一种摩擦发电装置

本发明涉及一种摩擦发电装置，属于便携式发电设备技术领域。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，人们的日常生活中出现了越来越多的便携式电子设备，例如医疗产品和消费电子。这些便携式电子设备为人们的生活带来便利，同时也带来了便携电子设备的持续供电问题。传统的使用电池供电的方式，不仅增加设备体积重量，也给使用者带来诸多不便。目前，通过收集人体生物力学能量的方式为便携设备供电是可靠的解决方案。人体运动是一个将生物能转换为机械能的过程，同时释放出大量的热能。机械能用于支持人体运动，但是在人体运动过程中，机械能中真正被消耗掉的能量大约只占20%，剩余的能量都以热能的形式散发掉。本发明设计一种摩擦发电装置，用于收集运动中多余的机械能并转换为电能，达到为便携式电子设备供电的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种摩擦发电装置，该发电装置用于收集关节往复滑动时带动滑块与摩擦板摩擦发电，即将产生的机械能转换成电能，从而为便携式电子设备提供电量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种摩擦发电装置，包括摆动臂；

所述摆动臂通过传动机构连接至摩擦发电机构。

所述传动机构包括传动齿轮组，摆动臂连接传动齿轮组，传动齿轮组通过传动杆连接至摩擦发电机构。

所述传动齿轮组包括输入齿轮，所述摆动臂通过输入驱动轴连接至输入齿轮，变速齿轮箱的齿轮箱初级齿轮与输入齿轮啮合，所述变速齿轮箱的齿轮箱终级齿轮与输出齿轮啮合，所述输出齿轮与输出驱动轴固定连接，所述输出驱动轴与传动杆固定连接，所述传动杆包括摇杆，摇杆经由连杆和转动副与摩擦发电机构相连接；所述摩擦发电机构的滑块在摩擦板上往复滑动进行摩擦发电。

进一步地，所述摩擦发电机构包括支撑座；

所述支撑座与承载板紧固连接，导轨的两端由所述支撑座紧固支撑在承载板，摩擦板固定于承载板上，滑块组件套接在导轨上且并可进行往复滑动，所述滑块组件与摩擦板位置相配合，相对滑动后摩擦发电。

进一步地，滑块组件包括滑块一，所述滑块一包括主滑体一，主滑体上设置有滑孔一，用于贯穿导轨，主滑体一的下部依次设置有底板一、电极层一和摩擦起电层一；所述电极层一和摩擦起电层一依次紧固附着在底板一上。

进一步地，所述主滑体一中间设置有一个贯通螺孔一，所述底板一上设置有凸台，所述底板一经由凸台松配合嵌入主滑体一的螺孔一，所述螺孔一上设置有可旋动的螺丝一，所述螺丝一与底板一的凸台之间放置压簧一，所述螺丝一与底板一的凸台之间的压力可通过螺丝一的旋转进行调节，从而控制底板一的摩擦起电层一与摩擦板之间的摩擦力大小。

进一步地，所述摩擦板一设置在承载板上表面，摩擦板一上依次紧固附有电极层二和摩擦起电层二。

进一步地，还包括绑带和关节护具；所述摩擦发电装置固定在关节护具外壳上，所述绑带用于将关节护具固定在人体的膝关节、髋关节或肘关节等关节位置；当膝关节、髋关节或肘关节摆动时，带动所述摆动臂摆动，所述摆动臂产生的转矩经由输入齿轮、输入驱动轴、变速齿轮箱、输出齿轮、输出驱动轴、摇杆、转动副和连接杆后传递到滑块,所述滑块一在摩擦板一上相应进行往复摩擦运动而发电。

进一步地，所述摩擦发电机构的滑块组件包括滑块二和摩擦板二，所述摩擦板二与承载板垂直设置在滑块二的两侧；

所述滑块二包括主滑体二，电极层三、摩擦起电层三依次紧固附着在主滑体二的两外侧面上；

所述摩擦板二依次包括主档板、底板二、电极层四、摩擦起电层四，所述电极层四和摩擦起电层四依次紧固附着在底板二上。

所述主挡板中间设置有一个贯通螺孔，所述底板二上设置有凸台，所述底板二经由凸台松配合嵌入主挡板的螺孔二，所述螺孔二上设置有可旋动的螺丝二，所述螺丝二与底板二的凸台之间放置压簧二，所述螺丝二与底板二的凸台之间的压力可通过螺丝二的旋转进行调节，从而控制底板二的摩擦起电层四与滑块之间的摩擦力大小。

上述的一种摩擦发电装置，当膝关节、髋关节或肘关节摆动时，带动所述摆动臂摆动，所述摆动臂产生的转矩经由输入齿轮、输入驱动轴、变速齿轮箱、输出齿轮、输出驱动轴、摇杆、转动副和连接杆后传递到滑块,所述滑块二在摩擦板二上相应进行往复摩擦运动而发电。

进一步地，所述摩擦发电机构的滑块组件包括滑块三和摩擦板三，所述摩擦板三与承载板垂直设置在支撑座面向滑块三的内侧；

所述滑块三包括主滑体三、摩擦起电层五和电极层五，摩擦起电层五和电极层五依次紧固附着在主滑体三；

所述摩擦板三包括底板三、电极层六、摩擦起电层六和压簧三，所述电极层六和摩擦起电层六依次紧固附着在底板三上，压簧三的一端与底板三紧固连接，压簧三另一端与支撑座紧固连接。

上述的摩擦发电装置，当膝关节、髋关节或肘关节摆动时，带动所述摆动臂摆动，所述摆动臂产生的转矩经由输入齿轮、输入驱动轴、变速齿轮箱、输出齿轮、输出驱动轴、摇杆、转动副和连接杆后传递到滑块三,所述滑块三与摩擦板三进行循环的接触-分离式摩擦发电运动。

进一步地，根据所述的三种不同发电方式，其特征在于可以两两组合实现摩擦发电，还可以三种方式组合实现摩擦发电。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

第一，本发明使用摩擦发电机构。将关节的往复运动转换为滑块的往复滑动，从而产生摩擦发电，可为便携式电子设备持续供电。

第二，本发明使用变速齿轮箱。运动从摆动臂的输入齿轮传递到齿轮箱初级齿轮，变速齿轮箱把初级齿轮所输入的低速旋转运动进行一定比率的增速，使得变速齿轮箱的终级齿轮输出较高的旋转速度，带动输出齿轮高速转动，输出齿轮带动输出驱动轴高速转动，输出驱动轴连接摇杆带动滑块快速往复滑动，底板的摩擦起电层与摩擦板的摩擦起电层快速往复摩擦，获得较高的输出电压。

第三，本发明除了上述发电方式，还提出了两种发电方式，一种是将摩擦发电机构中的滑块一更换为滑块二和摩擦板一更换为摩擦板二；另一种发电方式是将摩擦发电机构中的滑块一更换为滑块三和摩擦板一更换为摩擦板三；

第四，本发明除了上述的发电装置，还拥有配套使用的关节护具将发电装置固定在人体的膝关节、髋关节或肘关节等关节位置，护具上有松紧程度可调的绑带，便于使用者穿戴，同时保护使用者安全。

附图说明

图1是本发明摩擦发电装置的结构示意图；

图2是本发明第一种摩擦发电机构的结构示意图；

图3是本发明滑块一的结构示意图；

图4是本发明摩擦板一的结构示意图；

图5是本发明用作关节发电装置的穿戴状态示例图；

图6是本发明第二种摩擦发电机构的结构示意图；

图7是本发明摩擦板二的结构示意图；

图8是本发明滑块二的结构示意图；

图9是本发明第三种摩擦发电机构的结构示意图；

图10是本发明滑块三的结构示意图；

图11是本发明摩擦板三的结构示意图。

附图中：1、摆动臂；2、输入齿轮；3、输入驱动轴；4、齿轮箱初级齿轮；5、变速齿轮箱；6、齿轮箱终级齿轮；7、输出齿轮；8、输出驱动轴；9、摇杆；10、转动副；11、支撑座；12、导轨；13、连杆；14、滑块一；14-1、主滑体一；14-2、压簧一；14-3、滑孔一；14-4、螺丝一；14-5、底板一；14-6、电极层一；14-7、摩擦起电层一；15、摩擦板一；15-1、摩擦起电层二；15-2、电极层二；16、承载板；17、滑块二；17-1、主滑体二；17-2、螺孔二；17-3、电极层三；17-4、摩擦起电层三；17-5、滑孔二；18、摩擦板二；18-1、底板二；18-2、电极层四；18-3、摩擦起电层四；18-4、主挡板；18-5、螺丝二；18-6、压簧二；19、滑块三；19-1、摩擦起电层五；19-2、电极层五；19-3、主滑体三；19-4、螺孔三；19-5、滑孔三；20、摩擦板三；20-1、底板三；20-2、电极层六；20-3、摩擦起电层六；20-4、压簧三；21、绷带；22关节护具。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1-图5所示，本发明提供一种摩擦发电装置，包括摆动臂1；

所述摆动臂1通过传动机构连接至摩擦发电机构。

所述传动机构包括传动齿轮组，摆动臂1连接传动齿轮组，传动齿轮组通过传动杆连接至摩擦发电机构。

所述传动齿轮组包括输入齿轮2，所述摆动臂1通过输入驱动轴3连接至输入齿轮2，变速齿轮箱5的齿轮箱初级齿轮4与输入齿轮2啮合，所述变速齿轮箱5的齿轮箱终级齿轮6与输出齿轮7啮合，所述输出齿轮7与输出驱动轴8固定连接，所述输出驱动轴8与传动杆固定连接，所述传动杆包括摇杆9，摇杆9经由连杆13和转动副10与摩擦发电机构相连接；所述摩擦发电机构的滑块组件在摩擦板一15上往复滑动进行摩擦发电。

进一步地，所述摩擦发电机构包括支撑座11；

所述支撑座11与承载板16紧固连接，导轨12的两端由所述支撑座11紧固支撑在承载板16，摩擦板一15固定于承载板16上，滑块组件套接在导轨12上且并可进行往复滑动，所述滑块组件与摩擦板一15位置相配合，相对滑动后摩擦发电。

进一步地，滑块组件包括滑块一，所述滑块一包括主滑体一14-1，主滑体14-1上设置有滑孔一14-3，用于贯穿导轨12，主滑体一14-1的下部依次设置有底板一14-5、电极层一14-6和摩擦起电层一14-7；所述电极层一14-6和摩擦起电层一14-7依次紧固附着在底板一14-5上；

进一步地，所述主滑体一14-1中间设置有一个贯通螺孔一，所述底板一14-5上设置有凸台，所述底板一14-5经由凸台松配合嵌入主滑体一14-1的螺孔一，所述螺孔一上设置有可旋动的螺丝一14-4，所述螺丝一14-4与底板一14-5的凸台之间放置压簧一14-2，所述螺丝一14-4与底板一14-5的凸台之间的压力可通过螺丝一14-4的旋转进行调节，从而控制底板一14-5的摩擦起电层一14-7与摩擦板一15之间的摩擦力大小。

所述摩擦板一15设置在承载板16上表面，摩擦板一15上依次紧固附有电极层二15-1和摩擦起电层二15-2。

还包括绑带21和关节护具22；所述摩擦发电装置固定在关节护具22外壳上，所述绑带21与关节护具22连接，绑带21用于将关节护具22固定在人体的关节位置；当膝关节、髋关节或肘关节摆动时，带动所述摆动臂1摆动，所述摆动臂1产生的转矩经由输入齿轮2、输入驱动轴3、变速齿轮箱5、输出齿轮7、输出驱动轴8、摇杆9、转动副10和连接杆13后传递到滑块14,所述滑块一14在摩擦板一15上相应进行往复摩擦运动而发电。

本发明中关节的运动带动摆动臂1的往复运动，将生物力学转换为机械力学。同时变速齿轮箱5提高了齿轮箱初级齿轮4的旋转速度，齿轮箱终级齿轮6获得较高的旋转速度带动输出齿轮7高速往复旋转，输出齿轮7与输出驱动轴8固定，输出驱动轴8驱动摇杆9带动滑块高速往复滑动，提高输出电压。此外，通过滑块一14上的螺丝能够控制压簧14-2的压缩量，控制滑块一14的底板14-5与摩擦板一15之间的相互作用力，从而提升或减小摩擦力，提供输出电压，为便携式电子设备持续供电。

本发电装置的工作过程如下：使用者首先通过绑带21将本发明固定在膝关节处，并根据松紧程度进行调节，如图5所示。当关节发生往复运动时，带动摆动臂1转动，输入驱动轴3随着摆动臂1转动。关节做往复运动导致输入驱动轴3做往复运动，输入齿轮2也做往复运动，与输入齿轮2啮合的变速齿轮箱初级齿轮也随之同一方向做往复运动，变速齿轮箱的终极齿轮6同向旋转并且转速加快，推动输出齿轮7高速往复转动，输出驱动轴8驱动摇杆9带动滑块高速往复滑动，滑块一14底板的摩擦起电层14-7与摩擦板一15之间高速来回摩擦，产生电能，可为便携式电子设备持续供电。

实施例2

如图1-图8所示，一种摩擦发电装置，包括摆动臂1；

所述摆动臂1通过传动机构连接至摩擦发电机构。

所述传动机构包括传动齿轮组，摆动臂1连接传动齿轮组，传动齿轮组通过传动杆连接至摩擦发电机构。

所述传动齿轮组包括输入齿轮2，所述摆动臂1通过输入驱动轴3连接至输入齿轮2，变速齿轮箱5的齿轮箱初级齿轮4与输入齿轮2啮合，所述变速齿轮箱5的齿轮箱终级齿轮6与输出齿轮7啮合，所述输出齿轮7与输出驱动轴8固定连接，所述输出驱动轴8与传动杆固定连接，所述传动杆包括摇杆9，摇杆经由连杆13和转动副10与摩擦发电机构相连接；所述摩擦发电机构的滑块二17在摩擦板二18上往复滑动进行摩擦发电。

所述摩擦发电机构包括支撑座11；

所述支撑座11与承载板16紧固连接，导轨的两端由所述支撑座11紧固支撑在承载板16，摩擦板二18固定于承载板16上，滑块组件套接在导轨12上且并可进行往复滑动，所述滑块组件与摩擦板二位置相配合，相对滑动后摩擦发电。

所述摩擦发电机构的滑块组件包括滑块二17和摩擦板二18，所述摩擦板二18与承载板16垂直设置在滑块二17的两侧；

所述滑块二17包括主滑体二17-1，电极层三17-3、摩擦起电层三17-4依次紧固附着在主滑体二17-1的两外侧面上;

所述摩擦板二18依次包括主档板18-4、底板二18-1、电极层四18-2、摩擦起电层四18-3，所述电极层四18-2和摩擦起电层四18-3依次紧固附着在底板二18-1上；

所述主挡板18-4中间设置有一个贯通螺孔，所述底板二18-1上设置有凸台，所述底板二18-1经由凸台松配合嵌入主挡板18-4的螺孔二，所述螺孔二上设置有可旋动的螺丝二18-5，所述螺丝二18-5与底板二18-1的凸台之间放置压簧二18-6，所述螺丝二18-5与底板二18-1的凸台之间的压力可通过螺丝二18-5的旋转进行调节，从而控制底板二18-1的摩擦起电层四18-3与滑块二17之间的摩擦力大小；

上述的一种摩擦发电装置，当膝关节、髋关节或肘关节摆动时，带动所述摆动臂摆动，所述摆动臂产生的转矩经由输入齿轮2、输入驱动轴3、变速齿轮箱5、输出齿轮7、输出驱动轴8、摇杆9、转动副10和连接杆13后传递到滑块二17,所述滑块二17在摩擦板二18上相应进行往复摩擦运动而发电。

实施例3

如图1-图11所示，一种摩擦发电装置，包括摆动臂1；

所述摆动臂1通过传动机构连接至摩擦发电机构。

所述传动机构包括传动齿轮组，摆动臂1连接传动齿轮组，传动齿轮组通过传动杆连接至摩擦发电机构。

所述传动齿轮组包括输入齿轮2，所述摆动臂1通过输入驱动轴3连接至输入齿轮2，变速齿轮箱5的齿轮箱初级齿轮4与输入齿轮2啮合，所述变速齿轮箱5的齿轮箱终级齿轮6与输出齿轮7啮合，所述输出齿轮7与输出驱动轴8固定连接，所述输出驱动轴8与传动杆固定连接，所述传动杆包括摇杆9，摇杆9经由连杆13和转动副10与摩擦发电机构相连接；所述摩擦发电机构的滑块三19在摩擦板三20上往复滑动进行摩擦发电。

所述摩擦发电机构包括支撑座11；

所述支撑座11与承载板16紧固连接，导轨12的两端由所述支撑座11紧固支撑在承载板16，摩擦板三20固定于承载板16上，滑块组件套接在导轨12上且并可进行往复滑动，所述滑块组件与摩擦板三位置相配合，相对滑动后摩擦发电。

所述摩擦发电机构的滑块组件包括滑块三19和摩擦板三20，所述摩擦板三20与承载板16垂直设置在支撑座11面向滑块三19的内侧；

所述滑块三19包括主滑体三19-3、摩擦起电层五19-1和电极层五19-2，摩擦起电层五19-1和电极层五19-2依次紧固附着在主滑体三19-3；

所述摩擦板三20包括底板三20-1、电极层六20-2、摩擦起电层六20-3和压簧三20-4，所述电极层六20-2和摩擦起电层六20-3依次紧固附着在底板三20-1上，压簧三20-4的一端与底板三20-1紧固连接，压簧三20-4另一端与支撑座11紧固连接。

上述的摩擦发电装置，当膝关节、髋关节或肘关节摆动时，带动所述摆动臂1摆动，所述摆动臂1产生的转矩经由输入齿轮2、输入驱动轴3、变速齿轮箱5、输出齿轮7、输出驱动轴8、摇杆9、转动副10和连接杆13后传递到滑块三19,所述滑块三19与摩擦板三20进行循环的接触-分离式摩擦发电运动。

根据所述的三种不同发电方式，其特征在于可以两两组合实现摩擦发电，还可以三种方式组合实现摩擦发电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。