CN204334097U - 微型人体运动发电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微型人体运动发电器，包括n个发电单元、整流电路、稳压电路、储能装置以及用于放置前述各部件的外壳，n≥3。发电单元包括基体管、m+1个弹簧、m个磁性组件以及线圈，m≥2。基体管是具有轴向内腔的密闭管。弹簧和磁性组件间隔连接，所有弹簧和磁性组件设置在基体管的轴向内腔内，位于头尾两侧的2个弹簧的外端与基体管轴向两端的内壁固定连接，且磁性组件与基体管的内壁之间间隙配合。线圈缠绕在基体管的外侧，线圈具有两个接线端。所有发电单元呈辐射状的星型分布、固定设置在外壳内，所有发电单元的轴线交于一点，且每个发电单元的圆心角相等。所有发电单元由其接线端通过整流电路、稳压电路与储能装置电连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微型发电装置，特别涉及一种根据电磁感应原理利用人体运动产生的震荡能量发电的装置。
背景技术
现有资料显示，一块手表的功耗为4.5μW，一台 CD机的功耗为5mW，一台MP3(配耳机) 的功耗为20mW，一部手机平均待机功耗为0.8W，而这些所消耗的看起来比较小的能源在中国13亿人口的基数下却是巨大的能源消耗，依次年耗能为1845亿焦耳、205万亿焦耳、820万亿焦耳、32800万亿焦耳，折合为燃煤量为0.037亿公斤、4.1亿吨、16.4亿吨、65.6亿吨。这些大大小小的数字凸显了中国目前所面对的一个很严峻的问题——能源问题，小的能量消耗和浪费也是不容忽视的，如何减少不必要的能源浪费和提高新型能量利用率是非常有意义的。
而目前针对人体产生的生物能和机械能等这种“小型能源”利用的技术有利用人体体温和人体运动发电的装置这两种形式。由于人体体温有限，且易受环境变化影响，所以利用人体体温发电的装置实现应用起来有一定困难。而目前的利用人体运动发电的装置普遍存在效率较低、适应性较差的问题。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种发电效率较高且适应性较好地利用人体运动产生的能量发电的微型人体运动发电器。
实现本实用新型目的的技术方案是提供一种微型人体运动发电器，包括n个发电单元、整流电路、稳压电路、储能装置以及用于放置前述各部件的外壳，n≥3。
发电单元包括基体管、m+1个弹簧、m个磁性组件以及线圈，m≥2。基体管是具有轴向内腔的密闭管。弹簧和磁性组件间隔连接从而m+1个弹簧和m个磁性组件通过焊接的方式连接成一个整体件，所有弹簧和磁性组件设置在基体管的轴向内腔内，位于头尾两侧的2个弹簧的外端与基体管轴向两端的内壁固定连接，且磁性组件与基体管的内壁之间间隙配合。线圈缠绕在基体管的外侧，线圈具有两个接线端。
所有发电单元呈辐射状的星型分布、固定设置在外壳内，所有发电单元的轴线交于一点，且每个发电单元的圆心角相等。
所有发电单元由其接线端通过整流电路、稳压电路与储能装置电连接。
进一步的，发电单元的磁性组件包括铅块和固定连接在铅块上的磁体，铅块和磁体均呈柱形，铅块和磁体通过胶水轴向连接在一起。磁体采用钕铁錋材料制成。
进一步的，发电单元的基体管是采用PVC材料制成的圆形密闭管，基体管的轴向内腔的横截面呈圆形。弹簧的外径与基体管的轴向内腔的大小对应。
进一步的，发电单元的线圈的两个接线端分别是a端和b端。
整流电路包括2n+2个整流二极管及相应的连接线缆，整流二极管分成n+1组每组2个，每组整流二极管包括第一整流二极管和第二整流二极管。n个发电单元的接线端a端连接在一起后与第一组整流二极管中的第一整流二极管的阳极相连，n个发电单元的接线端a端连接在一起后还与第一组整流二极管中的第二整流二极管的阴极相连。剩余的n组整流二极管分别对应各1个发电单元，每个发电单元的接线端b端分别与对应组整流二极管中的第一整流二极管的阳极相连，每个发电单元的接线端端还分别与对应组整流二极管中的第二整流二极管的阳极相连，所有组整流二极管的第一整流二极管的阴极连接在一起形成第一连接端，所有组整流二极管的第二整流二极管的阳极连接在一起形成第二连接端。
更进一步的，稳压电路包括旁路电容及相应的连接线缆，旁路电容的两端通过连接线缆连接在第一连接端和第二连接端之间。储能装置的两端通过连接线缆连接在第一连接端和第二连接端之间。
进一步的，储能装置采用锂电池或者超级电容器。
本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型的微型人体运动发电器的发电单元采用三块钕铁錋高磁性材料、铅块和弹簧机构相结合的模式，保证有很大的磁场强度，从而在体积较小的前提下提高发电效率。
（2）本实用新型的微型人体运动发电器的整流稳压电路采用多相调控，同时加装旁路电容，从而装置可直接对储能装置充电。
（3）本实用新型的微型人体运动发电器的弹簧结合高密度材料铅块作磁性材料切割线圈运动的引导机构，保证往返惯性冲量很大，可有效提高切割运动的运动距离范围及持久性，从而提高发电效率。
（4）本实用新型的微型人体运动发电器的所有发电单元采用星型布局，保证各方向均可感应振动，提高能量利用率和装置适应性。
（5）本实用新型的微型人体运动发电器的输送线路中加整流二极管电路，避免干扰，同时最大化利用能量。
（6）本实用新型的微型人体运动发电器的结构简单，体积小，重量轻，携带（安装）方便，工作稳定可靠。
附图说明
图1为本实用新型的微型人体运动发电器的整体电路示意图；
图2为单个发电单元的结构示意图；
图3为单个发电单元的电流走向示意图，其中图3（a）为单个发电单元向线圈的a端运动时的电流走向示意图，图3（b）为单个发电单元向线圈的b端运动时的电流走向示意图。
上述附图中的标记如下：
发电单元1，基体管11，弹簧12，磁性组件13，铅块13-1，磁体13-2，线圈14，
整流电路2，整流二极管21，第一整流二极管21-a，第二整流二极管21-b，
稳压电路3，旁路电容31，储能装置4。
具体实施方式
（实施例1）
见图1，本实施例的微型人体运动发电器包括8个发电单元1、整流电路2、稳压电路3、储能装置4以及用于放置前述各部件的外壳。
见图2，发电单元1包括基体管11、4个弹簧12、3个磁性组件13以及线圈14。基体管11是采用例如PVC的绝缘材料制成的具有轴向内腔的密闭管，本实施例中基体管11的轴向内腔的横截面呈圆形。弹簧12的外径与基体管11的轴向内腔的直径对应。磁性组件13包括铅块13-1和固定连接在铅块13-1上的磁体13-2，铅块13-1和磁体13-2均呈柱形，铅块13-1和磁体13-2通过胶水轴向连接在一起。磁体13-2采用高磁性钕铁錋材料制成。弹簧12和磁性组件13间隔连接从而4个弹簧12和3个磁性组件13通过焊接的方式连接成一个整体件，4个弹簧12和3个磁性组件13设置在基体管11的轴向内腔内，位于头尾两侧的2个弹簧12的外端与基体管11轴向两端的内壁固定连接，且3个磁性组件13与基体管11的内壁之间间隙配合。线圈14缠绕在基体管11的外侧，线圈14具有两个接线端、分别是a端和b端，线圈14的两个接线端即为整个发电单元的接线端。
仍见图1，8个发电单元1呈辐射状的星型分布、固定设置在外壳内，每个发电单元1的一个接线端a端连接在一起，从而本实施例的8个发电单元1的圆心角均为45°。每个发电单元1分别与相应的整流电路2相连，本实施例的整流电路2包括18个整流二极管21及相应的连接线缆，18个整流二极管21分成9组每组2个，每组整流二极管21包括第一整流二极管21-a和第二整流二极管21-b；8个发电单元1的接线端a端连接在一起后与第一组整流二极管21中的第一整流二极管21-a的阳极相连，8个发电单元1的接线端a端连接在一起后还与第一组整流二极管21中的第二整流二极管21-b的阴极相连；剩余的8组整流二极管21分别对应各1个发电单元，每个发电单元1的接线端b端分别与对应组整流二极管21中的第一整流二极管21-a的阳极相连，每个发电单元1的接线端b端还分别与对应组整流二极管21中的第二整流二极管21-b的阳极相连，所有组整流二极管21的第一整流二极管21-a的阴极连接在一起形成第一连接端c，所有组整流二极管21的第二整流二极管21-b的阳极连接在一起形成第二连接端d。稳压电路3包括旁路电容31及相应的连接线缆，旁路电容31的具体参数根据设计要求而定，容抗最小值与发电单元1是有线性关系的，例如：如果磁通密度：B=0.5T，振动频率：f=2 Hz，切割导体直径：，线圈匝数：N=100×3，单管最大电压：U≥0.6V，则星型布置时最大输出电压：U≥1.2V（相当于一节7号电池的额定电压），此时旁路电容31只要满足该电压要求不被击穿即可。旁路电容31的两端通过连接线缆连接在第一连接端c和第二连接端d之间。储能装置4采用锂电池或者超级电容器，储能装置4的两端通过连接线缆连接在第一连接端c和第二连接端d之间。
由于人体运动时的振动方向是不确定的，所以本实施例的微型人体运动发电器使用时，其发电单元1通过星型布局可以保证各个方向的振动均可使发电单元1感应振动并产生电流，人体运动时，各发电单元1的铅块13-1和磁体13-2组成的磁性组件13由于铅块13-1的惯性力与基体管11及线圈14发生相对位移，线圈14与高磁性钕铁錋材料制成的磁体13-2的相对运动为切割磁感线运动，从而造成磁通量的变化，基于法拉第电磁感应定律，则线圈14的两端产生电流，将机械能转变为电能，整流二极管21组成的整流电路2可以限制电流方向，见图3，整流电路2既可避免各发电单元1之间由于振动强度不一样所造成的干扰，使得它们能够独立工作，同时又最大化利用产生的能量，所产生的电能在旁路电容31稳压后输出给储能装置4以供其它设备使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种微型人体运动发电器，其特征在于：包括n个发电单元（1）、整流电路（2）、稳压电路（3）、储能装置（4）以及用于放置前述各部件的外壳，n≥3；
发电单元（1）包括基体管（11）、m+1个弹簧（12）、m个磁性组件（13）以及线圈（14），m≥2；基体管（11）是具有轴向内腔的密闭管；弹簧（12）和磁性组件（13）间隔连接从而m+1个弹簧（12）和m个磁性组件（13）通过焊接的方式连接成一个整体件，所有弹簧（12）和磁性组件（13）设置在基体管（11）的轴向内腔内，位于头尾两侧的2个弹簧（12）的外端与基体管（11）轴向两端的内壁固定连接，且磁性组件（13）与基体管（11）的内壁之间间隙配合；线圈（14）缠绕在基体管（11）的外侧，线圈（14）具有两个接线端；
所有发电单元（1）呈辐射状的星型分布、固定设置在外壳内，所有发电单元（1）的轴线交于一点，且每个发电单元（1）的圆心角相等；
所有发电单元（1）由其接线端通过整流电路（2）、稳压电路（3）与储能装置（4）电连接。
2.根据权利要求1所述的微型人体运动发电器，其特征在于：发电单元（1）的磁性组件（13）包括铅块（13-1）和固定连接在铅块（13-1）上的磁体（13-2），铅块（13-1）和磁体（13-2）均呈柱形，铅块（13-1）和磁体（13-2）通过胶水轴向连接在一起；磁体（13-2）采用钕铁錋材料制成。
3.根据权利要求1所述的微型人体运动发电器，其特征在于：发电单元（1）的基体管（11）是采用PVC材料制成的圆形密闭管，基体管（11）的轴向内腔的横截面呈圆形；弹簧（12）的外径与基体管（11）的轴向内腔的大小对应。
4.根据权利要求1所述的微型人体运动发电器，其特征在于：发电单元（1）的线圈（14）的两个接线端分别是a端和b端；
整流电路（2）包括2n+2个整流二极管（21）及相应的连接线缆，整流二极管（21）分成n+1组每组2个，每组整流二极管（21）包括第一整流二极管（21-a）和第二整流二极管（21-b）；n个发电单元（1）的接线端a端连接在一起后与第一组整流二极管（21）中的第一整流二极管（21-a）的阳极相连，n个发电单元（1）的接线端a端连接在一起后还与第一组整流二极管（21）中的第二整流二极管（21-b）的阴极相连；剩余的n组整流二极管（21）分别对应各1个发电单元（1），每个发电单元（1）的接线端b端分别与对应组整流二极管（21）中的第一整流二极管（21-a）的阳极相连，每个发电单元（1）的接线端（b）端还分别与对应组整流二极管（21）中的第二整流二极管（21-b）的阳极相连，所有组整流二极管（21）的第一整流二极管（21-a）的阴极连接在一起形成第一连接端（c），所有组整流二极管（21）的第二整流二极管（21-b）的阳极连接在一起形成第二连接端（d）。
5.根据权利要求4所述的微型人体运动发电器，其特征在于：稳压电路（3）包括旁路电容（31）及相应的连接线缆，旁路电容（31）的两端通过连接线缆连接在第一连接端（c）和第二连接端（d）之间；储能装置（4）的两端通过连接线缆连接在第一连接端（c）和第二连接端（d）之间。
6.根据权利要求1至5之一所述的微型人体运动发电器，其特征在于：储能装置（4）采用锂电池或者超级电容器。
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| CN107681861A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-09 | 上海肖克利信息科技股份有限公司 | 一种运动发电装置 |
| US11332976B2 (en) | 2017-02-09 | 2022-05-17 | Efaflex Tor—Und Sicherheitssysteme Gmbh & Co. Kg | Door with an intelligent door leaf, which has an electrically self-sufficient door leaf means, and method therefor |
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