CN103825535B - 一种光能动能互补式移动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光能动能互补式移动电源，包括壳体、太阳能电池、蓄电池、动能发电装置和控制电路，其中太阳能电池安装于壳体的表面，蓄电池、动能发电装置和控制电路设置于壳体的内部，太阳能电池和动能发电装置通过控制电路与蓄电池相连，所述的控制电路主要由多组单相桥式整流电路、单相半波整流电路、滤波电容和充电控制电路构成，所述的动能发电装置包括运动强磁铁、固定强磁铁和线圈，其中运动强磁铁可在线圈的内部运动，线圈的上下端口处分别设有固定强磁铁。本发明可以同时利用太阳能和动能进行能量存储，受光照强度、温度等环境条件影响较小，可有效提高移动电子设备的续航能力，是一种清洁、环保、方便的移动供电设备。
Description
技术领域
本发明涉及移动电源技术领域，具体涉及一种光能动能互补式移动电源。
背景技术
移动电子设备的应用日益广泛，如：智能手机、便携式数码摄像机、数码相机和mp3等，各种移动电子设备的续航能力已经成为消费者关注的焦点问题。以智能手机为例，通常一般容量的电池只能保证智能手机使用一天，而且越来越多的智能手机采用内置式的电池设计，电池本身无法更换，给消费者的使用带来许多不便。而普通的充电器由于其地点固定，且需要220V的电源供电，因此充电方式有很大的局限性，不能满足人们对移动设备不间断使用的需求。太阳能移动电源的出现，使移动电子设备的续航能力得到了一定程度上的提升，然而，传统的太阳能移动电源对昼夜的限制和光强、温度等环境的要求较为苛刻，因此，仅靠太阳能往往不能给移动电源提供足够的能量。当消费者有较大供电需求时，必须选择容量较大的电池才能满足需求，采用大容量电池不但会增加投入成本，而且较为笨重，不利于携带。
动能发电是一种利用强力永磁体和线圈做磁场切割运动产生电能的发电方式，其线圈截面一般设计为圆形，即由圆柱形永磁铁在线圈绕制的圆柱型腔体内支线往返运行，进而产生电能。动能发电装置体积小巧，具有良好的环境适应性，能够根据当前需求随时发电，是一种较实用的发电方式。如何提高动能发电装置的发电效率进而提高其发电量，是动能发电产品应用和推广中急需解决的瓶颈问题。另外，动能发电装置必须在运动的过程中才能发电，在使用过程中有一定的局限性。采用动能补偿太阳能，使太阳能移动电源在实现正常运行功能的基础上，能够降低自身对照度、温度、照射角度等外界环境的要求，对提高太阳能移动电源在市场中的竞争力具有重要意义。
因此，有必要设计一种光能动能互补式移动电源，该移动电源可以同时利用太阳能和动能进行能量存储，受昼夜变化、光照强度和温度等环境条件影响较小。通过对动能发电装置的结构进行优化，提高动能发电效率，使其具有良好的环境适应性和实用性。该移动电源不仅继承了太阳能电源清洁、环保、方便的优点，同时能够弥补传统太阳能电源对环境要求较为苛刻的缺点，可有效提高移动电子设备的续航能力。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足而提供了一种光能动能互补式移动电源，该移动电源可以同时利用太阳能和动能进行能量存储，受光照强度、温度等环境条件影响较小，可有效提高移动电子设备的续航能力，是一种清洁、环保、方便的移动供电设备。
本发明的技术方案为：一种光能动能互补式移动电源，其特征在于包括壳体、太阳能电池、蓄电池、动能发电装置和控制电路，其中太阳能电池安装于壳体的表面，蓄电池、动能发电装置和控制电路设置于壳体的内部，太阳能电池和动能发电装置通过控制电路与蓄电池相连，所述的控制电路主要由多组单相桥式整流电路、单相半波整流电路、滤波电容和充电控制电路构成，每组动能发电装置的两端分别与对应的单相桥式整流电路输入端的正、负极相连，太阳能电池的输出端与单相半波整流电路的输入端相连，每组单相桥式整流电路输出端的正、负极分别和单相半波整流电路输出端的正、负极相连，多组单相桥式整流电路和单相半波整流电路共用同一滤波电容，滤波电容通过充电控制电路与蓄电池相连，所述的动能发电装置包括运动强磁铁、固定强磁铁、套筒和线圈，其中运动强磁铁在套筒内部运动，套筒的截面形状为正方形或正三角形，运动强磁铁是与套筒截面形状相对应的柱体强磁铁，套筒的上下端口处分别设有固定强磁铁，固定强磁铁朝向套筒内部的极性与运动强磁铁的极性相同，所述的线圈缠绕于套筒的外侧，线圈缠绕高度与运动强磁铁的高度相同，线圈的中心位于套筒的二分之一处，套筒的高度为运动强磁铁高度的三倍。
本发明和现有技术相比具有如下优点：通过对动能发电装置进行优化提高了其发电效率，同时采用太阳能和动能进行能量存储，发电量大大增加，与太阳能移动电源相比，本发明不受昼夜变化、光照强度、温度等环境条件的影响，具有良好的环境适应性和实用性；与只采用动能发电的移动电源相比，本发明输出电压更稳定，波动更小，可有效提高蓄电池充电效率及使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的线路模块图，图3是本发明的线路连接图，图4是本发明动能发电装置的结构示意图，图5是截面形状为圆形的套筒及运动强磁铁图组成的动能发电装置的输出电压波形图，图6是截面形状为正方形的套筒及运动强磁铁图组成的动能发电装置的输出电压波形图，图7是截面形状为正三角形的套筒及运动强磁铁图组成的动能发电装置的输出电压波形图，图8是动能发电装置的输出电压波形图，图9是本发明的输出电压波形图。
图面说明：1、壳体，2、太阳能电池，3、蓄电池，4、动能发电装置，5、控制电路，6、滤波电容，7、充电控制电路，8、套筒，9、运动强磁铁，10、固定强磁铁，11、线圈。
具体实施方式
结合附图详细描述实施例。一种光能动能互补式移动电源，包括壳体1、太阳能电池2、蓄电池3、动能发电装置4和控制电路5，其中太阳能电池2安装于壳体1的表面，蓄电池3、动能发电装置4和控制电路5设置于壳体1的内部，太阳能电池2和动能发电装置4通过控制电路5与蓄电池3相连，所述的控制电路5主要由多组单相桥式整流电路、单相半波整流电路、滤波电容6和充电控制电路7构成，每组动能发电装置4的两端分别与对应的单相桥式整流电路输入端的正、负极相连，太阳能电池2的输出端与单相半波整流电路的输入端相连，每组单相桥式整流电路输出端的正、负极分别和单相半波整流电路输出端的正、负极相连，多组单相桥式整流电路和单相半波整流电路共用同一滤波电容6，滤波电容6通过充电控制电路7与蓄电池3相连，在采用相同滤波电容6的条件下，通过太阳能发电和动能发电的相互补偿，其输出电压比采用单一动能发电模式下的输出电压更加稳定且电压波动较小，有利于提高蓄电池3的充电效率和使用寿命，所述的动能发电装置4包括运动强磁铁9、固定强磁铁10、套筒8和线圈11，其中运动强磁铁9在套筒8的内部运动，套筒8的截面形状为正方形或正三角形，运动强磁铁9是与套筒8截面形状相对应的柱体强磁铁，套筒8的上下端口处分别设有固定强磁铁10，固定强磁铁10朝向套筒8内部的极性与运动强磁铁9的极性相同，当运动强磁铁9到达套筒8两端时，受到朝向套筒8内部的排斥力，使运动强磁铁9迅速停止并反向运动，所述的线圈11缠绕于套筒8的外侧，线圈11的缠绕高度与运动强磁铁9的高度相同，线圈11的中心位于套筒8的二分之一处，套筒8的高度为运动强磁铁9高度的三倍。
如图4所示，为了提高发电效率，套筒的截面设计为正方形或正三角形，对应的运动强磁铁的形状分别是以正方形或正三角形为截面的柱体，线圈绕制在套筒外侧，绕制高度与运动强磁铁的高度相同，线圈的中心位于套筒的二分之一处，套筒高度为运动强磁铁高度的三倍。分别以套筒截面设计为正方形和正三角形截面的动能发电装置为例，阐述其相对于圆形截面的动能发电装置的优越性。
为了方便分析，对截面为圆形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置和截面为正方形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置进行比较，上述正方形为上述圆形的内接正方形。
截面为圆形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置的输出电压波形如图5所示，截面为正方形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置的输出电压波形如图6所示。由图6可以看出，截面为正方形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置的输出电压大于图5所示的截面为圆形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置。另外，由于套筒截面为内接正方形，因此，截面为正方形的动能发电装置的体积较小，由于运动强磁铁截面为内接正方形，因此，截面为正方形的磁铁体积较小，重量较轻，相同匝数下，线圈总长更短，重量更轻。由以上分析可知，本发明的动能发电装置的体积更小和重量更轻且发电量更大。
对截面为圆形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置和截面为正三角形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置进行比较，上述正三角形为上述圆形的内接正三角形。
设圆形半径为R，其周长为2πR，可得，圆形的内接正三角形的周长为。因此，等长铜线条件下，三角形截面的铜线匝数多于圆形截面的铜线匝数。通过计算可知，在圆形铜线匝数为100匝时，相同的铜线可在三角形截面绕制120匝。
截面为正三角形套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置的输出电压波形如图7所示，由图7可以看出，截面为正三角形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置的输出电压与图5所示的截面为圆形的套筒及运动强磁铁组成的动能发电装置基本相同。由于线圈和磁铁截面为内接正三角形，因此，截面为正三角形的动能发电装置的体积和重量远小于圆形截面的动能发电装置。综上所述，本发明线圈、磁铁和套筒截面设计为正方形和正三角形截面的动能发电装置的体积更小和重量更轻，发电效率更高。
如图8所示，在只采用动能发电装置充电时，其输出电压有明显波动，降低了蓄电池的充电效率和使用寿命。如图9所示，在采用相同滤波电容条件下，通过太阳能发电和动能发电的相互补偿，其输出电压比采用单一动能发电模式下的输出电压更稳定且波动较小，有利于提高蓄电池的充电效率和使用寿命。
综上所述，本发明同时利用太阳能和动能进行能量存储，受昼夜变化、光照强度、温度等环境条件影响较小，具有良好的环境适应性和实用性。该移动电源不仅继承了太阳能电源清洁、环保、方便的优点，同时能够弥补传统太阳能电源对环境要求较为苛刻的缺点，可有效提高移动电子设备的续航能力。
Claims (1)
1.一种光能动能互补式移动电源，其特征在于包括壳体、太阳能电池、蓄电池、动能发电装置和控制电路，其中太阳能电池安装于壳体的表面，蓄电池、动能发电装置和控制电路设置于壳体的内部，太阳能电池和动能发电装置通过控制电路与蓄电池相连，所述的控制电路由多组单相桥式整流电路、一个单相半波整流电路、一个滤波电容和一个充电控制电路构成，每组动能发电装置的两端分别与对应的单相桥式整流电路输入端的正、负极相连，太阳能电池的输出端与单相半波整流电路的输入端相连，每组单相桥式整流电路输出端的正、负极分别和单相半波整流电路输出端的正、负极相连，多组单相桥式整流电路和一个单相半波整流电路共用同一滤波电容，滤波电容通过充电控制电路与蓄电池相连，所述的动能发电装置包括运动强磁铁、固定强磁铁、套筒和线圈，其中运动强磁铁在套筒内部运动，套筒的截面形状为正方形或正三角形，运动强磁铁是与套筒截面形状相对应的柱体强磁铁，套筒的上下端口处分别设有固定强磁铁，固定强磁铁与运动强磁铁彼此靠近端的极性相同，所述的线圈缠绕于套筒的外侧，线圈缠绕高度与运动强磁铁的高度相同，线圈的中心位于套筒的二分之一处，套筒的高度为运动强磁铁高度的三倍。
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