CN105533980A - 发电背带连结扣 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电背带连结扣，包括连结扣边框、超磁致伸缩材料发电结构和感应线圈。连结扣边框用于将发电背带连结扣连接至外部装备，感应线圈绕套在超磁致伸缩材料发电结构上，并与接口电路相连。超磁致伸缩发电结构由第一磁铁、超磁致伸缩材料杆、第二磁铁和波纹板状弹簧结构依次连接而成，并连接成闭合磁路。超磁致伸缩材料杆由超磁致伸缩材料制备而成。波纹板状弹簧结构由软磁材料制备而成，并具有波纹板状结构。本发明背带连结扣依据逆磁致伸缩原理把人体行走时所产生的一部分机械能转化为电能，从而向各种用电器供电或者把电能存储于蓄电装置中。本发明发电背带连结扣适用于各种款式背包，使用方便，应用广泛。

Description

发电背带连结扣
技术领域
本发明涉及机械和电学技术领域，特别涉及发电背带连结扣。
背景技术
随着社会的不断发展，人类面临着能源紧缺、全球气候变暖等严重问题，寻找和利用清洁能源是各国都在重点解决的重大问题之一。近年来，一些研究人员开始尝试以人体能量作为能量来源。人体能量采集技术主要包括人体机械能采集技术、人体热能采集技术和人体生物能采集技术。
人在运动时会产生冲击和振动，采集这些机械能，可以很方便地为其随身携带的电子设备提供能量。人体振动能量采集方面的研究在人体能量采集技术中最为突出，这是因为振动能量在人们日常活动中更为普遍存在。
现有技术中采集人体机械能的一些便携式发电器，如发电鞋和发电背包等，按其发电原理可以分为两大类：一类是利用电磁感应线圈切割磁力线进行发电的电磁式结构；另一类是基于压电效应的压电式结构。对于具有电磁式结构的便携式发电器，线圈切割磁感应线圈的速度取决于人体运动的速度，通常切割速度较慢，因而发电效率较低，为此大多是通过增加发电装置的体积和重量来增加发电量；而对于具有压电式结构的便携式发电器，机电耦合系数和机械品质因子决定了其发电量，压电材料通常难以同时兼具有高的机电耦合系数和高的机械品质因子，因此能量转换效率也不高。
近年来出现了一种超磁致伸缩材料，它也可实现将电能转换为机械能或将机械能转换为电能，它具有应变大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快和输出力大等优点，并且已经开始在传感器和超声换能器等方面得到了初步应用，然而它应用于人体能量采集方面的工作还鲜有开展。
发明内容
针对现有技术中人体机械能采集装置存在的上述问题，本发明提供一种发电背带连结扣。
本发明的技术方案如下：
发电背带连结扣，包括连结扣边框、超磁致伸缩材料发电结构和感应线圈；所述连结扣边框用于将发电背带连结扣连接至外部装备，所述感应线圈绕套在超磁致伸缩材料发电结构上，并与接口电路相连。
作为本发明的进一步改进，所述超磁致伸缩发电结构由第一磁铁、超磁致伸缩材料杆、第二磁铁和波纹板状弹簧结构依次连接而成，并连接成闭合磁路。
作为本发明的进一步改进，所述连结扣边框由两个W形的边框对拼而成，其中，位于外侧的边框通过带有槽口的卡扣部固定连接，位于中部的边框通过超磁致伸缩材料发电结构固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述超磁致伸缩材料杆由超磁致伸缩材料制备而成，超磁致伸缩材料杆在压应力作用下，长度发生变化，其内部磁通密度相应地发生变化，在感应线圈中产生感应电动势，将人体运动时的一部分机械能转换为电能。
作为本发明的进一步改进，所述波纹板状弹簧结构由软磁材料制备而成，并具有波纹板状结构。
作为本发明的进一步改进，根据需要选择所述感应线圈的线圈匝数，以产生不同大小的感应电动势。
作为本发明的进一步改进，所述感应线圈与接口电路连接后，发电背带连结扣单独使用，为用电设备供电，或者与电子装置结合使用，所述电子装置包括电发光体、充放电装置。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的背带连结扣采集人体行走时所携带背包的机械能并转换为电能。
2、本发明的发电背带连结扣结构简单，在很大程度上降低了装置的复杂性，实现了装置的小型化、低成本化和规模化。
3、本发明的发电背带连结扣采用由软磁材料制备而成的波纹板状弹簧结构，并与磁铁及超磁致伸缩材料杆构成闭合磁路，能量损失极小且具有极高的能量转换效率。
4、本发明发电背带连结扣的发电部分形状可任意调整，方便移植，通用性和实用性很强。
附图说明
图1为本发明发电背带连结扣的使用状态示意图。
图2为本发明发电背带连结扣的结构示意图。
图3为发电背带连结扣去除发电结构的结构示意图。
图4为发电背带连结扣中超磁致伸缩发电结构的结构示意图。
图5为超磁致伸缩发电结构中波纹板状弹簧结构的结构示意图。
图6为本发明发电背带连结扣的发电结构连接接口电路模块示意图。
图中：1-背带连接扣；2-感应线圈；3-接口电路；4-连结扣边框；5-超磁致伸缩材料发电结构；6-超磁致伸缩材料杆；7-第一磁铁；8-第二磁铁；9-波纹板状弹簧结构；10-背包；11-背带；12、卡扣部。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
本发明的发电背带连结扣的超磁致伸缩材料发电结构采用超磁致伸缩材料制成，超磁致伸缩材料发电结构上绕套有感应线圈。此发电背带连结扣适用于各种款型的背包，可以直接替换原普通背包的连接扣，使得原背包变成发电背包，发电背包如图1所示，其包括发电背带连结扣1、是背包10、是背带11。因此，人体携带配有该发电背带连结扣的背包时能够高效地把人体运动所产生的部分机械能转换为电能，而且通用性强，适合规模化生产。
本发明的发电背带连结扣的结构如图2所示，包括连结扣边框4、超磁致伸缩材料发电结构5和感应线圈2。人体携带配有该发电背带连结扣1的背包10时，由于人体行走时重心上下起伏的变化带动背包10的重心与之相应的上下起伏变化，从而使得背带连接扣1上的超磁致伸缩材料发电结构5中超磁致伸缩材料杆6强度发生变化的应力作用，根据磁致伸缩原理，超磁致伸缩材料杆6内部的磁通量发生变化，从而在感应线圈2中产生感应电动势。
本发明发电背带连结扣去除发电结构的连结扣边框4的结构如图3所示，连结扣边框4由两个W形的边框对拼而成，其中，位于外侧的边框通过带有槽口的卡扣部12固定连接，位于中部的边框通过超磁致伸缩材料发电结构5固定连接。
本发明的发电背带连结扣中超磁致伸缩材料发电结构5的结构如图4所示，该发电结构包括超磁致伸缩材料杆6、第一磁铁7、第二磁铁8和波纹板状弹簧结构9，并形成闭合磁路。其中，波纹板状弹簧结构9的结构如图5所示，由软磁材料制备而成，具有非常小的弹性系数，在超磁致伸缩材料杆6发生弹性形变时，它相应地发生弹性形变。由于它具有较小的弹性系数，对超磁致伸缩材料杆所发生形变的阻力较小，从而极大地减小了对发电背带连结扣的发电效率产生的影响。超磁致伸缩材料发电结构5上的感应线圈2由于磁通量的变化而产生感应电动势，实现人体运动的部分机械能转化成电能。实际应用时，如图6所示，感应线圈2与外围接口电路模块3相连后可以单独使用，也可以与各种电子装置结合起来使用，如充电装置、电发光体和电加热体等。该发电背带连结扣可以方便的移植到各种背包上，使用方便，通用性强，适合规模化生产。
综上所述，本发明提供了一种发电背带连结扣，该背带连结扣是依据逆磁致伸缩原理把人体行走时所产生的一部分机械能转化为电能，从而向各种用电器供电或者把电能存储于蓄电装置中。本发明提出的发电背带连结扣中超磁致伸缩材料发电结构采用超磁致伸缩材料制备而成，该发电结构上套绕有感应线圈，感应线圈经相关接口电路与用电器或者储能装置相连。发电背带连结扣中超磁致伸缩材料发电结构由超磁致伸缩材料杆6、磁铁7、磁铁8和由软磁材料制备而成的波纹板状弹簧结构9组成，并形成闭合磁路。其中，波纹板状弹簧结构9具有非常小的弹性系数，在超磁致伸缩材料杆6发生弹性形变时，它相应地发生弹性形变。由于它具有较小的弹性系数，对超磁致伸缩材料杆所发生形变的阻力极小，从而极大地减小了对发电背带连结扣的发电效率产生的影响。本发明发电背带连结扣适用于各种款式背包，使用方便，应用广泛。

Claims (7)

1.发电背带连结扣，其特征在于：包括连结扣边框(4)、超磁致伸缩材料发电结构(5)和感应线圈(2)；所述连结扣边框(4)用于将发电背带连结扣连接至外部装备，所述感应线圈(2)绕套在超磁致伸缩材料发电结构(5)上，并与接口电路(3)相连。
2.根据权利要求1所述的发电背带连结扣，其特征在于：所述超磁致伸缩发电结构由第一磁铁(7)、超磁致伸缩材料杆(6)、第二磁铁(8)和波纹板状弹簧结构(9)依次连接而成，并连接成闭合磁路。
3.根据权利要求1或2所述的发电背带连结扣，其特征在于：所述连结扣边框(4)由两个W形的边框对拼而成，其中，位于外侧的边框通过带有槽口的卡扣部(12)固定连接，位于中部的边框通过超磁致伸缩材料发电结构(5)固定连接。
4.根据权利要求2所述的发电背带连结扣，其特征在于：所述超磁致伸缩材料杆(6)由超磁致伸缩材料制备而成，超磁致伸缩材料杆(6)在压应力作用下，长度发生变化，其内部磁通密度相应地发生变化，在感应线圈(2)中产生感应电动势，将人体运动时的一部分机械能转换为电能。
5.根据权利要求2所述的发电背带连结扣，其特征在于：所述波纹板状弹簧结构(9)由软磁材料制备而成，并具有波纹板状结构。
6.根据权利要求1或2所述的发电背带连结扣，其特征在于：根据需要选择所述感应线圈(2)的线圈匝数，以产生不同大小的感应电动势。
7.根据权利要求1所述的发电背带连结扣，其特征在于：所述感应线圈(2)与接口电路(3)连接后，发电背带连结扣单独使用，为用电设备供电，或者与电子装置结合使用，所述电子装置包括电发光体、充放电装置。
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