[发明专利]一种应用于背包的馈能式机械护具

说明书

本发明公开了一种应用于背包的馈能式机械护具，该机械护具是由一条与人体紧密贴合的护腰带和布置在腰带中间的机械馈能减振装置组成。馈能减振装置能够将人体在负重行进过程中与背包的相对振动机械能转化为电能并储存起来。同时，能够将背包施加给人体肩部的压力的一部分分解到腰部，以改善背包与人体之间的力学关系。馈能减振装置由弹簧、机械传动机构和发电机构等组成。系统所需要的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动势提供，通过调节发电机的工作状态可以实现人体与背包之间动力学关系的主动控制。系统收集的电能可用于照明、无线通信等负载所需的关键能量。该机械护具具有体积小、重量轻、穿戴方便等特点，适用于各种类型的背包。

技术领域

本发明涉及一种行走能量采集发电装置，特别是涉及一种在人体负重运动过程中收集人体与背包相对振动的机械能并将所收集的机械能转化为可用电能的机械护具。

背景技术

背包作为一种普遍式负载运输方式，常发生在学生上学、野外求生、军事行军及登山训练等过程。但携带过多的行李会增加人体的负重，人体负重过大或负重时间过长都会导致肩部损伤。根据相关研究结果表示，人体肩部的疲劳感是一个不断累积增加的过程，即人体在处于负重状态下时肩部的压力累积随着时间的推移而不断增加。此外，肩部的压力累积还与负重大小成正比。人体在背负25kg负重的情况下，51分钟后人体肩部的累积压力便达到155N。据报道，青少年低背痛、脊柱侧弯、过度驼背和前凸等肌骨系统疾病与背包负重密切相关。同时，儿童、青少年时期由于背包负重量过大而导致的背痛还会对其成年后的肌骨系统健康造成影响。

相关研究表明，人体每天消耗的能量可达1.07e⁷J。这些能量有相当大的一部分是由于在行走或奔跑过程中人体重心不断地波动，使得人体需要克服地球的引力做功而消耗的，这一部分能量消耗是无法避免的。当人体处于负重状态下时，由于人体的重心波动，会使得背包也难以静止，而背包并不是与人体重心的运动保持同步的，背包的运动相对于人体重心的波动有滞后的特性，这使得背包与人体间产生相对运动。背包运动的机械能来自于人体，最终都是人体克服万有引力做功消耗能量，这不仅增加了人体肩部的压力，也使得人体由于背负背包需要消耗更多的能量。

据检索，目前已有将行走能量采集发电的背包装置，如公开号为CN201173169Y 的中国专利申请公开了一种背包式发电装置，包括一发电模块、一发电机及一背包，发电模块由二组加速齿轮与一齿条所组成，发电模块与发电机的整体结构组合于背包背带上，背负背包行走时产生的自然上下律动，令发电机发电。

又如公开号CN102562498A 的中国专利申请公开了一种悬挂运动式发电装置和包含该装置的背包，其包括悬挂于运动体上的悬挂单元、获取运动体活动或运动过程中产生的运动动能的缓冲单元、用于传递所述运动动能的传动单元，以及发电单元，传动单元将缓冲单元获取的运动动能传递至发电单元，发电单元将传动单元传递的运动动能转化为电能。

上述两种对行走能量采集发电背包的技术方案均存在不足之处，第一种技术方案的装置其发电量只能在一个非常微小的量级，且该装置对于装配精度的要求高，导致制造成本高，且润滑不方便，并易出现齿轮错位等故障；另外该装置没有能量存储模块和电压稳定模块，发出来的电能既不能储存也不能直接利用。第二种技术方案的装置利用悬挂体运动直接发电，会增加行走过程中的颠簸，影响背包的舒适性，而悬挂体本身具有不小的重量，增加人体行动负担，造成得不偿失的困扰。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种应用于背包的馈能式机械护具，该机械护具可改善负重运动过程中人体与背包之间的动力学关系，减轻人体肩部的压力，同时收集背包与人体相对振动的能量。该机械护具可应用于各种不同类型的背包，且能向多种电子设备提供电力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案是：