[发明专利]一种基于人体动能的电磁式发电装置

说明书

本发明属于发电技术领域，公开了一种基于人体动能的电磁式发电装置，包括：利用人体运动分析，依据肢体拟布置发电装置的位置的相关信息，确定发电装置中非平衡转子相关尺寸参数；依据在负载状态下线圈的电磁阻尼信息，调整转子线圈的具体参数，保证人体运动部位的振幅能量能驱动非平衡转子持续做圆周旋转运动；利用Ansoft三维模块的三维静态、瞬态仿真模块，对模型输出参数进行仿真分析，验证基于人体动能的电磁式发电装置。系统包括定子永磁体镶嵌在定子基座上，定子永磁体上方布置转子基座，转子基座上镶嵌线圈铁芯，线圈铁芯上环绕线圈绕组。本发明体积小、重量轻、易于与人体身体部位结合采集人体运动中所产生的能量转化为电能。

技术领域

本发明属于发电技术领域，尤其涉及一种基于人体动能的电磁式发电装置。

背景技术

近年来，随着诸如掌上电脑、微型摄像机等民用微型电子设备及显示头盔、红外成像、无线通讯等军用装备的迅速发展，这些电子设备的供电问题也逐渐引起了国内外科研工作者的关注。传统化学蓄电池存在储存电量少、使用寿命短等缺陷，在一定程度上已经不能够满足现代电子设备要求。特别是在部队现代化建设过程中，现代化电子设备大幅度发展和装备，而这些设备都需要稳定持续的电源供电，若利用传统化学电池供电，这些为设备供电的电池将是士兵的沉重负担。此外，传统化学电池存在着明显的缺陷：第一、其存储能量和供电寿命的有限性，使其在使用期限后需要更换，造成环境污染和回收难题；其二，传统电池体积较大，制约了用电装备的微型化和集成化。因而，对光、热、风、波浪、潮汐能等新能源的采集和利用越来越受到人们的关注，然而上述能源的利用受到地域、时间等诸多条件限制。人体行走过程中的肢体运动蕴藏着丰富的能量，而且便于采集和利用。在不影响人类正常活动的情况下，研究一种能量采集装置，将人体运动中源源不断的能量转化为稳定的电能为这些电子设备提供电源，将为未来生活带来极大便利。目前，通过能量收集技术实现振动能的转换是一个非常前沿的课题。针对振动能量采集的研究主要有电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式、摩擦起电式、复合式等采能原理，其中压电式能量采集方式在微型振动能量采集中得到了极大的研究应用，但压电材料容易发生脆性断裂，使得其应用受到限制，而电磁式振动能量采集方式具有无需驱动电源、环境适应性强、采集频率段广、输出电流较大等优点。电磁式能量采集方式的研究是实现振动能量转化的重要方法，其研究较为成熟。早在2003年，香港中文大学研制了一种AA电池微型发电装置，发出1.44V的峰-峰电压和20μW的功率输出，然而其微小的输出功率对后处理电路的功率损耗要求较高、且实际应用中微小的功率无法为大多数用电设备提供充足的电能。王佩红等人研究了一种三明治电磁能量采集器可产生125mV的最大输出电压，但其电压无法达到二极管的开启电压值，故而需要微启动电压后处理电路，极大地提高了成本。Duffy和Carroll提出了一种放置于鞋底内的收集人行走能量的滑动磁铁发电机可提供1mW的输出功率。目前电磁式能量采集器的输出电压大都处于毫伏级、输出功率只有数毫瓦。针对电磁式能量采集器输出电压、功率低的问题，研究如何提高输出电压和功率以达到可实用化的水平具有重要的现实意义。

综上所述，现有技术存在的问题是：电磁式人体动能采集装置输出电压、功率低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于人体动能的电磁式发电装置，

本发明是这样实现的，一种基于人体动能的电磁式发电装置，所述基于人体动能的电磁式发电装置包括以下步骤：

步骤一，利用人体运动分析，依据肢体拟布置发电装置的位置的运动速度、加速度、振动幅值的相关信息，确定非平衡转子相关尺寸参数；

步骤二，依据在负载状态下线圈的电磁阻尼信息，调整转子线圈的具体参数，保证人体运动部位的振幅能量能驱动非平衡转子持续做圆周旋转运动；

步骤三，利用Ansoft Maxwell软件的Ansoft三维模块的三维静态、瞬态仿真模块，对模型电压、电流、功率等输出参数进行仿真分析，验证基于人体动能的电磁式发电装置。