本發(fā)明涉及日常生活節(jié)能發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種人體足部機(jī)械能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

近年來，移動(dòng)電子設(shè)備發(fā)展迅速，而其傳統(tǒng)的供能方式—電池，卻發(fā)展緩慢，能量密度幾無提升。反觀人體卻是豐富的能源綜合體，人體通過進(jìn)食經(jīng)過消化獲得食物的化學(xué)能，又在日?；顒?dòng)中以各種形式消耗能量，例如呼吸、皮膚散熱、運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉伸縮以及行走時(shí)足部沖擊地面產(chǎn)生的熱量耗散等等。對(duì)人體熱能的采集利用會(huì)對(duì)人體建康產(chǎn)生影響，所以對(duì)人體機(jī)械能的采集利用就成了研究焦點(diǎn)，由于人體的上肢運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，所以對(duì)人體足部機(jī)械能的采集及利用具有良好應(yīng)用前景。

在現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)明中，有許多足部機(jī)械能的采集發(fā)電裝置，尤其是利用人體行走時(shí)足部對(duì)鞋底的踩壓發(fā)電的裝置。例如丁志康在其專利《板簧壓縮發(fā)電鞋》(CN205306111U)提出了一種板簧壓縮發(fā)電鞋，利用人體行走時(shí)足部對(duì)鞋底的踩壓力，使固定在板簧懸空端的永磁體向下相對(duì)感應(yīng)線圈運(yùn)動(dòng)，從而使感應(yīng)線圈感應(yīng)出電流，產(chǎn)生電能。此種發(fā)電裝置的恢復(fù)部件為板簧，易產(chǎn)生機(jī)械疲勞，所以此種發(fā)電裝置不可靠。又如許漢武在其專利《電磁發(fā)電鞋》(CN205180495U)中提出了一種新型電磁發(fā)電鞋，在人體行走時(shí)，對(duì)足部的踩壓會(huì)迫使彈性物質(zhì)壓縮，從而使磁體與導(dǎo)磁性物質(zhì)接觸，并磁化導(dǎo)磁性物質(zhì)，使得線圈的磁能發(fā)生變化，進(jìn)而發(fā)出電能，這種發(fā)電裝置，由于其線圈磁通的變化僅為從無到有和從有到無的瞬間，所以其發(fā)電效率較低。再如王云龍?jiān)谄鋵＠栋l(fā)電鞋》(CN205106519U)提出的一種發(fā)電鞋裝置，該裝置在人體行走時(shí)的踩壓作用下，鞋底空腔內(nèi)的條形齒輪向下運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)嚙合的齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)線圈移動(dòng)做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能，這種齒條與齒輪嚙合處容易磨損脫離，且恢復(fù)部件—彈簧也容易機(jī)械疲勞，可靠性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種人體足部機(jī)械能發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)可靠，體積小，效率高，能夠在鞋底有限的空間下，將人體行走時(shí)足部對(duì)鞋底的力度大、作用位移小的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為小型發(fā)電機(jī)軸的調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)，將人體行走時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。

本發(fā)明的人體足部機(jī)械能發(fā)電裝置，包括基座、能量處理模塊、導(dǎo)線、小型發(fā)電機(jī)、擋板、變速箱、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、輔助施壓磁鐵、傳動(dòng)桿、施壓塊、承壓裝置外殼、施壓磁鐵、承壓磁鐵、發(fā)電機(jī)輸出接線柱；

所述輔助施壓磁鐵和施壓磁鐵按照同極相對(duì)的方式固定在施壓塊上下面的槽中，基座中對(duì)應(yīng)施壓磁鐵的位置固定承壓磁鐵，所述施壓磁鐵的磁極方向與承壓磁鐵的磁極方向相反；施壓塊與承壓裝置外殼間隙配合，施壓塊加工有限位臺(tái)，限位臺(tái)沿排斥力方向限制在承壓裝置外殼空腔的上部；承壓裝置外殼加工有限位臺(tái)，限制在基座的凹槽中；

傳動(dòng)桿為Z字型結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)水平部分和一個(gè)垂直部分，上方的水平部分穿過施壓塊，變速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套接在下方的水平部分里，傳動(dòng)桿所在平面與水平面所成夾角小于90°，傳動(dòng)桿以轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線方向?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)；

變速箱的齒輪與小型發(fā)電機(jī)輸入軸上的齒輪嚙合，小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能通過發(fā)電機(jī)輸出接線柱輸出，發(fā)電機(jī)輸出接線柱通過導(dǎo)線與能量處理模塊連接，能量處理模塊由檔板封裝在基座的空腔里，所述擋板上設(shè)有能量輸出接口，電能由能量輸出接口輸出。

進(jìn)一步地，所述基座封裝能量處理模塊的空腔上表面加工有基座通孔，擋板通過基座通孔將能量處理模塊封裝。

進(jìn)一步地，所述輔助施壓磁鐵、施壓磁鐵以及承壓磁鐵均為軸向充磁，輔助施壓磁鐵半徑長度小于施壓磁鐵，施壓磁鐵與承壓磁鐵半徑長度一致。

進(jìn)一步地，所述傳動(dòng)桿下方水平部分的端部加工成與轉(zhuǎn)動(dòng)軸端部相套接的空腔。

進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部為半圓柱，傳動(dòng)桿與轉(zhuǎn)動(dòng)軸套接的水平部分的端部加工成半圓柱空腔。

有益效果：

1、本發(fā)明利用電磁式承壓裝置將人行走時(shí)踩壓鞋底的能量通過傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過變速箱，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電能。本發(fā)明將作用位移短，幅值大的踩壓力，通過承壓裝置、傳動(dòng)裝置和變速箱轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)軸的高速旋轉(zhuǎn)，提高了發(fā)電效率。

2、本發(fā)明的變速箱和發(fā)電機(jī)為市場上可購買到的小型減速電機(jī)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠且體積小。

3、本發(fā)明的承壓裝置利用的是同極相對(duì)的強(qiáng)磁鐵的斥力，沒有機(jī)械磨損，且強(qiáng)磁鐵的矯頑力較大，基本不會(huì)退磁，即此裝置較可靠。

4、本發(fā)明裝置能減少人體行走足部踏地時(shí)的沖擊力，起到緩沖作用，對(duì)人體膝蓋有保護(hù)作用。

5、足部抬離地面時(shí)，同極相對(duì)的磁體組的斥力輔助人體足部抬離地面，使人行走更加舒適。

6、轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部為半圓柱，傳動(dòng)桿與轉(zhuǎn)動(dòng)軸套接的水平桿端部加工成半圓柱體空腔，這種套接形式使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)不打滑且避免剛性損壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3機(jī)械能采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是傳動(dòng)桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-基座，2-能量處理模塊，3-導(dǎo)線，4-小型發(fā)電機(jī)，5-擋板，6-能量輸出接口，7-變速箱，8-轉(zhuǎn)動(dòng)軸，9-輔助施壓磁鐵，10-傳動(dòng)桿，11-施壓塊，12-承壓裝置外殼，13-施壓磁鐵，14-承壓磁鐵，15-發(fā)電機(jī)輸出接線柱，16-承壓裝置外殼外棱，17-凹槽，18-基座通孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其各部分的設(shè)計(jì)和選材如下所述：

本實(shí)施例采用的施壓磁鐵13、輔助施壓磁鐵9以及承壓磁鐵14均為銣鐵硼永磁體材料，銣鐵硼磁性強(qiáng)，且矯頑力大，在此裝置的應(yīng)用環(huán)境下不易退磁。

本實(shí)施例的傳動(dòng)桿10，如圖4所示，選用6061型號(hào)厚度為5mm的鋁板，按圖紙尺寸，用線切割機(jī)切成寬度為5mm的Z字型桿件，再在短臂的方形中心用線切割機(jī)按轉(zhuǎn)動(dòng)軸8的尺寸切成透孔以便套接，最后用半圓形挫刀手工將搖把銼成圓形。

本實(shí)施例的變速箱7和小型發(fā)電機(jī)4選用市場上可購買到的小型減速電機(jī)，變速箱7與小型發(fā)電機(jī)4是一個(gè)整體，對(duì)其進(jìn)行反向應(yīng)用發(fā)電。結(jié)構(gòu)可靠，且體積小，適用于足部的狹小空間。

本實(shí)施例的能量處理模塊2分為整流模塊、穩(wěn)壓模塊、儲(chǔ)能模塊及電能輸出模塊。整流模塊采用導(dǎo)通壓降小的鍺二極管組成的橋式整流路，穩(wěn)壓模塊采用5V穩(wěn)壓芯片，儲(chǔ)能模塊采用超級(jí)電容器，超級(jí)電容器充放電循環(huán)次數(shù)大，使用壽命長，對(duì)充電電流要求低，且能量密度大，適用于本發(fā)電裝置的斷續(xù)反復(fù)地電能輸出特點(diǎn)。

上述部件完成選型后，即可以按照說明附圖所示的連接方式將各個(gè)部件連接起來。

本發(fā)明提供的人體足部機(jī)械能發(fā)電裝置，包括：基座1、能量處理模塊2、導(dǎo)線3、小型發(fā)電機(jī)4、擋板5、變速箱7、轉(zhuǎn)動(dòng)軸8、輔助施壓磁鐵9、傳動(dòng)桿10、施壓塊11、承壓裝置外殼12、施壓磁鐵13、承壓磁鐵14、發(fā)電機(jī)輸出接線柱15；其中，輔助施壓磁鐵9、施壓磁鐵13、承壓磁鐵14、施壓塊11、承壓裝置外殼12組成承壓裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)軸8、傳動(dòng)桿10組成傳動(dòng)部件，小型發(fā)電機(jī)4、擋板5、變速箱7、發(fā)電機(jī)輸出接線柱15、導(dǎo)線3、基座1組成發(fā)電裝置，發(fā)電裝置與電能處理模塊連接進(jìn)行發(fā)電，如附圖4所示；

本實(shí)施方式中的承壓裝置和基座1均由3D打印制作。

如附圖3所示，輔助施壓磁鐵9和施壓磁鐵13按照同極相對(duì)的方式固定在施壓塊11上下面的槽中，基座1中對(duì)應(yīng)施壓磁鐵13的位置固定承壓磁鐵14，所述施壓磁鐵13的磁極方向與承壓磁鐵14的磁極方向相反；施壓塊11與承壓裝置外殼12間隙配合，施壓塊11加工有限位臺(tái)，限位臺(tái)沿排斥力方向限制在承壓裝置外殼12空腔的上部；承壓裝置外殼12加工有限位臺(tái)，限制在基座1的凹槽17中。輔助施壓磁鐵9、施壓磁鐵13以及承壓磁鐵14均為軸向充磁，輔助施壓磁鐵9半徑長度小于施壓磁鐵13，施壓磁鐵13與承壓磁鐵14半徑長度一致。

如附圖1所示，傳動(dòng)桿10為Z字型結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)水平部分和一個(gè)垂直部分，上方的水平部分穿過施壓塊11，變速箱7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸8套接在下方的水平部分里，傳動(dòng)桿10所在平面與水平面所成夾角小于90°，Z字型傳動(dòng)桿10以轉(zhuǎn)動(dòng)軸8的軸線方向?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。

變速箱7的齒輪與小型發(fā)電機(jī)4輸入軸上的齒輪嚙合，小型發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生電能通過發(fā)電機(jī)輸出接線柱15輸出，發(fā)電機(jī)輸出接線柱15通過導(dǎo)線3與能量處理模塊2連接，能量處理模塊2由檔板5封裝在基座1的空腔里，所述擋板5上設(shè)有能量輸出接口6，電能由能量輸出接口6輸出，如附圖2所示?；?封裝能量處理模塊2的空腔上表面加工有基座通孔18，擋板5通過基座通孔18將能量處理模塊2封裝。

人體行走腳部踩壓地面時(shí)，足部踩壓施壓塊11，施壓塊11在重力的作用下往下運(yùn)動(dòng)，直到重力被平衡。而穿插在施壓塊11中的傳動(dòng)桿10也跟隨施壓塊11向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，通過變速箱7的加速，小型發(fā)電機(jī)4的軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)出電能通過發(fā)電機(jī)輸出接線柱15和導(dǎo)線3輸出到能量處理模塊2；當(dāng)足部抬離地面時(shí)，施壓塊11上承受的重力消失，施壓塊11在施壓磁鐵13與承壓磁鐵14同極相斥力的作用下，向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)傳動(dòng)桿10向上運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，通過變速箱7的加速，小型發(fā)電機(jī)4反向高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)出電能通過發(fā)電機(jī)輸出接線柱15和導(dǎo)線3輸出到能量處理模塊2；如此反復(fù)循環(huán)，電機(jī)產(chǎn)生的交流電輸入到能量處理模塊2，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓，存儲(chǔ)在能量處理模塊2的超級(jí)電容器中，也可以由能量輸出USB接口輸出電能。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。