CN102536714A - 基于双振动模型的动能捕获装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双振动模型的动能捕获装置，包括两级振动结构、定子以及位于定子内部的动子，第一级振动结构包括依次串联的第一弹簧、质量块和第二弹簧；第二级振动结构包括连接在质量块侧边的悬臂梁，悬臂梁的末端固定有铁芯，其上缠绕有线圈；铁芯和线圈共同构成动子；所述定子包括永磁磁铁。第一级振动系统用于吸收外界的振动，第二级振动系统用于放大第一级振动系统的振动；线圈在不均匀磁场中运动，从而产生了感应电流。本发明结构简单，制作方便，可以自动捕获环境中的振动并转换为电能进行了利用，扩大了可利用能量的来源，特别适合用在不方便供电的场合供给电子设备使用。

Description

基于双振动模型的动能捕获装置及其方法

技术领域

本发明涉及可再生能源领域，具体涉及收集外界振动能量并转化为电能的装置及方法。

背景技术

 随着国防的现代化，士兵在野外作业都需要随身携带一系列电子设备，例如GPS、通信设备等，这些设备的能源供给主要来自电池。虽然电池技术已经取得了长足进步，但电池的电容量仍然限制着这些电子设备的使用。另一方面，老化问题最终导致电池被抛弃，这也引起了严重的环境问题。因此，寻找一种可替代电池的能源，以供给士兵野外作战所需的随身电子设备是必要和有意义的。根据网络查新，目前还没用与本发明类似的方法或者装置用于捕获外界或者人体动能并作为随身电子设备的供电电源。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于双振动模型的收集外界或者人体动能并转化为电能的装置及方法，该装置结构简单、能够自发捕获外界或者人体脚部动能，并将其转换为电能进行利用，以提高随身电子产品的供电时间，减少能源的浪费，同时减少对环境的污染。

众所周知，人体蕴含着巨大的化学能，其中一部分转化为动能以支持人体的各种活动，其功率最大可达到200W。如果从其中获取一小部分能量，并不会影响人体的正常活动。因此，可以将本发明的装置放置在鞋底中，利用人体在步行中所产生的巨大动能产生振动，从而利用本装置转换为电能供电子设备使用。

本发明采用的技术方案如下所述：

一种基于双振动模型的动能捕获装置，包括两级振动结构、定子以及位于定子内部的动子，其特征在于所述第一级振动结构包括依次串联的第一弹簧、质量块和第二弹簧，第一弹簧的一端固定在质量块的下端，另一端固定在下底座；第二弹簧的一端固定在质量块的上端，另一端固定在上底座；所述第二级振动结构包括连接在质量块侧边的悬臂梁，悬臂梁的末端固定有铁芯，其上缠绕有线圈；铁芯和线圈共同构成动子；所述定子包括永磁磁铁，布置在线圈周围，提供上下方向变化的不均匀磁场。

优选的，所述定子的永磁磁铁为两组，分别按照不同方向布置在线圈前后；所述悬臂梁为两个，分别连接在质量块的两侧。

所述动能捕获装置还包括整流升压电路和储能装置，线圈、整流升压电路和储能装置依次串联连接。

悬臂梁末端的铁芯和线圈既位于双振动系统中，又位于动子系统中，各系统在捕获动能转化为电能的过程中应起到相应的作用。

一种基于双振动模型的动能捕获方法，包括以下步骤：

（1）第一级振动结构捕获外界的振动能量，并转换为系统内部的振动；

（2）第二级振动结构将第一级振动结构的振动进行放大；

（3）第二级振动结构驱动动子系统中的线圈在变化的磁场中运动，产生了不稳定的感生电流；

（4）不稳定的感生电流经整流升压电路调整为具有稳定电压的电流。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明的方法是收集外界或者人体动能并转化为电能，能够以简单的、容易制造的结构自动对人体动能进行回收和利用，扩展了可利用能量的来源，提高了随身电子设备效用，同时也减少了废弃电池等对环境的污染。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图1示出：1、第一弹簧；2、质量块；3、第二弹簧；4、下底座；5、悬臂梁；6、铁芯；7、线圈；8、上底座。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

本发明基于双振动模型的动能捕获装置如图1所示：包括两级振动结构、定子以及位于定子内部的动子，第一级振动结构由第一弹簧1、第二弹簧3和一个质量块2串联组成，第一弹簧1一端串联固定在质量块2上，另一端固定在上底座8上，第二弹簧3一端串联固定在质量块2上，另一端固定在下底座4上，形成用于吸收外界振动的第一级振动系统；质量块的一侧固定有一悬臂梁5，悬臂梁的另一端固定有铁芯6，其上缠绕有线圈7，悬臂梁5与末端的铁芯6、线圈7构成第二级振动系统，用于放大第一级振动系统的振动；悬臂梁5末端的铁芯6和线圈7共同构成了动子；所述的定子包括两组两组永磁磁铁，按照不同方向布置在线圈前后，从而形成一个上下方向变化的不均匀磁场；线圈在不均匀磁场中运动，从而产生了感应电流。

所述动能捕获装置还包括整流升压电路和储能装置，线圈、整流升压电路和储能装置依次串联连接。

基于上述动能捕获装置的方法，包括以下步骤：

（1）第一级振动结构捕获外界的振动能量，并转换为系统内部的振动；

（2）第二级振动结构将第一级振动结构的振动进行放大；

（3）第二级振动结构驱动动子系统中的线圈在变化的磁场中运动，产生了不稳定的感生电流；

（4）不稳定的感生电流经整流升压电路调整为具有稳定电压的电流。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于双振动模型的动能捕获装置，包括两级振动结构、定子以及位于定子内部的动子，其特征在于所述第一级振动结构包括依次串联的第一弹簧、质量块和第二弹簧，第一弹簧的一端固定在质量块的下端，另一端固定在下底座；第二弹簧的一端固定在质量块的上端，另一端固定在上底座；所述第二级振动结构包括连接在质量块侧边的悬臂梁，悬臂梁的末端固定有铁芯，其上缠绕有线圈；铁芯和线圈共同构成动子；所述定子包括永磁磁铁，布置在线圈周围，提供上下方向变化的不均匀磁场。

2.根据权利要求1所述的动能捕获装置，其特征在于所述定子的永磁磁铁为两组。

3.根据权利要求1所述的动能捕获装置，其特征在于所述悬臂梁为两个，分别连接在质量块的两侧。

4.根据权利要求1所述的动能捕获装置，其特征在于还包括整流升压电路。

5.根据权利要求4所述的动能捕获装置，其特征在于还包括储能装置。

6.根据权利要求5所述的动能捕获装置，其特征在于线圈、整流升压电路、储能装置依次串联连接。

7.根据权利要求1~6之一所述装置用于动能捕获的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）第一级振动结构捕获外界的振动能量，并转换为系统内部的振动；

（2）第二级振动结构将第一级振动结构的振动进行放大；

（3）第二级振动结构驱动动子系统中的线圈在变化的磁场中运动，产生了不稳定的感生电流；

（4）不稳定的感生电流经整流升压电路调整为具有稳定电压的电流。