CN117424422A - 一种陀螺式电磁发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的陀螺式电磁发电装置，涉及发电设备领域，包括轨道装置和滚动装置，轨道装置包括相互固定连接的手持部件和两个轨道本体，各轨道本体包括至少两个具有磁性的弧形的首尾依次相互连接的轨道部，各轨道部的充磁方向与轨道本体的轴向相互平行，且各轨道本体中相邻的两个轨道部的充磁方向相反；滚动装置包括两个第一滚动体和至少一个线圈，第一滚动体能被轨道本体磁性吸附且能在平行于各轨道本体的切线方向的外力作用下沿各轨道本体滚动，线圈设于两个第一滚动体之间且与两个第一滚动体固定连接，线圈的轴线与第一滚动体的轴线平行且线圈的轴线与第一滚动体的轴线不共线。本发明提供的陀螺式电磁发电装置发电能力较高。
Description
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域，特别是涉及一种陀螺式电磁发电装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，人们对于能源的需求和依赖与日俱增。近年来，利用传统的化石燃料发电暴露出越来越多的问题，比如空气污染、温室气体的大量排放以及燃料废弃物处理困难等。特别是，随着微机电技术和电子产业的迅猛发展，无线电子设备的体积也逐渐微型化。能量供应制约着无线电子设备的发展。常用的电池供电的方法存在很多弊端，电池虽然能够提供足够的能量，但是其使用寿命短，需要定期更换，且废弃电池难以回收处理。为了解决这些问题，科研人员不断探索新的发电方式来替代传统的化石燃料发电。从周围环境中获取能量被认为是一种理想的解决方案，如太阳能、热能、机械能和生物能。其中，机械能收集是相对较有前途的发电方式，机械能收集几乎不受外部环境条件的影响，如将人体运动的机械能转化为电能被认为是便携式电子产品的一种较好的能源供应的解决方案。
中国专利CN201410784172.2公开了一种自供能智能运动鞋，通过在鞋跟部位设置压电俘能装置进行发电，具体为当脚踏向地面时，压迫压电单元和压电叠层，当脚离开地面，放松对压电单元和压电叠层的压迫，因此压电单元和压电叠层可以持续回收运动产生的能量，通过能量回收电路处理后给可充电电池充电。但是人体的运动频率较低，约为1-5赫兹，现有的人体运动的机械能的收集装置的激励频率较低，在低工作频率下，装置的发电能力较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种陀螺式电磁发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，发电能力较高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种陀螺式电磁发电装置，其特征在于：包括轨道装置和滚动装置，所述轨道装置包括手持部件和两个轨道本体，所述手持部件与两个所述轨道本体均固定连接；
各所述轨道本体包括至少两个具有磁性的弧形的轨道部，多个所述轨道部的首尾依次相互连接并形成圆环形的各所述轨道本体，各所述轨道部的充磁方向与所述轨道本体的轴向相互平行，且各所述轨道本体中相邻的两个所述轨道部的充磁方向相反；
所述滚动装置包括滚动本体和线圈，所述滚动本体包括第一滚动体，所述第一滚动体为两个，所述线圈至少为一个，各所述第一滚动体能够被各所述轨道本体磁性吸附且能够在平行于各所述轨道本体的切线方向的外力作用下沿各所述轨道本体滚动，各所述线圈设置于两个所述第一滚动体之间且各所述线圈与两个第一滚动体均固定连接，各所述线圈的轴线与所述第一滚动体的轴线相互平行且各所述线圈的轴线与所述第一滚动体的轴线不共线。
优选的，所述线圈为多个，多个所述线圈绕所述第一滚动体的轴线均匀分布。
优选的，多个所述线圈串联连接。
优选的，所述滚动本体还包括第二滚动体，各所述线圈固定连接于所述第二滚动体上，两个所述第一滚动体分别固定连接于所述第二滚动体的两端。
优选的，所述第二滚动体包括外壳和多个线圈槽，各所述线圈槽固定连接于所述外壳的内腔内，各所述线圈槽内固定连接有一个所述线圈，两个所述第一滚动体分别固定连接于所述外壳的两端。
优选的，两个所述第一滚动体的轴线共线，各所述第一滚动体的轴线与所述外壳的轴线共线。
优选的，各所述轨道部为铁氧体磁铁，各所述第一滚动体为能够被磁性吸附的金属。
优选的，所述滚动本体为陀螺。
优选的，各所述线圈的轴线与所述第一滚动体的轴线相互平行且各所述线圈的轴线与所述第一滚动体的轴线不共线。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的陀螺式电磁发电装置，各第一滚动体能够被各轨道本体磁性吸附且能够在平行于各轨道本体的切线方向的外力作用下沿各轨道本体滚动，当在轨道本体所在平面内晃动该陀螺式电磁发电装置时，第一滚动体与轨道本体之间产生相互作用力，第一滚动体在轨道本体的吸附力、人体提供的外力及第一滚动体的惯性力等的作用下，可以沿轨道本体滚动，即将人体的低频运动，转换为线圈的高频运动；各轨道部的充磁方向与轨道本体的轴向相互平行，且各轨道本体中相邻的两个轨道部的充磁方向相反，在第一滚动体滚动的过程中，线圈周期性的靠近和远离轨道本体，穿过线圈的磁通量周期性地发生变化，根据法拉第电磁感应定律，电路中会产生感应电动势，当线圈与外部电路连接成闭合回路时，便会产生电流，能够为外电路供电，由于线圈的运动频率远大于人体的运动频率，故提高了发电能力；同时由于各轨道本体中相邻的两个轨道部的充磁方向相反，相邻的两个轨道部的连接处为N极和S极的交界，此处会产生磁通量的突变，电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，故两个轨道部的连接处的磁通密度变化最大，故本发明中的陀螺式电磁发电装置能够增加线圈的磁通密度突变次数，进而进一步地提高装置的发电能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中滚动装置未安装于轨道本体上时的陀螺式电磁发电装置的结构示意图；
图2为本发明中的滚动装置的爆炸图；
图3为本发明中的滚动装置的结构示意图；
图4为本发明中的轨道本体中轨道部的充磁方向示意图；
图5为本发明中滚动装置安装于轨道本体上时的陀螺式电磁发电装置的结构示意图；
图6为本发明中滚动装置安装于轨道本体上时的陀螺式电磁发电装置的正视图；
图中：100、陀螺式电磁发电装置；1、轨道装置；101、手持部件；102、轨道本体；103、轨道部；104、磁铁支架；105、橡胶手柄；2、滚动装置；201、第一滚动体；202、线圈；203、第二滚动体；204、外壳；205、线圈槽。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种陀螺式电磁发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，发电能力较高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-6所示，本发明提供一种陀螺式电磁发电装置100，包括轨道装置1和滚动装置2，轨道装置1包括手持部件101和两个轨道本体102，手持部件101与两个轨道本体102均固定连接；两个轨道本体102的大小相同，且两个轨道本体102的轴线共线；各轨道本体102包括至少两个具有磁性的弧形的轨道部103，轨道部103优选为八个，多个轨道部103的首尾依次相互连接并形成圆环形的各轨道本体102，各轨道部103的充磁方向与轨道本体102的轴向相互平行，各轨道本体102中相邻的两个轨道部103的充磁方向相反，以图6中轨道本体102的位置进行说明，该轨道本体102中，相邻的两个轨道部103中的一个轨道部103的充磁方向是垂直于纸面向内(外N内S)，另一个轨道部103的充磁方向是垂直于纸面向外(内N外S)。滚动装置2包括滚动本体和线圈202，滚动本体包括第一滚动体201，第一滚动体201为两个，线圈202至少为一个，各第一滚动体201能够被各轨道本体102磁性吸附且能够在平行于各轨道本体102的切线方向的外力作用下沿各轨道本体102滚动，各线圈202设置于两个第一滚动体201之间且各线圈202与两个第一滚动体201均固定连接，线圈202外接有负载，负载为用电器件或电能储存转化部件。
本发明提供的陀螺式电磁发电装置100，各第一滚动体201能够被各轨道本体102磁性吸附且能够在平行于各轨道本体102的切线方向的外力作用下沿各轨道本体102滚动，当在轨道本体102所在平面内晃动该陀螺式电磁发电装置100时，第一滚动体201与轨道本体102之间产生相互作用力，第一滚动体201在轨道本体102的吸附力、人体提供的外力及第一滚动体201的惯性力等的作用下，可以沿轨道本体102滚动，即将人体的低频运动，转换为线圈202的高频运动；各轨道部103的充磁方向与轨道本体102的轴向相互平行，各轨道本体102中相邻的两个轨道部103的充磁方向相反，在第一滚动体201滚动的过程中，线圈202周期性的靠近和远离轨道本体102，故穿过线圈202的磁通量周期性地发生变化，根据法拉第电磁感应定律，电路中会产生感应电动势，当线圈202与外部电路连接成闭合回路时，便会产生电流，能够为外电路供电，由于线圈202的运动频率远大于人体的运动频率，故提高了发电能力。同时由于各轨道本体102中相邻的两个轨道部103的充磁方向相反，相邻的两个轨道部103的连接处为N极和S极的交界，此处会产生磁通量的突变，电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，故两个轨道部103的连接处的磁通密度变化最大，故本发明中的陀螺式电磁发电装置100能够增加线圈202的磁通密度突变次数，进而进一步地提高装置的发电能力。
作为优选的实施方式，各线圈202的轴线与第一滚动体201的轴线相互平行且各线圈202的轴线与第一滚动体201的轴线不共线，使线圈202用于通过磁感线的有效面积较大，当线圈202周期性的靠近和远离轨道本体102时，穿过线圈202的磁通量的变化较大，从而提高发电效率。需要说明的是，线圈202的轴线的设置方式并不局限于此，只要能够满足线圈202周期性的靠近和远离轨道本体102时，穿过线圈202的磁通量发生变化即可；由于相邻的两个轨道部103的连接处存在磁通量的突变，即使线圈202的轴线与轨道本体102的轴线共线，该线圈202在转动过程中，穿过该线圈202的磁通量也是发生变化的。
作为优选的实施方式，手持部件101包括磁铁支架104和橡胶手柄105，磁铁支架104的一端与两个轨道本体102均固定连接，磁铁支架104的另一端与橡胶手柄105固定连接。需要说明的是，手持部件101(磁铁支架104)与各轨道本体102的连接位置不做限制，但手持部件101不能阻碍第一滚动体201沿轨道本体102外圈或内圈的滚动。
作为优选的实施方式，线圈202为多个，多个线圈202绕第一滚动体201的轴线均匀分布。
作为优选的实施方式，多个线圈202串联连接。
滚动本体还包括第二滚动体203，各线圈202固定连接于第二滚动体203上，两个第一滚动体201分别固定连接于第二滚动体203的两端。各线圈202通过第二滚动体203与两个第一滚动体201均固定连接，第一滚动体201沿轨道本体102滚动时，带动第二滚动体203转动，第二滚动体203带动线圈202滚动，从而将人体的低频运动，转换为线圈202的高频运动。
作为优选的实施方式，第二滚动体203包括外壳204和多个线圈槽205，各线圈槽205固定连接于外壳204的内腔内，各线圈槽205内固定连接有一个线圈202，两个第一滚动体201分别固定连接于外壳204的两端。线圈槽205用于固定线圈202，线圈槽205的材料优选为钛合金，钛合金具有优良的导磁性，可以提高该装置的发电能力。外壳204优选为较薄塑料结构，对磁场的影响可以忽略。
两个第一滚动体201的轴线共线，各第一滚动体201的轴线与外壳204的轴线共线。
各轨道部103为铁氧体磁铁，相较于钕铁硼N52牌号，铁氧体磁铁的磁性稍弱，可以保证第一滚动体201和轨道本体102之间具有适中的吸引力，在轻微的手臂晃动的激励下，第一滚动体201能够轻松沿轨道本体102滚动而不掉落；各第一滚动体201为能够被磁性吸附的金属，如铁、钴、镍等，优选的，第一滚动体201采用铁铝合金材质，使其与轨道本体102之间具有较强的吸附力，从而实现第一滚动体201在轨道本体102上的高速旋转。
作为优选的实施方式，滚动本体为陀螺，结构简单，体积小，易于制造。第一滚动体201沿轨道本体102外圈滚动，优选的，滚动装置2内设置发光部件，如灯，线圈202与发光部件连接并为发光部件供电。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种陀螺式电磁发电装置，其特征在于：包括轨道装置和滚动装置，所述轨道装置包括手持部件和两个轨道本体，所述手持部件与两个所述轨道本体均固定连接；
各所述轨道本体包括至少两个具有磁性的弧形的轨道部，多个所述轨道部的首尾依次相互连接并形成圆环形的各所述轨道本体，各所述轨道部的充磁方向与所述轨道本体的轴向相互平行，且各所述轨道本体中相邻的两个所述轨道部的充磁方向相反；
所述滚动装置包括滚动本体和线圈，所述滚动本体包括第一滚动体，所述第一滚动体为两个，所述线圈至少为一个，各所述第一滚动体能够被各所述轨道本体磁性吸附且能够在平行于各所述轨道本体的切线方向的外力作用下沿各所述轨道本体滚动，各所述线圈设置于两个所述第一滚动体之间且各所述线圈与两个第一滚动体均固定连接。
2.根据权利要求1所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：所述线圈为多个，多个所述线圈绕所述第一滚动体的轴线均匀分布。
3.根据权利要求2所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：多个所述线圈串联连接。
4.根据权利要求1所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：所述滚动本体还包括第二滚动体，各所述线圈固定连接于所述第二滚动体上，两个所述第一滚动体分别固定连接于所述第二滚动体的两端。
5.根据权利要求4所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：所述第二滚动体包括外壳和多个线圈槽，各所述线圈槽固定连接于所述外壳的内腔内，各所述线圈槽内固定连接有一个所述线圈，两个所述第一滚动体分别固定连接于所述外壳的两端。
6.根据权利要求5所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：两个所述第一滚动体的轴线共线，各所述第一滚动体的轴线与所述外壳的轴线共线。
7.根据权利要求1所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：各所述轨道部为铁氧体磁铁，各所述第一滚动体为能够被磁性吸附的金属。
8.根据权利要求1所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：所述滚动本体为陀螺。
9.根据权利要求1所述的陀螺式电磁发电装置，其特征在于：各所述线圈的轴线与所述第一滚动体的轴线相互平行且各所述线圈的轴线与所述第一滚动体的轴线不共线。
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