CN110138275A - 一种微型混合能源热电转换器 - Google Patents

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程丹松
刘晓芳
袁亮枢
何俊纬
程树康
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了一种微型混合能源热电转换器，包括：机壳(1)和设置于机壳(1)内部的动能生热能结构(2)、热电转换结构，和设置于机壳(1)一侧的热能采集板(3)，所述热能采集板(3)或所述动能生热能结构(2)采集设置于机壳(1)一端的热传导热源的第一热能，所述热电转换结构的热端与所述热能采集板和/或动能生热能结构(2)相连接，机壳的外端作为热电转换结构的冷端，利用热端与冷端的温度差产生电压。其可以保证在传导热能采集不足时能够维持热电转换器热端与冷端的温差，确保输出电压稳定。

Description

一种微型混合能源热电转换器
技术领域
本发明属于一种微型混合能源热电转换装置，属于能源领域。
背景技术
许多仪器仪表需要微型热源供电。如智能手表等。智能手表这种产品已面世多年，但直到目前为止各大厂商都无法解决续航力不高的问题,基本上每天都需要充电,使用起来不太方便。虽然Matrix Industries公司研制的热电驱动智能手表Matrix PowerWatch利用人体体温将热量透过皮肤传送到手表的表背后，与较冷的金属外壳形成温差，进而可让内部的小型热能发电设备产生出一定能量的电力。但是在一些特殊情况(如在热带地区气温和人体体温相近的情况下)，人体体温并不能给手表提供持续稳定的能量，充电效果并不是很好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微型混合能源热电转换器，用于解决现有技术的问题。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种微型混合能源热电转换器，包括：机壳(1)和设置于机壳(1)内部的动能生热能结构(2)、热电转换结构，和设置于机壳(1)一侧的热能采集板(3)，所述热能采集板(3)或所述动能生热能结构(2)采集设置于机壳(1)一端的热传导热源的第一热能，所述热电转换结构的热端与所述热能采集板和/或动能生热能结构(2)相连接，机壳的外端作为热电转换结构的冷端，利用热端与冷端的温度差产生电压。
优选的是，所述动能生热能结构(2)包括：偏心摆陀(206)、具有多个磁极的永磁盘(4)、铜片(201)以及铁片(209)，其中，所述偏心摆陀(206)与永磁盘(4)固定构成转动部件(207)；所述铜片(201)以及铁片(209)固定构成固定部件(208)，且转动部件(207)通过轴承(204)套在轴(205)上，并可自由摆动，所述轴(205)固定在固定部件(208)上，所述转动部件(207)和固定部件(208)之间具有气隙(202)。
优选的是，所述偏心摆陀(206)具有摆陀轴和摆轮，其中，摆陀轴连接所述固定部件(208)的铜片和铁片；所述永磁盘(4)通过固定销(203)安装于所述偏心摆陀(206)的摆轮上。
优选的是，所述永磁盘为圆形盘体，表面上具有N极和S极交替分布的永磁体(401)，并在圆形盘体的表面上形成n对磁极，n为大于等于1的正整数；
所述偏心摆陀(206)在静止时保持重心向下，当外力带动混合能源热电转换器发生位移时，则所述偏心摆陀(206)基于惯性在轴心约束下转化为摆动，进而切割永磁盘(4)的磁力线，把机械能直接转化成热能。
优选的是，当外力带动混合能源热电转换器发生位移时，偏心摆陀带动永磁盘转动产生旋转磁场，旋转的磁场使固定部件的铜片内产生感应电流，同时也会在铁片中产生二次电流，两部分电流做功，将动能直接转换成第二热能。
优选的是，所述热电转换结构的热端与所述铁片相连，并获取第二热能，并基于第二热能和冷端的温度差产生电压。
优选的是，所述热传导热源为近距离接触的人体热源。
本发明的有益效果在于，与其他微热生电结构相比，其兼具以下优点：所述的微型混合能源热电转换器利用动能生热能结构采集输入系统的微动能，并将其直接转换成热量，与热能采集结构采集的传导热能互相补充，保证在传导热能采集不足时能够维持热电转换器热端与冷端的温差，确保输出电压稳定。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明微型混合能源热电转换器的结构示意图；
图2是本发明微型混合能源热电转换器的动能生热能结构的示意图；
图3是本发明微型混合能源热电转换器的中永磁盘的第一实施例的示意图；
图4是本发明微型混合能源热电转换器的中永磁盘的第一实施例的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明是为解决现有的微热生电装置中热能供给不稳定，进而无法提供稳定电能的问题，提供了一种混合能源热电转换装置的结构形式，利用旋转电磁感应原理将采集的微动能直接转换成微热能，与热能采集环节互相补充，维持热电转换装置的热端与冷端具有足够的温差，从而保证输出足够的电能。
其中，所述微型混合能源热电转换结构，包含动能生热能结构、热能采集结构、热电转换结构。所述的动能生热能结构包括转动部件、固定部件和联接部件，转动部件由自动偏心摆陀和永磁盘构成，固定部件由铜片和钢片构成的，联接部件包括固定销、轴和轴承；转动部件采集动能，利用旋转电磁感应原理将动能直接转换成热能；热能采集结构利用导热性能良好的材料收集近距离接触的热源带来的热能(如人体温和固定部件的热能)；所述热电转换结构热端与热能采集板相连，冷端与外机壳连接，利用热端和冷端的温度差产生电压。
更具体地说，所述微型多能源热电转换器，包含动能生热能结构、热能采集板、热电转换结构等几部分：
a)所述的动能生热能结构利用自动偏心摆陀采集动能，利用旋转电磁感应装置将动能直接转换成热能；
b)所述热能采集板利用导热性能良好的材料收集近距离接触的热源带来的热能(如人体温)；
c)所述热电转换结构利用热端和冷端的温度差产生电压。
d)与人体体温热电转换器等联合供电，构成混合能源。
本发明的原理为利用旋转电磁感应原理将采集的微动能直接转换成微热能，与热能采集环节互相补充，维持热电转换装置的热端与冷端具有足够的温差，从而保证输出足够的电压。
如图1-4所示，一种微型混合能源热电转换器，包括：机壳(1)和设置于机壳(1)内部的动能生热能结构(2)、热电转换结构，和设置于机壳(1)一侧的热能采集板(3)，所述热能采集板(3)或所述动能生热能结构(2)采集设置于机壳(1)一端的热传导热源A的第一热能，所述热电转换结构的热端B与所述热能采集板和/或动能生热能结构(2)相连接，机壳的外端作为热电转换结构的冷端C，利用热端与冷端的温度差产生电压。
其中，如图1所示，所述的热能采集板采集近距离传导热能量，所述的动能生热能结构采集输入系统的微动能，利用旋转电磁感应原理将动能转直接换成热能传递给热能采集板；热能采集板作为热电转换装置的热端，机壳的外端作为热电转换装置的冷端，利用热端与冷端的温度差产生电压。
其中，如图2、3和4所示，优选的是，所述动能生热能结构(2)包括：偏心摆陀(206)、具有多个磁极的永磁盘(4)、铜片(201)以及铁片(209)，其中，所述偏心摆陀(206)与永磁盘(4)固定构成转动部件(207)；所述铜片(201)以及铁片(209)固定构成固定部件(208)，且转动部件(207)通过轴承(204)套在轴(205)上，并可自由摆动，所述轴(205)固定在固定部件(208)上，所述转动部件(207)和固定部件(208)之间具有气隙(202)。
优选的是，所述偏心摆陀(206)具有摆陀轴和摆轮，其中，摆陀轴连接所述固定部件(208)的铜片和铁片；所述永磁盘(4)通过固定销(203)安装于所述偏心摆陀(206)的摆轮上。
优选的是，所述永磁盘为圆形盘体，表面上具有N极和S极交替分布的永磁体(401)，并在圆形盘体的表面上形成n对磁极，n为大于等于1的正整数；
所述偏心摆陀(206)在静止时保持重心向下，当外力带动混合能源热电转换器发生位移时，则所述偏心摆陀(206)基于惯性在轴心约束下转化为摆动，进而切割永磁盘(4)的磁力线，把机械能直接转化成热能。
优选的是，当外力带动混合能源热电转换器发生位移时，偏心摆陀带动永磁盘转动产生旋转磁场，旋转的磁场使固定部件的铜片内产生感应电流，同时也会在铁片中产生二次电流，两部分电流做功，将动能直接转换成第二热能。
优选的是，所述热电转换结构的热端与所述铁片相连，并获取第二热能，并基于第二热能和冷端的温度差产生电压。
优选的是，所述热传导热源为近距离接触的人体热源。
本发明在在原有体温热能转换器的基础上，设计了多能源混合热电转换装置，利用旋转电磁原理，在手表的自动偏心摆陀轴上加上铜片和钢片，在摆轮上安装多极磁钢片形成磁场，自动偏心摆陀的自身重力使其在静止时保持重心向下，运动时则惯性在轴心约束下转化为摆动，进而切割磁力线，把机械能直接转化热能。
其中，在第一个实施例中，所述的微型混合能源热电转换器利用热能采集片采集近距离热源所传导的热能，比如人的体温等，使热能采集片温度升高，该采集片作为热电转换装置的热端，机壳的外端作为热电转换装置的冷端，热电转换装置利用冷热端面的温度差产生电压。
此外，在另外一个实施例中，当所述的微型混合能源热电转换器在外力带动下产生位移时，内部的自动偏心摆陀在重力的作用下进行摆动，带动永磁盘旋转，固定部件上的铜片切割磁力线产生电动势，进而产生涡电流，产生热量；此外感应电流在钢片内引起磁滞涡流，导致铁心发热，两部分热量叠加，使铁心温度升高，通过热传导，将热量传递给热能采集板，使之温度升高，维持热电转换结构冷端与热端之间的温度差，产生电压输出。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微型混合能源热电转换器，其特征在于，包括：机壳(1)和设置于机壳(1)内部的动能生热能结构(2)、热电转换结构，和设置于机壳(1)一侧的热能采集板(3)，所述热能采集板(3)或所述动能生热能结构(2)采集设置于机壳(1)一端的热传导热源的第一热能，所述热电转换结构的热端与所述热能采集板和/或动能生热能结构(2)相连接，机壳的外端作为热电转换结构的冷端，利用热端与冷端的温度差产生电压。
2.根据权利要求1所述的微型混合能源热电转换器，其特征在于，所述动能生热能结构(2)包括：偏心摆陀(206)、具有多个磁极的永磁盘(4)、铜片(201)以及铁片(209)，其中，所述偏心摆陀(206)与永磁盘(4)固定构成转动部件(207)；所述铜片(201)以及铁片(209)固定构成固定部件(208)，且转动部件(207)通过轴承(204)套在轴(205)上，并可自由摆动，所述轴(205)固定在固定部件(208)上，所述转动部件(207)和固定部件(208)之间具有气隙(202)。
3.根据权利要求2所述的微型混合能源热电转换器，其特征在于，所述偏心摆陀(206)具有摆陀轴和摆轮，其中，摆陀轴连接所述固定部件(208)的铜片和铁片；所述永磁盘(4)通过固定销(203)安装于所述偏心摆陀(206)的摆轮上。
4.根据权利要求2或3所述的微型混合能源热电转换器，其特征在于，所述永磁盘为圆形盘体，表面上具有N极和S极交替分布的永磁体(401)，并在圆形盘体的表面上形成n对磁极，n为大于等于1的正整数；
所述偏心摆陀(206)在静止时保持重心向下，当外力带动混合能源热电转换器发生位移时，则所述偏心摆陀(206)基于惯性在轴心约束下转化为摆动，进而切割永磁盘(4)的磁力线，把机械能直接转化成热能。
5.根据权利要求4所述的微型混合能源热电转换器，其特征在于，当外力带动混合能源热电转换器发生位移时，偏心摆陀带动永磁盘转动产生旋转磁场，旋转的磁场使固定部件的铜片内产生感应电流，同时也会在铁片中产生二次电流，两部分电流做功，将动能直接转换成第二热能。
6.根据权利要求5所述的微型混合能源热电转换器，其特征在于，所述热电转换结构的热端与所述铁片相连，并获取第二热能，并基于第二热能和冷端的温度差产生电压。
7.根据权利要求1所述的微型混合能源热电转换器，其特征在于，所述热传导热源为近距离接触的人体热源。
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