CN104038016A - 可穿戴式发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的可穿戴式发电装置，涉及发电装置，解决了现有的发电装置输出电压不稳定、实用性低的问题。本发明实施例中，所述可穿戴式发电装置包括至少一个永磁体、至少一个线圈、至少一个整流装置、第一DC/DC变换器及供电单元，所述永磁体与所述线圈相对设置；所述线圈与所述整流装置电连接；所述整流装置与所述第一DC/DC变换器电连接；所述第一DC/DC变换器与所述供电单元电连接；所述永磁体与所述线圈用于产生相对运动，以产生能够通过所述整流装置使所述第一DC/DC变换器变换为所需的直流电的交流电。本发明主要应用于便携式发电装置中。

Description

可穿戴式发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置，尤其涉及一种可穿戴式发电装置。

背景技术

目前世界能源和环境问题凸显，能源领域的开源节流是一个全世界范围内的课题。为了更好的利用环境能量，一系列新技术如温差发电技术、太阳能发电技术、风力发电技术、微能量收集等被应用，但是这些技术由于受环境限制，不便于携带。而在便携式电子设备领域，通常采用便携式发电装置来更好的利用环境能量给设备补充能量。

现有的便携式发电装置有压力发电鞋和轮滑发电鞋。其中，压力发电鞋至少包括一个永磁体、两个软磁芯、两个线圈、一个永磁体运动导槽、一个线圈骨架、一个压力传导板及一个弹力装置。软磁芯置于线圈骨架中；线圈绕在线圈骨架上，并围绕在软磁芯的周边；永磁体置于永磁体运动导槽中，并通过置于运动导槽的弹力装置使永磁体的N极在初始位置与软磁芯共面，此时软磁芯会产生感应磁场；压力传导板置于永磁体上，并与永磁体的S极相接触，用于传递压力使永磁体向下运动，同时通过动力装置使永磁体在永磁体导槽中做上下的往复运动。其中永磁体在初始位置时，其N极与软磁芯共面，软磁芯产生一种感应磁场，当压力传导板作用时，使永磁体向下运动，则永磁体的N极向下运动，使位于N极之上的S极运动到N极的初始位置，从而永磁体的S极与软磁芯共面，则软磁芯产生另一种感应磁场，之后永磁体在动力装置的作用下向上运动，使N极回到初始位置，在永磁体做上下的往复运动的过程中，感应磁场发生改变，则感应磁场的磁力线的方向发生改变，从而切割线圈，产生电能。产生的该电能为交流电，可以通过整流电路使该交流电转化为直流电，从而为其他耗电设备供电。然而，由于该种压力发电鞋通过永磁体运动来产生电能，则输出电压的大小受永磁体运动的限制，即与人走动时，挤压压力传导板的频率及压力大小有关，导致压力发电鞋的输出电压不稳定。

轮滑发电鞋与压力发电鞋类似，通过轮滑发电鞋中的滑轮转动，带动与滑轮相连的轮滑发电鞋的发电机中的转轮转动，从而使发电机产生交流电，并通过整流稳压器转变为直流电后为其他耗电设备供电。但是，该轮滑发电鞋只能在穿轮滑鞋并运动时才能发电，实用性非常低。

发明内容

本发明的实施例提供一种可穿戴式发电装置，解决了现有的发电装置输出电压不稳定、实用性低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种可穿戴式发电装置，用于穿戴在人体上以发电，包括至少一个永磁体、至少一个线圈、至少一个整流装置、第一DC/DC变换器及供电单元，所述永磁体与所述线圈相对设置；所述线圈与所述整流装置电连接；所述整流装置与所述DC/DC变换器电连接；所述第一DC/DC变换器与所述供电单元电连接；所述永磁体与所述线圈用于产生相对运动，以产生能够通过所述整流装置使所述第一DC/DC变换器变换为所需的直流电的交流电。

具体而言，所述第一DC/DC变换器为降压变换器、升压变换器或升降压变换器。

为了使第一DC/DC变换器有效地对直流电进行变换，所述线圈为多匝线圈和/或所述整流装置为电容串联的倍压整流电路。

本发明实施例提供的电容串联的倍压整流电路的结构有多种，其中一种为：所述电容串联的倍压整流电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容及第三电容，所述第一二极管与第二二极管同向串联构成第一线路；所述第一电容及第二电容串联构成第二线路后与所述第三电容并联；所述第三电容两端为输出端；所述线圈的一端连接在所述第一二极管及第二二极管之间，另一端连接在所述第一电容及第二电容之间。

为了减小第一二极管及第二二极管的压降损耗，所述第一二极管和第二二极管为正向压降较小的二极管。

本发明实施例提供的供电单元的结构有多种，其中一种为：所述供电单元包括第一接口，所述第一接口与所述第一DC/DC变换器电连接。

本发明实施例提供的供电单元的结构有多种，其中另一种为：所述供电单元包括储能元件、第二DC/DC变换器及第二接口，所述储能元件分别与所述第一所述DC/DC变换器及所述第二DC/DC变换器电连接；所述第二DC/DC变换器与所述第二接口电连接。

所述储能元件的种类有多种，其中一种为：所述储能元件为可充电电池。

本发明实施例提供的可穿戴式发电装置，由于永磁体与线圈相对设置，则通过永磁体与线圈之间产生相对运动使永磁体产生的磁场切割线圈，从而产生交流电，该交流电通过整流装置变为直流电，由于设有DC/DC变换器，能够将直流电的电压变换为特定的电压大小，当通过该电压直接向耗电设备供电时，该可穿戴式发电装置的输出电压均通过DC/DC变换器变换后而得到，为一个稳定数值，使其输出电压稳定，另外，通过永磁体与线圈相对运动产生电能的方式易实现，实用性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的可穿戴式发电装置简易示意图；

图2为本发明实施例提供的整流装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的供电单元结构示意图；

图4至图8为本发明实施例提供的可穿戴式发电装置的应用结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供一种可穿戴式发电装置，用于穿戴在人体上以发电，如图1所示，包括至少一个永磁体11、至少一个线圈12、至少一个整流装置13、第一DC/DC变换器14及供电单元15，永磁体11与线圈12相对设置；线圈12与整流装置13电连接；整流装置13与第一DC/DC变换器14电连接；第一DC/DC变换器14与供电单元15电连接；其中，永磁体11与线圈12用于产生相对运动，以产生能够通过整流装置13使第一DC/DC变换器14变换为所需的直流电的交流电。

本发明实施例提供的可穿戴式发电装置中，由于永磁体与线圈相对设置，则通过永磁体与线圈之间产生相对运动使永磁体产生的磁场切割线圈，从而产生交流电，该交流电通过整流装置变为直流电，由于设有DC/DC变换器，能够将直流电的电压变换为特定的电压大小，当通过该电压直接向耗电设备供电时，该可穿戴式发电装置的输出电压均通过DC/DC变换器变换后而得到，为一个稳定数值，使其输出电压稳定，另外，通过永磁体与线圈相对运动产生电能的方式易实现，实用性较高。

上述实施例描述的可穿戴式发电装置中，第一DC/DC变换器14可以为降压变换器、升压变换器或升降压变换器。

对于整流装置13将产生的交流电变为直流电之后，通过第一DC/DC变换器14变换后得到特定的直流电压值。通过该直流电压直接向耗电设备供电时，通常电子设备充电所需要的直流电压为5V，而通过整流装置13整流后的直流电压通常为0.5V或者更小，此时可以采用升压变换器或升降压变换器来提升电压，以达到所需的直流电压大小，其中，在实际操作过程中，有时过多地增加线圈12的匝数或者永磁体11与线圈12之间瞬间相对运动频率较快，则通过整流装置13整流后的直流电压可能会大于5V，此时需要通过降压变换器或升降压变换器来降低电压，以达到所需的直流电压大小，则可以根据供电需求来第一调整DC/DC变换器14，保证输出电压的稳定性。

上述实施例描述的可穿戴式发电装置中，线圈12可以为多匝线圈和/或整流装置13可以为电容串联的倍压整流电路。

上述实施例提到通常电子设备充电所需要的直流电压为5V，同时通常变换器14的输入电压若过低则该DC/DC变换器14无法正常工作来完成电压的变换，则单纯通过一匝线圈及一个整流电路所产生的电能过小，无法达到第一DC/DC变换器14工作所需的电压值，此时可以对产生电能的位置做改进，也可以对整流装置13做改进，从而提升直流电的电压来供电。其中，前者可以通过增加线圈的匝数来增加产生的电能，后者则为通过将整流装置13设为倍压整流电路来使交流电通过整流电路后变为数值较大的直流电。

上述实施例描述的可穿戴式发电装置中，如图2所示，电容串联的倍压整流电路可以包括第一二极管21、第二二极管22、第一电容23、第二电容24及第三电容25，第一二极管21与第二二极管22同向串联构成第一线路；第一电容23及第二电容24串联构成第二线路后与第三电容25并联；第三电容25两端为输出端；其中，线圈12的一端连接在第一二极管21及第二二极管22之间，另一端连接在第一电容24及第二电容25之间。

图2所示的倍压整流电路中，通过切割线圈产生的交流电，当连接在第一二极管21及第二二极管22之间的线圈12的一端为正极、连接在第一电容23及第二电容24之间的线圈12的另一端为负极时，电流仅流经第一二极管21来给第一电容23充电；当连接在第一二极管21及第二二极管22之间的线圈12的一端为负极、连接在第一电容23及第二电容24之间的线圈12的另一端为正极时电流仅流经第二二极管22来给第二电容24充电。由于第一电容23及第二电容24串联后与第三电容25并联，则相当于第一电容23及第二电容24共同向第三电容25充电，且第三电容25两端为输出端，则增大了输出的直流电压。

当然，也可以通过多个倍压整流电路串联，即多个第三电容25串联后作为输出端来输出电压，能更好的实现直流电压的抬升。其中每个倍压整流电路均连接有一个线圈12。

上述实施例描述的可穿戴式发电装置中，第一二极管21和第二二极管22可以为正向压降较小的二极管。对于二极管而言，均存在压降损耗，则选择压降相对较小的二极管能有效的减小压降损耗，从而减小产生的交流电的电能损耗，间接提高了变换后的直流电的电能，提高了整流装置13的整流效率。

上述实施例描述的可穿戴式发电装置中的供电单元15用于向耗电设备供应电能，其可以直接向耗电设备供应电能，也可以通过先储能后向耗电设备供应电能。下面对这两种方式进行详细的说明。

方式1

供电单元15包括第一接口，第一接口与第一DC/DC变换器14电连接。所述第一接口用于连接耗电设备，并向耗电设备供应电能。另外，该接口可以采用USB接口或其它结构的接口，其中，USB接口为较常用的手机或其它便携式电子设备的充电接口。

方式2

如图3所示，供电单元15包括储能元件31、第二DC/DC变换器32及第二接口33，储能元件31分别与第一所述DC/DC变换器14及所述第二DC/DC变换器32电连接；第二DC/DC变换器32与第二接口33电连接。采用储能元件31能够有效地将变换后的电能存储起来，能够防止电能的浪费，同时可穿戴式发电装置在初始时产生的电能过小，无法向耗电设备供应电能，则能够通过第二DC/DC变换器32来抬升电压，以向耗电设备供应电能。

其中，储能元件31通过第一DC/DC变换器14来完成充电，此时，第一DC/DC变换器14所变换后输出的电压应控制为不大于储能元件的最高充电电压。例如，当储能元件31为锂电池，且通常便携式电子设备的锂电池的最高充电电压为4.2V，则需要调整第一DC/DC变换器14，使其变换后的输出电压值稳定在小于4.2V的一个数值，从而对锂电池进行充电；之后锂电池开始供电，上述实施例已提到，通常便携式电子设备的充电电压为5V，则此时通过第二DC/DC变换器32来提升锂电池的输出电压，使该电压增至为5V，再通过第二接口33来给耗电设备供应电能。

另外，供电单元15也可以采用电能储存及供应电能同时进行的方式。

上述实施例描述的可穿戴式发电装置中，储能元件31可以为可充电电池。可充电电池为较常用且可长期使用的一种电池，例如上述的锂电池，当然，储能元件31也可以为能够储存电能的其它储能元件。

对于上述实施例描述的可穿戴式发电装置，其能够应用于人的身体上、人所穿戴的裤子、上衣或鞋子中，当然也可以应用于其它的方面。

当可穿戴式发电装置应用于人的身体上时，如图4和图5所示，该可穿戴式发电装置包括第一部分及第二部分，第一部分包括永磁体11及第一本体41，永磁体11固定在第一本体41上；第二部分包括第二本体42、线圈12、整流装置13、第一DC/DC变换器14及供电单元15，且线圈12、整流装置13、第一DC/DC变换器14及供电单元15固定在第二本体42上；其中，第一本体41固定在人的一条腿上，第二本体42固定在人的另一条腿上和/或第一本体41固定在人的胳膊上，第二本体42固定在人的身体上。

图4和图5中，第一本体41及第二本体42均设有连接件43，连接件43用于分别将第一本体41及第二本体42固定在人的腿、胳膊或身体上。待第一本体41及第二本体42固定好之后，调整第一本体41及第二本体42的位置，使人以立正姿势站立不动时，永磁体11与线圈12相对设置，在人走动的过程中，两条腿或两只胳膊会持续往复运动，两条腿之间会产生相对运动，两条胳膊与人的上半身之间也会产生相对运动，从而使永磁体11与线圈12之间产生相对运动，则线圈12中的磁场发生改变，即磁通量发生改变，从而产生电能，该电能依次通过整流装置13、第一DC/DC变换器14及供电单元15来给耗电设备供电。由此可知，该可穿戴式发电装置是将人体的动能转化为了电能，且能够随时随地对能量进行收集，由于人体的动能较大，且为持续能源，则该穿戴式发电装置相比技术的发电装置产生的功率较大，且有效地利用了人体产生的能量。

当可穿戴式发电装置应用于人穿的裤子、上衣或鞋子中时，分别如图6至图8所示，与上述穿戴式发电装置应用于人的身体上时原理相同，人在走动的过程中，通过胳膊、腿和脚的运动使永磁体11与线圈12之间产生相对运动，从而产生电能，并通过整流装置13将交流电变为直流电、DC/DC变换器升降压后，通过供电单元15给耗电设备供电。

其中，裤子、上衣和鞋子通过永磁体11及线圈12产生的电能可以同时使用同一整流装置13、第一DC/DC变换器14及供电单元15。且永磁体11与线圈12可以交错或交叠设置，便于可穿戴式发电装置的线路连接。

此处需要说明的是，图4至图7中均已该可穿戴式发电装置包括两个永磁体11及两个线圈12为例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种可穿戴式发电装置，用于穿戴在人体上以发电，其特征在于，包括至少一个永磁体、至少一个线圈、至少一个整流装置、第一DC/DC变换器及供电单元，所述永磁体与所述线圈相对设置；所述线圈与所述整流装置电连接；所述整流装置与所述第一DC/DC变换器电连接；所述第一DC/DC变换器与所述供电单元电连接；

所述永磁体与所述线圈用于产生相对运动，以产生能够通过所述整流装置使所述第一DC/DC变换器变换为所需的直流电的交流电。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述第一DC/DC变换器为降压变换器、升压变换器或升降压变换器。

3.根据权利要求1或2所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述线圈为多匝线圈和/或所述整流装置为电容串联的倍压整流电路。

4.根据权利要求3所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述电容串联的倍压整流电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容及第三电容，所述第一二极管与第二二极管同向串联构成第一线路；所述第一电容及第二电容串联构成第二线路后与所述第三电容并联；所述第三电容两端为输出端；

所述线圈的一端连接在所述第一二极管及第二二极管之间，另一端连接在所述第一电容及第二电容之间。

5.根据权利要求4所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管为正向压降较小的二极管。

6.根据权利要求1或2所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述供电单元包括第一接口，所述第一接口与所述第一DC/DC变换器电连接。

7.根据权利要求1或2所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述供电单元包括储能元件、第二DC/DC变换器及第二接口，所述储能元件分别与所述第一所述DC/DC变换器及所述第二DC/DC变换器电连接；所述第二DC/DC变换器与所述第二接口电连接。

8.根据权利要求7所述的可穿戴式发电装置，其特征在于，所述储能元件为可充电电池。