本發(fā)明涉及能量收集，具體涉及一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置。

背景技術(shù)：

1、能源作為推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的核心動(dòng)力，一直是科技進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在工業(yè)革命時(shí)期，化石燃料作為主要能源，極大地推動(dòng)了生產(chǎn)力的提升。然而，化石燃料的不可再生性以及對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，迫使全球社會(huì)加速向可持續(xù)能源體系轉(zhuǎn)型。在這一背景下，太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源因其清潔、可再生的特性，逐漸成為能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要方向。然而，這些能源受地理?xiàng)l件、氣候條件等因素影響，其供給存在間歇性和不穩(wěn)定性，難以滿足所有場(chǎng)景下的持續(xù)能源需求。

2、低頻機(jī)械能作為一種廣泛存在且尚未被充分開發(fā)利用的能源形式，引起了科研界的廣泛關(guān)注。低頻機(jī)械能廣泛分布于自然界及人類日?；顒?dòng)中，如海浪的波動(dòng)、人體的運(yùn)動(dòng)、交通工具的運(yùn)行以及工業(yè)設(shè)備的振動(dòng)等，這些能量源具有潛在的巨大能量?jī)?chǔ)備，但因其能量密度低、頻率多變及波動(dòng)范圍大等特點(diǎn)，給有效捕獲和轉(zhuǎn)換帶來了巨大挑戰(zhàn)。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，盡管壓電式、電磁式和靜電式等能量收集器已經(jīng)在一定程度上解決了部分環(huán)境下的機(jī)械能轉(zhuǎn)化問題，但在面對(duì)低頻機(jī)械能時(shí)，其性能受到顯著限制。尤其是面對(duì)人體活動(dòng)中的低頻機(jī)械能時(shí)，器件尺寸效應(yīng)和低頻響應(yīng)特性等因素進(jìn)一步制約了其能量收集效率和實(shí)用性。納米摩擦式能量收集器作為一種新興技術(shù)，因其獨(dú)特的摩擦電效應(yīng)在低頻機(jī)械能收集領(lǐng)域展現(xiàn)出了一定的潛力。然而，當(dāng)前納米摩擦式能量收集器在發(fā)電功率上仍顯不足，難以滿足大規(guī)模應(yīng)用或復(fù)雜系統(tǒng)供電的需求。

4、因此，設(shè)計(jì)一種能夠高效捕獲并轉(zhuǎn)換低頻機(jī)械能，特別是在人體活動(dòng)場(chǎng)景下表現(xiàn)優(yōu)異的新型能量收集器，對(duì)于推動(dòng)可持續(xù)能源技術(shù)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)能源自給自足具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出現(xiàn)有的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，包括安裝機(jī)構(gòu)、行星加速機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)構(gòu)；所述安裝機(jī)構(gòu)包括固定桿和輸入桿，所述輸入桿的端部和所述固定桿的端部活動(dòng)連接；所述行星加速機(jī)構(gòu)與所述輸入桿相連接，所述行星加速機(jī)構(gòu)用于將所述輸入桿輸入的低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述發(fā)電機(jī)構(gòu)與所述行星加速機(jī)構(gòu)相連接，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)用于將高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能。

3、進(jìn)一步的，所述行星加速機(jī)構(gòu)包括內(nèi)齒輪以及設(shè)置在所述內(nèi)齒輪內(nèi)部的至少一個(gè)行星加速單元；所述行星加速單元的輸入端和所述輸入桿連接，所述行星加速單元的輸出端和所述發(fā)電機(jī)構(gòu)連接。

4、進(jìn)一步的，所述行星加速單元包括行星架，所述行星架上一側(cè)固定連接有行星架輸入軸，另一側(cè)設(shè)有三組行星輪，所述行星輪和所述行星架之間通過行星輪軸和行星輪軸承連接；三組所述行星輪與所述內(nèi)齒輪的內(nèi)側(cè)嚙合，三組所述行星輪之間嚙合有太陽(yáng)輪，且所述太陽(yáng)輪位于所述行星架的中心位置；所述行星架輸入軸和所述輸入桿固定連接，所述太陽(yáng)輪和所述發(fā)電機(jī)構(gòu)固定連接。

5、進(jìn)一步的，所述行星加速單元的數(shù)量設(shè)置為兩個(gè)，兩個(gè)所述行星加速單元沿所述內(nèi)齒輪的軸向方向依次設(shè)置。

6、進(jìn)一步的，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括電磁發(fā)電單元；所述電磁發(fā)電單元包括外殼，所述外殼的內(nèi)側(cè)設(shè)有一圈線圈陣列，所述線圈陣列內(nèi)設(shè)有磁環(huán)，所述磁環(huán)內(nèi)固定有轉(zhuǎn)子輸出軸；所述轉(zhuǎn)子輸出軸一端和所述太陽(yáng)輪固定連接，另一端通過轉(zhuǎn)子軸承和所述外殼連接。

7、進(jìn)一步的，所述線圈陣列通過線圈保持架安裝在所述外殼的內(nèi)側(cè)。

8、進(jìn)一步的，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)還包括摩擦發(fā)電單元；所述摩擦發(fā)電單元包括內(nèi)摩擦層和外摩擦層，所述外摩擦層貼附設(shè)置在所述線圈保持架的內(nèi)壁，所述內(nèi)摩擦層貼附設(shè)置在所述磁環(huán)的外側(cè)。

9、進(jìn)一步的，所述外殼底部開設(shè)有用于所述電磁發(fā)電單元和所述摩擦發(fā)電單元的電極通過的通孔。

10、進(jìn)一步的，所述行星架輸入軸外套設(shè)有單向軸承；所述輸入桿通過所述單向軸承和所述行星架輸入軸連接。

11、進(jìn)一步的，還包括輸入端蓋；所述固定桿和所述輸入端蓋固定連接，所述輸入桿和所述輸入端蓋活動(dòng)連接；所述外殼、內(nèi)齒輪和輸入端蓋的外周均設(shè)有法蘭盤，所述法蘭盤上設(shè)有用于連接的螺紋孔。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、本發(fā)明公開的一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，利用行星加速結(jié)構(gòu)，將膝關(guān)節(jié)的低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電磁轉(zhuǎn)子的高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電磁發(fā)電；同時(shí)，還混合嵌入摩擦發(fā)電，極大提高發(fā)電功率。本發(fā)明能有效解決現(xiàn)有技術(shù)在人體活動(dòng)中的低頻機(jī)械能收集方面的局限性，提高能量收集的效率和穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用和自供能系統(tǒng)的構(gòu)建提供新的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：包括安裝機(jī)構(gòu)(1)、行星加速機(jī)構(gòu)(2)和發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)；所述安裝機(jī)構(gòu)(1)包括固定桿(11)和輸入桿(13)，所述輸入桿(13)的端部和所述固定桿(11)的端部活動(dòng)連接；所述行星加速機(jī)構(gòu)(2)與所述輸入桿(13)相連接，所述行星加速機(jī)構(gòu)(2)用于將所述輸入桿(13)輸入的低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)與所述行星加速機(jī)構(gòu)(2)相連接，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)用于將高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述行星加速機(jī)構(gòu)(2)包括內(nèi)齒輪(21)以及設(shè)置在所述內(nèi)齒輪(21)內(nèi)部的至少一個(gè)行星加速單元；所述行星加速單元的輸入端和所述輸入桿(13)連接，所述行星加速單元的輸出端和所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述行星加速單元包括行星架(23)，所述行星架(23)上一側(cè)固定連接有行星架輸入軸(22)，另一側(cè)設(shè)有三組行星輪(24)，所述行星輪(24)和所述行星架(23)之間通過行星輪軸(25)和行星輪軸承(26)連接；三組所述行星輪(24)與所述內(nèi)齒輪(21)的內(nèi)側(cè)嚙合，三組所述行星輪(24)之間嚙合有太陽(yáng)輪(27)，且所述太陽(yáng)輪(27)位于所述行星架(23)的中心位置；所述行星架輸入軸(22)和所述輸入桿(13)固定連接，所述太陽(yáng)輪(27)和所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)固定連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述行星加速單元的數(shù)量設(shè)置為兩個(gè)，兩個(gè)所述行星加速單元沿所述內(nèi)齒輪(21)的軸向方向依次設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)包括電磁發(fā)電單元；所述電磁發(fā)電單元包括外殼(31)，所述外殼(31)的內(nèi)側(cè)設(shè)有一圈線圈陣列(32)，所述線圈陣列(32)內(nèi)設(shè)有磁環(huán)(33)，所述磁環(huán)(33)內(nèi)固定有轉(zhuǎn)子輸出軸(34)；所述轉(zhuǎn)子輸出軸(34)一端和所述太陽(yáng)輪(27)固定連接，另一端通過轉(zhuǎn)子軸承(35)和所述外殼(31)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述線圈陣列(32)通過線圈保持架(36)安裝在所述外殼(31)的內(nèi)側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(3)還包括摩擦發(fā)電單元；所述摩擦發(fā)電單元包括內(nèi)摩擦層(37)和外摩擦層(38)，所述外摩擦層(38)貼附設(shè)置在所述線圈保持架(36)的內(nèi)壁，所述內(nèi)摩擦層(37)貼附設(shè)置在所述磁環(huán)(33)的外側(cè)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述外殼(31)底部開設(shè)有用于所述電磁發(fā)電單元和所述摩擦發(fā)電單元的電極通過的通孔。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：所述行星架輸入軸(22)外套設(shè)有單向軸承(28)；所述輸入桿(13)通過所述單向軸承(28)和所述行星架輸入軸(22)連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，其特征在于：還包括輸入端蓋(12)；所述固定桿(11)和所述輸入端蓋(12)固定連接，所述輸入桿(13)和所述輸入端蓋(12)活動(dòng)連接；所述外殼(31)、內(nèi)齒輪(21)和輸入端蓋(12)的外周均設(shè)有法蘭盤，所述法蘭盤上設(shè)有用于連接的螺紋孔。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，屬于能量收集技術(shù)領(lǐng)域，包括安裝機(jī)構(gòu)、行星加速機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)構(gòu)；所述安裝機(jī)構(gòu)包括固定桿和輸入桿，所述輸入桿的端部和所述固定桿的端部活動(dòng)連接；所述行星加速機(jī)構(gòu)與所述輸入桿相連接，所述行星加速機(jī)構(gòu)用于將所述輸入桿輸入的低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述發(fā)電機(jī)構(gòu)與所述行星加速機(jī)構(gòu)相連接，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)用于將高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明公開的一種基于行星加速結(jié)構(gòu)的人體俘能裝置，利用行星加速結(jié)構(gòu)，可將膝關(guān)節(jié)的低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電磁轉(zhuǎn)子的高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，極大提高發(fā)電功率。本發(fā)明能有效解決現(xiàn)有技術(shù)在人體活動(dòng)中的低頻機(jī)械能收集方面的局限性，提高能量收集的效率和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：謝燮,辛傳福,李何瑞,彭艷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30