[發(fā)明專利]一種基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711449544.6
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108092461A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊靜;左永剛;王超;左曉曄
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍后勤工程學(xué)院
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發(fā)明屬于發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置，包括：利用人體運(yùn)動(dòng)分析，依據(jù)肢體擬布置發(fā)電裝置的位置的相關(guān)信息，確定發(fā)電裝置中非平衡轉(zhuǎn)子相關(guān)尺寸參數(shù)；依據(jù)在負(fù)載狀態(tài)下線圈的電磁阻尼信息，調(diào)整轉(zhuǎn)子線圈的具體參數(shù)，保證人體運(yùn)動(dòng)部位的振幅能量能驅(qū)動(dòng)非平衡轉(zhuǎn)子持續(xù)做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用Ansoft三維模塊的三維靜態(tài)、瞬態(tài)仿真模塊，對模型輸出參數(shù)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置。系統(tǒng)包括定子永磁體鑲嵌在定子基座上，定子永磁體上方布置轉(zhuǎn)子基座，轉(zhuǎn)子基座上鑲嵌線圈鐵芯，線圈鐵芯上環(huán)繞線圈繞組。本發(fā)明體積小、重量輕、易于與人體身體部位結(jié)合采集人體運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著諸如掌上電腦、微型攝像機(jī)等民用微型電子設(shè)備及顯示頭盔、紅外成像、無線通訊等軍用裝備的迅速發(fā)展，這些電子設(shè)備的供電問題也逐漸引起了國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。傳統(tǒng)化學(xué)蓄電池存在儲(chǔ)存電量少、使用壽命短等缺陷，在一定程度上已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備要求。特別是在部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)過程中，現(xiàn)代化電子設(shè)備大幅度發(fā)展和裝備，而這些設(shè)備都需要穩(wěn)定持續(xù)的電源供電，若利用傳統(tǒng)化學(xué)電池供電，這些為設(shè)備供電的電池將是士兵的沉重負(fù)擔(dān)。此外，傳統(tǒng)化學(xué)電池存在著明顯的缺陷：第一、其存儲(chǔ)能量和供電壽命的有限性，使其在使用期限后需要更換，造成環(huán)境污染和回收難題；其二，傳統(tǒng)電池體積較大，制約了用電裝備的微型化和集成化。因而，對光、熱、風(fēng)、波浪、潮汐能等新能源的采集和利用越來越受到人們的關(guān)注，然而上述能源的利用受到地域、時(shí)間等諸多條件限制。人體行走過程中的肢體運(yùn)動(dòng)蘊(yùn)藏著豐富的能量，而且便于采集和利用。在不影響人類正常活動(dòng)的情況下，研究一種能量采集裝置，將人體運(yùn)動(dòng)中源源不斷的能量轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能為這些電子設(shè)備提供電源，將為未來生活帶來極大便利。目前，通過能量收集技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能的轉(zhuǎn)換是一個(gè)非常前沿的課題。針對振動(dòng)能量采集的研究主要有電磁式、壓電式、靜電式、磁致伸縮式、摩擦起電式、復(fù)合式等采能原理，其中壓電式能量采集方式在微型振動(dòng)能量采集中得到了極大的研究應(yīng)用，但壓電材料容易發(fā)生脆性斷裂，使得其應(yīng)用受到限制，而電磁式振動(dòng)能量采集方式具有無需驅(qū)動(dòng)電源、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、采集頻率段廣、輸出電流較大等優(yōu)點(diǎn)。電磁式能量采集方式的研究是實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化的重要方法，其研究較為成熟。早在2003年，香港中文大學(xué)研制了一種AA電池微型發(fā)電裝置，發(fā)出1.44V的峰-峰電壓和20μW的功率輸出，然而其微小的輸出功率對后處理電路的功率損耗要求較高、且實(shí)際應(yīng)用中微小的功率無法為大多數(shù)用電設(shè)備提供充足的電能。王佩紅等人研究了一種三明治電磁能量采集器可產(chǎn)生125mV的最大輸出電壓，但其電壓無法達(dá)到二極管的開啟電壓值，故而需要微啟動(dòng)電壓后處理電路，極大地提高了成本。Duffy和Carroll提出了一種放置于鞋底內(nèi)的收集人行走能量的滑動(dòng)磁鐵發(fā)電機(jī)可提供1mW的輸出功率。目前電磁式能量采集器的輸出電壓大都處于毫伏級、輸出功率只有數(shù)毫瓦。針對電磁式能量采集器輸出電壓、功率低的問題，研究如何提高輸出電壓和功率以達(dá)到可實(shí)用化的水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：電磁式人體動(dòng)能采集裝置輸出電壓、功率低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置，

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置，所述基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置包括以下步驟：

步驟一，利用人體運(yùn)動(dòng)分析，依據(jù)肢體擬布置發(fā)電裝置的位置的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、振動(dòng)幅值的相關(guān)信息，確定非平衡轉(zhuǎn)子相關(guān)尺寸參數(shù)；

步驟二，依據(jù)在負(fù)載狀態(tài)下線圈的電磁阻尼信息，調(diào)整轉(zhuǎn)子線圈的具體參數(shù)，保證人體運(yùn)動(dòng)部位的振幅能量能驅(qū)動(dòng)非平衡轉(zhuǎn)子持續(xù)做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

步驟三，利用Ansoft Maxwell軟件的Ansoft三維模塊的三維靜態(tài)、瞬態(tài)仿真模塊，對模型電壓、電流、功率等輸出參數(shù)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證基于人體動(dòng)能的電磁式發(fā)電裝置。