一种轻运动环保发电装置论文和设计-谷雷

全文摘要

本发明公开了一种轻运动环保发电装置，属于运动发电技术领域，包括用于发电的踩踏发电模块和用于蓄电的电池，所述踩踏发电模块通过稳压器和充放电保护一体板与电池连接，所述踩踏发电模块包括外框架、踏板、异形齿轮、棘轮齿轮组和发电机，所述踏板、异形齿轮、棘轮齿轮组和发电机均安装在外框架内，所述踏板与异形齿轮固定连接，所述异形齿轮下方设有回复弹簧，所述异形齿轮与棘轮齿轮组啮合连接，棘轮齿轮组与发电机的输入轴连接。本发明结构简单，方便老人、学生和上班族人员的使用，在使用中，无需全身心投入，因此还可同时开展阅读、学习和工作等事务，使用人群广泛。

主设计要求

1.一种轻运动环保发电装置，其特征在于，包括用于发电的踩踏发电模块和用于蓄电的电池，所述踩踏发电模块通过稳压器和充放电保护一体板与电池连接，所述踩踏发电模块包括外框架(201)、踏板(202)、异形齿轮(205)、棘轮齿轮组和发电机(209)，所述踏板(202)、异形齿轮(205)、棘轮齿轮组和发电机(209)均安装在外框架(201)内，所述踏板(202)与异形齿轮(205)固定连接，所述异形齿轮(205)下方设有回复弹簧(204)，所述异形齿轮(205)与棘轮齿轮组啮合连接，棘轮齿轮组与发电机(209)的输入轴连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述稳压器和充放电保护一体板之间设有二极管(101)。

3.根据权利要求1所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述电池通过开关(103)连接有LED灯珠(104)。

4.根据权利要求1所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述踏板(202)的下方设有压力开关，所述压力开关连接有计数器。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述棘轮齿轮组包括同轴的一个主齿轮(206)、中间轮和从齿轮(207)，所述主齿轮(206)与异形齿轮(205)啮合连接，所述从齿轮(207)与发电机(209)输入轴连接，所述中间轮设置在主齿轮(206)内部并与从齿轮(207)固定连接，所述中间轮的圆周上设有棘爪，所述主齿轮(206)内壁设有用于与棘爪啮合的内棘轮齿。

6.根据权利要求5所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述发电机(209)的输入轴连接有发电机齿轮(208)，所述发电机齿轮(208)与从齿轮(207)啮合连接。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述异形齿轮(205)为一个带有开口的圆形齿轮，所述踏板(202)固定在异形齿轮(205)开口的下沿。

8.根据权利要求7所述的轻运动环保发电装置，其特征在于，所述开口的扇面角度范围为60°-120°。

设计说明书

技术领域

本发明涉及运动发电技术领域，特别涉及一种轻运动环保发电装置。

背景技术

目前，带有锻炼性质的人力发电机主要是手摇式发电机和自行车踏板式发电机等类型，可适应于野外作业、户外旅游、应急、区域缺电等状态下应用，手摇发电机便携性较好，但一般较为费力，耗时较长，不太适合于有手上工作同时锻炼。自行车踏板式发电机采用脚踏方式，装置结构较大，占地空间大，发电效率较手摇发电机高，适合于以锻炼为主的活动同时产生电能的场合，其不便移动，锻炼发电的同时基本上需要全身心投入，上肢难以开展其它工作。

发明内容

本发明提供了一种轻运动环保发电装置，其优点是可用于运动发电，体积小巧，适用人群广。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种轻运动环保发电装置，包括用于发电的踩踏发电模块和用于蓄电的电池，所述踩踏发电模块通过稳压器和充放电保护一体板与电池连接，所述踩踏发电模块包括外框架、踏板、异形齿轮、棘轮齿轮组和发电机，所述踏板、异形齿轮、棘轮齿轮组和发电机均安装在外框架内，所述踏板与异形齿轮固定连接，所述异形齿轮下方设有回复弹簧，所述异形齿轮与棘轮齿轮组啮合连接，棘轮齿轮组与发电机的输入轴连接。

通过上述技术方案，踏板发电模块用于踩踏发电，具体的，踏板经踩踏后带动异形齿轮转动，异形齿轮通过棘轮齿轮组带动发电机工作，发电机发电，发电机输出的电力经过稳压器调节电压后给电池充电，完成了通过脚部踩踏运动完成发电并存储电力的过程，充放电保护一体板具有过流保护、过压保护、短路保护和过温保护功能，本发明结构简单，方便老人、学生和上班族人员的使用，在使用中，无需全身心投入，因此还可同时开展阅读、学习和工作等事务，使用人群广泛。

本发明进一步设置为，所述稳压器和充放电保护一体板之间设有二极管。

通过上述技术方案，二极管可避免电流回流，起到单向导通作用。

本发明进一步设置为，所述电池通过开关连接有LED灯珠。

通过上述技术方案，本发明在实现发电储存的同时，还能提供照明，可用于户外旅游、应急、区域缺电等情况。

本发明进一步设置为，所述踏板的下方设有压力开关，所述压力开关连接有计数器。

通过上述技术方案，每踩踏一次踏板时，踏板移动触发压力开关，压力开关的输出信号发送至计数器，实现了对踩踏次数的计数，从而用户在使用本发明中的轻运动环保发电装置时，可知晓自己的运动量。

本发明进一步设置为，所述棘轮齿轮组包括同轴的一个主齿轮、中间轮和从齿轮，所述主齿轮与异形齿轮啮合连接，所述从齿轮与发电机输入轴连接，所述中间轮设置在主齿轮内部并与从齿轮固定连接，所述中间轮的圆周上设有棘爪，所述主齿轮内壁设有用于与棘爪啮合的内棘轮齿。

通过上述技术方案，异形齿轮带动齿轮转动，主齿轮通过中间轮带动从齿轮转动，主齿轮和与中间轮之间棘轮棘爪单向传动连接，踩踏踏板时，能使从齿轮单向转动，保证了发电机的发电效率。

本发明进一步设置为，所述发电机的输入轴连接有发电机齿轮，所述发电机齿轮与从齿轮啮合连接。

通过上述技术方案，从齿轮转动时通过发电机齿轮带动发电机转动，传动平稳效率高。

本发明进一步设置为，所述异形齿轮为一个带有开口的圆形齿轮，所述踏板固定在异形齿轮开口的下沿。

通过上述技术方案，方便用户踩踏踏板，设置开口使用户在踩踏踏板时不易踩到异形齿轮，踩踏更舒适。

本发明进一步设置为，所述开口的扇面角度范围为60°-120°。

综上所述，本发明的有益效果有：

1．本发明中的轻运动环保发电装置结构简单体积小巧，适用人群广；

2．本发明中的轻运动环保发电装置只需通过脚步踩踏运动即可发电，可用于学生、上班族在学习工作之余使用时，使用时可同时展开工作或学习，也用于老年人或病患的身体恢复，运动强度适当，既能起到运动的效果，又不至于对身体造成损伤；

3．安装压力开关和计数器对用户的踩踏次数进行反馈，可刺激用户多做运动。

附图说明

图1是本发明实施例的原理图；

图2是本发明实施例中踩踏发电模块的结构图；

图3是本发明实施例中异形齿轮的结构图；

图4是本发明实施例中棘轮齿轮组的结构图。

图中，101、二极管；102、USB接口；103、开关；104、LED灯珠；201、外框架；202、踏板；203、底板；204、回复弹簧；205、异形齿轮；206、主齿轮；207、从齿轮；208、发电机齿轮；209、发电机；210、发电机固定架；211、第一固定轴；212、第二固定轴；301、异形轮齿；401、主轮齿；402、从轮齿。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例：参考图1-4，一种轻运动环保发电装置，包括用于发电的踩踏发电模块和用于蓄电的电池，所述踩踏发电模块通过稳压器和充放电保护一体板与电池连接，电池选用锂电池，稳压器和充放电保护一体板均为电子行业常用设备，市面上有多种型号可供选择，充放电保护一体板上带有USB接口102，可通过USB接口102输出电力供手机等电子产品充电使用。踩踏发电模块包括外框架201、踏板202、异形齿轮205、棘轮齿轮组和发电机209，所述踏板202、异形齿轮205、棘轮齿轮组和发电机209均安装在外框架201内，所述踏板202与异形齿轮205固定连接，所述异形齿轮205下方设有回复弹簧204，所述异形齿轮205与棘轮齿轮组啮合连接，棘轮齿轮组与发电机209的输入轴连接。踏板202发电模块用于踩踏发电，具体的，踏板202经踩踏后带动异形齿轮205转动，异形齿轮205通过棘轮齿轮组带动发电机209工作，发电机209发电，发电机209输出的电力经过稳压器调节电压后给电池充电，完成了通过脚部踩踏运动完成发电并存储电力的过程，充放电保护一体板具有过流保护、过压保护、短路保护和过温保护功能，本发明结构简单，方便老人、学生和上班族人员的使用，在使用中，无需全身心投入，因此还可同时开展阅读、学习和工作等事务，使用人群广泛。所述稳压器和充放电保护一体板之间设有二极管101。二极管101可避免电流回流，起到单向导通作用。

棘轮齿轮组包括同轴的一个主齿轮206、中间轮和从齿轮207，所述主齿轮206与异形齿轮205啮合连接，所述从齿轮207与发电机209输入轴连接，所述中间轮设置在主齿轮206内部并与从齿轮207固定连接，所述中间轮的圆周上设有棘爪，所述主齿轮206内壁设有用于与棘爪啮合的内棘轮齿。异形齿轮205带动齿轮转动，主齿轮206通过中间轮带动从齿轮207转动，主齿轮206和与中间轮之间通过棘轮棘爪单向传动连接，踩踏踏板202时，能使从齿轮207单向转动，保证了发电机209的发电效率。为了保证棘爪与内棘轮之间的良好接触，棘爪与中间轮之间设有预紧弹簧，预紧弹簧给予棘爪一定的推力，使棘爪能够与内棘轮良好接触。

发电机209的输入轴连接有发电机齿轮208，所述发电机齿轮208与从齿轮207啮合连接。从齿轮207转动时通过发电机齿轮208带动发电机209转动，传动平稳效率高。

异形齿轮205为一个带有开口的圆形齿轮，所述踏板202固定在异形齿轮205开口的下沿。开口的设置方便用户踩踏踏板202，设置开口使用户在踩踏踏板202时不易踩到异形齿轮205，踩踏更舒适。所述开口的扇面角度范围为60°-120°，优选的，开口的扇面角度为90°。

进一步的，电池通过开关103连接有LED灯珠104，在实现发电储存的同时，还能提供照明，可用于户外旅游、应急、区域缺电等情况。

进一步的，踏板202的下方设有压力开关，压力开关连接有计数器。每踩踏一次踏板202时，踏板202移动触发压力开关，压力开关的输出信号发送至计数器，实现了对踩踏次数的计数，从而用户在使用本发明中的轻运动环保发电装置时，可知晓自己的运动量。

进一步的，锂电池连接有电量显示器。

具体的，稳压器为DC-DC直流可调降压稳压器，将发电机产生的3V-40V电压输入，得到稳定的5V电压， 5V电压进入充放电保护一体板，经降压后将电能输入给3.7V标准电压锂电池存储，充放电保护一体板具有过流保护、过压保护、短路保护和过温保护功能，放电效率可达到96%，采用的锂电池容量为6700mAh，重量为98g。也可将电能直接通过USB接口102输出，输出电压为5V,输出电流0-2.1A，适用于一般USB 充电。

稳压器和充放电保护一体板之间的二极管101可避免电流回流，起到单向导通作用。锂电池的电量情况可以通过电量显示器读出，以百分比的形式显示，便于及时了解锂电池充放电情况。锂电池的电能可以通过合上开关103，直接供给LED灯珠104做照明使用，可供给自身系统计数器使用，也可通过充放电保护一体板上的USB接口102输出供手机等电子产品充电使用。发电系统中计数器和压力开关可采集和显示踩踏发电模块的踩踏运动次数、运动时间、消耗热量等数据，其中压力开关安装于踩踏发电模块中，具体安装在踏板的下方。

外框架201安装于底板203之上，踩踏发电模块的主要结构安装于外框架201内部。首先，踏板202与异形齿轮205相连，异形齿轮205通过第二固定轴212固定于外框架201上，异形齿轮205下部左右两侧通过弹簧204与底板203相连。当向下踩踏踏板202，异形齿轮205会产生逆时针转动图示方向，主齿轮206与异形齿轮205相连，异形齿轮205的逆时针转动会使主齿轮206产生顺时针转动，主齿轮206带动从齿轮207顺时针转动，主齿轮206和从齿轮207通过第一固定轴211固定于外框架201上。从齿轮207进一步带动发电机齿轮208逆时针转动，可产生电能输出，发电机209通过发电机固定架210固定于外框架201上。计数的压力开关安装在踩踏发电模块的踏板202底部和底板203上部，踏板202底向下和底板203接近时，传感器计数一次。

当撤去踩踏力后，因为弹簧204的作用，异形齿轮205会顺时针转动回到初始位置，主齿轮206的外部会逆时针转动，由于主齿轮206与中间轮之间的棘轮棘爪传动关系，反向运动时主齿轮206不向从齿轮207传递动力，此时不会使从齿轮207产生转动，避免发电机齿轮208反向转动。

异形齿轮205结构如图3所示，异形齿轮205外侧为异形轮齿301，左上部四分之一为空缺，与踏板202相连便于脚部踩踏，异形齿轮205中心为轴孔，便于通过固定轴212固定于外框架201上。

棘轮齿轮组结构如图4所示，棘轮齿轮组包括主齿轮206和从齿轮207，主齿轮206外侧为主轮齿401。当主齿轮206外侧顺时针转动时，内部内棘轮通过棘爪带中心轮转动，中心轮与从齿轮207固定在一起，因此也会带动从齿轮207同向转动；当主齿轮外侧逆时针转动时，运动传递中止。从齿轮207外侧为从轮齿402，通过主齿轮206和从齿轮207直径和轮齿数量比值的变化，改变传动比，加大发电机齿轮208的转速。

通过脚部小幅度踩踏，可有效连续产生电能，电能储存于锂电池中，电能可输出用于照明和充电等。装置结构紧凑合理，应用较为广泛，同时具有娱乐健身的功能。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

设计图

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