，瞬时发电功率上升，人体额外消耗的生物能上升；当可调电阻减小时，电阻尼增大，发电装置阻碍钢丝绳运动的电阻尼力增大，从而使背包本身的振幅减小。在这种情况下，瞬时发电功率下降，人体额外消耗的生物能也随之下降。振幅调节盒5在安装后置于背包外表织物10的侧方，携带者可以方便实时调节。钢丝绳2则通过背包外表织物10后方的孔伸出，最小程度破坏背包的本身结构。这样的装置可轻松装载于背包上，或从背包上卸下，保证对普通原始背包改动破坏的最小化，并有效地为电子设备提供有效电能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。