CN114679029B - 一种不倒翁式人体运动俘能器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于振动发电和新能源领域。目的是提供一种不倒翁式人体运动俘能器。该装置可以在人体运动这一复杂的动力学环境下，实现对于人体运动的高效能量回收。技术方案是：一种不倒翁式人体运动俘能器，其特征在于：该装置包括圆弧形外框架、可摆动地定位在外框架内的可磁控不倒翁体以及安装在圆弧形外框架内且与可磁控不倒翁体的摆动端相配合的电磁感应线圈结构。

Description

一种不倒翁式人体运动俘能器
技术领域
本发明属于振动发电和新能源领域，尤其是涉及一种不倒翁式人体运动俘能器。可将人体运动的能量转化为电能，可用于便携式电子设备，无线传感器等低功耗器件供电，特别是可以为野外人员的定位传感器等重要电子元件提供应急供电，降低人员野外失联风险，提高搜救成功率。
背景技术
随着无线传感器在全球的广泛运用于分布，为这些无线传感器提供合适的供能装置成为了相关研究的重点。目前无线传感器主要由电池供能，电池存在寿命有限，需要频繁更换或充电等问题；同时废旧电池对环境存在污染问题，为此发展可以从环境中收集能量的俘能器对于小功率电子产品供电具有重要潜力。
我们所处的环境中，存在各种能量可被收集利用，特别是人体运动产生的动能，无论是正常行走或是跑动运动等产生的能量如果加以收集；尽管功率较小，但已经可以满足一些无线传感器的供电，在不妨碍人体正常活动的同时，可以收集运动产生的能量。特别是对于位于野外的人员，一旦所携带的电源用尽，就会面临失联的风险；如果可以将人体运动的能量转化为可使用的电能，则可以大幅减少野外人员失联风险，同时也为救援提供便利。
不倒翁作为一种传统的玩具，其重心保持在一个较低的位置，底部为圆弧形结构，在静止情况下，重力作用线与底部支承点相重合。当其具有在初始位移或瞬时接触的情况下，不倒翁会倒向一测，随着支承点的变化，重心偏向另一侧，从而产生向另一侧的力矩，促使不倒翁向另一侧摆动，从而导致不倒翁绕其轴线以一定周期内摆动。本发明根据不倒翁的这一的特性，发明了一种不倒翁式人体运动俘能器，调控俘能器与人体运动之间的耦合协调，适应人体运动这一复杂动力学环境下的能量回收。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术的不足，提供一种不倒翁式人体运动俘能器。该装置可以在人体运动这一复杂的动力学环境下，实现对于人体运动的高效能量回收。
本发明提供的技术方案是：
一种不倒翁式人体运动俘能器，其特征在于：该装置包括圆弧形外框架、可摆动地定位在外框架内的可磁控不倒翁体以及安装在圆弧形外框架内且与可磁控不倒翁体的摆动端相配合的电磁感应线圈结构。
所述圆弧形外框架由一个机壳与两块端盖封闭后形成，具有密闭内腔；所述密闭内腔的底端呈圆弧形，机壳底部嵌设有一可与可磁控不倒翁体作用的调频磁铁。
所述可磁控不倒翁体包括一个半圆形配重块、固定在半圆形配重块顶部的一个T形支撑杆以及安装在T形支撑杆的横杆两端的两个磁铁。
所述可磁控不倒翁体放置在所述密闭内腔内，其中的半圆形配重块与圆弧形的机壳底端可摆动地相嵌合。
所述机壳底部开设有调控槽，所述调频磁铁置入调控槽内，以实现对可磁控不倒翁体摆动频率的调节，获得更好的能量回收效果。
所述调控槽水平布置，调控槽的槽口面向端盖；调控槽的左右两侧槽壁各有一往槽内凸出的凸棱，使得调控槽的横截面形成工字形；左右两侧的凸棱将调控槽分为上下两层，上下两层的高度和宽度均与调频磁铁的厚度和宽度相等，使得调频磁铁可以插入在调控槽的上层或下层。
所述电磁感应线圈结构包括相互保持空间以对磁铁运动进行导向的两块导向板以及分别配设有线圈且分别连接在两块导向板两端的两个线圈架；两个线圈架中的通槽均与两块导向板之间的空间相连通，从而形成利于所述圆柱磁铁摆动的通道。
所述半圆形配重块的厚度小于两块端板的间距，磁铁的厚度小于所述线圈架的通槽以及两块导向板之间的空间，以保证可磁控不倒翁体的摆动灵活。
分别配设在两个线圈架上的线圈相串接。
本发明的有益效果是：
1、本发明的俘能器利用不倒翁在受外部激励会发生摆动的特点，通过电磁感应用于采集振动能量，实现人体运动能量的高效回收。
2、不倒翁摆动的固有频率可以通过在底部增加磁铁，通过磁场可以控制不倒翁的固有频率，以适应不同激励频率，使得能量回收效率最大化。
3、本发明结构简单，安全可靠。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明的爆炸示意图。
图3是本发明的外部结构示意图。
图4是本发明的可磁控不倒翁体结构示意图。
图5是本发明的电磁感应线圈结构示意图。
图6是本发明受到外部振动激励时的运动过程示意图。
图7是本发明中调频磁铁在调控槽内的三种状态示意图。
附图标记：
1、端盖；2、导向板；3、机壳；4、磁铁；5、T形支撑杆；6、半圆形配重块；7、调频磁铁；8、线圈架；9、线圈；10、调控槽。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图4所示，所述可磁控不倒翁体包括两块磁铁4（优选圆柱形磁铁）、T形支撑杆5和半圆形配重块（优选半圆形铁磁性金属配重）6。所述圆柱形磁铁4分别安装在T形支撑杆5顶端的横端两侧，所述T形支撑杆5的竖杆底端安装在半圆形配重块6的上表面。所述半圆形配重块放置在机壳3内腔底端的弧形面上。
如图1和5所示，所述电磁感应线圈结构包括两块导向板2、两个线圈架8和两股线圈9。所述线圈9分别缠绕在两个线圈架8上，并且两股线圈9串连在一起，线圈的缠绕方向根据电磁感应定律确定，使得感应电流最大化。线圈通过导线引出连接圆弧形外框架上的接口（全桥整流接口或其他整流接口），接口再连通过超级电容或其他储能电气元件，即可将产生的交流电转化为便于使用的直流电进行储存。超级电容或其他储能电气元件可直接固定在机壳上，也可以另外设置以便于携带的部件。所述线圈架8分别相对安装在机壳3内侧两端，使得磁铁4可以穿过线圈。所述导向板2分别安装在两个线圈架之间，起到导向不倒翁体的作用。所述半圆形配重块的厚度小于两块端板的间距，磁铁的厚度小于所述线圈架的通槽8.1以及两块导向板之间的空间，以保证可磁控不倒翁体的摆动灵活。
如图2和3所示，所述圆弧形外框架包括两块端盖1与机壳3；机壳上安装有调频磁铁7。机壳底部开设有一调控槽10，调控槽水平布置，调控槽的槽口面向端盖，端盖通过螺钉与机壳固定时即可将槽口封闭。调控槽的左右两侧槽壁（参照图7）各有一往槽内凸出的凸棱10.1，使得调控槽的横截面形成工字形。左右两侧的凸棱将调控槽分为上下两层，上下两层的高度和宽度均与调频磁铁7的厚度和宽度相等，使得调频磁铁可以插入在调控槽4的上层或是下层。当调频磁铁位于调控槽的上层时，调频磁铁距离可磁控不倒翁最近，称为状态1，此时的可磁控不倒翁结构固有频率最大；当调频磁铁位于调控槽的下层时，调频磁铁距离可磁控不倒翁距离较远，称为状态2，此时的可磁控不倒翁结构固有频率较小；当不安装调频磁铁时，称为状态3，此时可磁控不倒翁固有频率最小。通过调节调频磁铁距离内部可磁控不倒翁距离的远近，来控制内部可磁控不倒翁结构的固有频率，达到不同的状态，以适应不同激励，可达到更好的能量回收效果。
本发明工作原理：
将该系统安装（可配设便于捆扎的系带进行携带）在人体的手部或脚部：使得携带人肢体摆动方向与不倒翁体摆动方向相同。
当携带人肢体运动时，使得内部不倒翁体偏离平衡位置，造成支承点的变化，重心偏向另一侧，从而产生向另一侧的力矩，促使不倒翁体向另一侧摆动，从而导致不倒翁体绕其轴线以一定周期内摆动，从而带动上方的磁铁不断在线圈9中来回穿梭，形成磁通量变化，从而在线圈中产生感应电流实现了电磁发电。并且针对安装在人体不同位置，所受的激励不同，可以调节调频磁铁7的位置，来实现对与内部可磁控不倒翁体固有摆动频率的控制，达到最佳能量回收效果。同时因为机架内腔底面为圆弧形，不倒翁结构最终会停止在最底部，这也就保证了该系统内部不倒翁体的初始位置保持一定，其工作循环为：图6的(b)→(a)→(b)→(c)→(b)。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种不倒翁式人体运动俘能器，其特征在于：该人体运动俘能器包括圆弧形外框架、可摆动地定位在外框架内的可磁控不倒翁体以及安装在圆弧形外框架内且与可磁控不倒翁体的摆动端相配合的电磁感应线圈结构；
所述圆弧形外框架由一个机壳（3）与两块端盖（1）封闭后形成，具有密闭内腔；所述密闭内腔的底端呈圆弧形，机壳底部嵌设有一可与可磁控不倒翁体作用的调频磁铁（7）；
所述可磁控不倒翁体包括一个半圆形配重块（6）、固定在半圆形配重块顶部的一个T形支撑杆（5）以及安装在T形支撑杆的横杆两端的两个磁铁（4）；
所述可磁控不倒翁体放置在所述密闭内腔内，其中的半圆形配重块与圆弧形的机壳底端可摆动地相嵌合；
所述机壳底端开设有调控槽（10），所述调频磁铁置入调控槽内，以实现对可磁控不倒翁体摆动频率的调节，获得更好的能量回收效果；
所述调控槽水平布置，调控槽的槽口面向端盖；调控槽的左右两侧槽壁各有一往槽内凸出的凸棱（10.1），使得调控槽的横截面形成工字形；左右两侧的凸棱将调控槽分为上下两层，上下两层的高度和宽度均与调频磁铁的厚度和宽度相等，使得调频磁铁可以插入在调控槽的上层或下层。
2.根据权利要求1所述的不倒翁式人体运动俘能器，其特征在于：所述电磁感应线圈结构包括相互保持空间以对磁铁运动进行导向的两块导向板（2）以及分别配设有线圈（9）且分别连接在两块导向板两端的两个线圈架（8）；两个线圈架中的通槽均与两块导向板之间的空间相连通，从而形成利于所述磁铁摆动的通道。
3.根据权利要求2所述的不倒翁式人体运动俘能器，其特征在于：所述半圆形配重块的厚度小于两块端板的间距，磁铁的厚度小于所述线圈架中的通槽以及两块导向板之间的空间，以保证可磁控不倒翁体的摆动灵活。
4.根据权利要求3所述的不倒翁式人体运动俘能器，其特征在于：分别配设在两个线圈架上的线圈相串接。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202798416U (zh) * 2012-09-20 2013-03-13 昆明理工大学 一种不倒翁自发电装置
CN204983829U (zh) * 2015-05-07 2016-01-20 何泰仁 一种免维护地锁
CN205231821U (zh) * 2015-11-26 2016-05-11 欧金阳 一种不倒翁发电装置
CN106357083A (zh) * 2016-11-03 2017-01-25 重庆大学 自平衡型直线电磁式振动能量采集器
CN109505736A (zh) * 2018-10-23 2019-03-22 北京科技大学 一种同时收集风能和水能的复合能源系统的制备方法
CN112311275A (zh) * 2020-10-16 2021-02-02 西安工程大学 一种穿戴式能量采集器及pdms-bt薄膜的制备方法
CN112366980A (zh) * 2020-10-20 2021-02-12 厦门大学 一种不倒翁结构多方向低频振动能量收集器
CN112532103A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 上海大学 一种海洋能量收集装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202798416U (zh) * 2012-09-20 2013-03-13 昆明理工大学 一种不倒翁自发电装置
CN204983829U (zh) * 2015-05-07 2016-01-20 何泰仁 一种免维护地锁
CN205231821U (zh) * 2015-11-26 2016-05-11 欧金阳 一种不倒翁发电装置
CN106357083A (zh) * 2016-11-03 2017-01-25 重庆大学 自平衡型直线电磁式振动能量采集器
CN109505736A (zh) * 2018-10-23 2019-03-22 北京科技大学 一种同时收集风能和水能的复合能源系统的制备方法
CN112311275A (zh) * 2020-10-16 2021-02-02 西安工程大学 一种穿戴式能量采集器及pdms-bt薄膜的制备方法
CN112366980A (zh) * 2020-10-20 2021-02-12 厦门大学 一种不倒翁结构多方向低频振动能量收集器
CN112532103A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 上海大学 一种海洋能量收集装置

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