CN206211818U - 一种人体动能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种人体动能发电装置，包括外壳、弹性摆线、线圈绕组、永磁体和管理电路，弹性摆线的一端固定在外壳内部上表面的中心位置，弹性摆线的另一端与线圈绕组连接，永磁体包括左磁铁和右磁铁，外壳的左侧内壁上设有左凹槽，外壳的右侧内壁上设有右凹槽，左磁铁嵌入并固定在左凹槽内，右磁铁嵌入并固定在右凹槽内，外壳的左侧内壁上安装有限位条，限位条距离外壳底部的高度高于线圈绕组在外壳内发生前后摆动从而产生的最大高度，管理电路固定在外壳内部的上表面，外壳的上面安装有USB接口，线圈绕组的输出端与管理电路电连接，管理电路与USB接口电连接；本实用新型具有绿色环保、结构简单、成本低、功率高的特点。

Description

一种人体动能发电装置

技术领域

本实用新型属于能量收集领域，具体涉及一种人体动能发电装置。

背景技术

在工作生活中，人体各部位的运动将产生相当可观的能量。若能将这些动能转化为电能，为手机、手表、智能手环等便携式可穿戴设备供电，可以解决目前电池的续航短瓶颈问题，具有广泛的应用前景。

通常人体动能的转化原理主要为电磁感应和压电效应，前者多用于四肢的运动、背包上下颠簸运动等方面，后者多见于脚底踩压能量的收集（如压电鞋）。电磁感应方式的动能收集器主要包括磁铁和线圈绕组，在成本和设计灵活性方面都比压电方式具有优势。专利CN204145061U公布了一种用偏心轮收集手臂的摆动能，然后通过齿轮放大后带动线圈绕组转动切割磁力线发电。但这种传统的电磁转动发电结构较为复杂，在小体积内安装与加工都较为困难。专利CN202172354U则公开了一种摆动发电装置，在摆动装置的摆锤上绕有线圈绕组，摆动轨迹上固定有磁铁，人体运动带动摆锤发生往复摆动，切割磁力线发电，该专利提出的结构简单，但采用了电磁铁，必须额外的附加电源，使用不方便，也不能节约电能。然而人体运动除了四肢摆动之外，还有存在上下的振动，如果同时将这些运动转化为电能，人体动能发电装置将有更高的输出性能。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种人体动能发电装置，本人体动能发电装置具有绿色环保、结构简单、成本低、功率高的特点。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种人体动能发电装置，包括外壳、弹性摆线、线圈绕组、永磁体和管理电路，所述弹性摆线、线圈绕组、永磁体和管理电路均设置在外壳的内部，所述弹性摆线的一端固定在外壳内部上表面的中心位置，所述弹性摆线的另一端与线圈绕组连接且用于悬挂线圈绕组从而带动线圈绕组前后摆动或上下运动，所述永磁体包括左磁铁和右磁铁，所述外壳的左侧内壁上设有左凹槽，所述外壳的右侧内壁上设有右凹槽且左凹槽和右凹槽相对设置，所述左磁铁、右磁铁、左凹槽以及右凹槽的体积和形状均相等，所述左磁铁嵌入并固定在左凹槽内从而实现左磁铁的外表面与外壳的左侧内壁在同一水平面上，所述右磁铁嵌入并固定在右凹槽内从而实现右磁铁的外表面与外壳的右侧内壁在同一水平面上，所述线圈绕组在静止时位于左磁铁和右磁铁之间的正中央，所述外壳的左侧内壁上安装有限位条且限位条沿长度方向分别延伸到外壳的前侧内壁和外壳的后侧内壁，所述限位条距离外壳底部的高度高于线圈绕组在外壳内发生前后摆动从而产生的最大高度，所述管理电路固定在外壳内部的上表面，所述外壳的上面安装有USB接口，所述线圈绕组的输出端与管理电路电连接，所述管理电路与USB接口电连接，所述管理电路用于接收线圈绕组内部产生的交流电并通过USB接口输出直流电，所述弹性摆线为弹簧或者弹性橡胶材料。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述线圈绕组在外壳内前后摆动从而与外壳发生撞击的位置安装有第一防撞垫和第二防撞垫，所述第一防撞垫固定在外壳前侧的内壁上，所述第二防撞垫固定在外壳后侧的内壁上。第一防撞垫和第二防撞垫减轻了线圈绕组与外壳之间相撞的力度，增加了外壳和线圈绕组的使用寿命。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述外壳为扁平的长方体。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述外壳的内壁为光滑内壁。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述弹性摆线在静止时其与外壳内部固定的一端到线圈绕组中心的长度为10cm。保证了线圈绕组摆动的共振频率在人体正常行走频率1.5Hz左右附近。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述左磁铁和右磁铁沿厚度方向极化且异性磁极相对。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述管理电路包括整流电路、滤波电路、稳压电路和升压电路，所述整流电路与线圈绕组的输出端连接，所述整流电路与滤波电路连接，所述滤波电路与稳压电路连接，所述稳压电路与升压电路连接，所述升压电路与USB接口连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述整流电路采用桥式全波整流器，所述滤波电路采用RC滤波电路，所述稳压电路采用稳压二极管，所述升压电路采用DC-DC升压芯片MAX859。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述永磁体为钕铁硼强磁铁，所述USB接口为A型USB母头接口。

本实用新型的弹性摆线上下弹跳从而使线圈绕组发生上下方向切割左磁铁和右磁铁之间的磁力线而产生电能，弹性摆线前后摆动从而使线圈绕组发生前后方向切割左磁铁和右磁铁之间的磁力线而产生电能，因此本实用新型能够同时将人体四肢摆动和身体的上下振动转化为电能，再通过管理电路输出有用的直流电并直接供电给随身携带的电子设备，具有绿色环保、节约能源、结构简单、成本低、功率高的特点，可用于给随身携带的电子设备如手机、MP3等充电，本实用新型的限位条有效地防止了线圈绕组与管理电路的撞击，所述第一防撞垫和第二防撞垫减轻了线圈绕组与外壳之间相撞的力度，增加了外壳和线圈绕组的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的右视结构示意图。

图2为本实用新型的正视结构示意图。

图3为本实用新型的线圈绕组和USB接口输出的电压示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图3对本实用新型的具体实施方式做出进一步说明：

参见图1和图2，一种人体动能发电装置，包括外壳1、弹性摆线2、线圈绕组3、永磁体4和管理电路8，所述弹性摆线2、线圈绕组3、永磁体4和管理电路8均设置在外壳1的内部，所述弹性摆线2的一端固定在外壳1内部上表面的中心位置，所述弹性摆线2的另一端与线圈绕组3连接且用于悬挂线圈绕组3从而带动线圈绕组3前后摆动或上下运动，线圈绕组3作为动子；如图2所示，所述永磁体4包括左磁铁4-1和右磁铁4-2，所述外壳1的左侧内壁上设有左凹槽，所述外壳1的右侧内壁上设有右凹槽且左凹槽和右凹槽相对设置，所述左磁铁4-1、右磁铁4-2、左凹槽以及右凹槽的体积和形状均相等，所述左磁铁4-1嵌入并固定在左凹槽内从而实现左磁铁4-1的外表面与外壳1的左侧内壁在同一水平面上，所述右磁铁4-2嵌入并固定在右凹槽内从而实现右磁铁4-2的外表面与外壳1的右侧内壁在同一水平面上，所述线圈绕组3在静止时位于左磁铁4-1和右磁铁4-2之间的正中央，左磁铁4-1和右磁铁4-2作为定子，所述外壳1的左侧内壁上安装有限位条5且限位条5沿长度方向分别延伸到外壳1的前侧内壁和外壳1的后侧内壁，所述限位条5距离外壳1底部的高度高于线圈绕组3在外壳1内发生前后摆动从而产生的最大高度，所述管理电路8固定在外壳1内部的上表面，所述外壳1的上面安装有USB接口，所述线圈绕组3的输出端通过导线9与管理电路8电连接，导线9应有足够的长度，保证线圈绕组3能够***，所述管理电路8与USB接口电连接，所述管理电路8用于接收线圈绕组3内部产生的交流电并通过USB接口输出直流电，所述弹性摆线2为弹簧或者弹性橡胶材料。

进一步地，如图1，所述线圈绕组3在外壳1内前后摆动从而与外壳1发生撞击的位置安装有第一防撞垫6和第二防撞垫7，所述第一防撞垫6固定在外壳1前侧的内壁上，所述第二防撞垫7固定在外壳1后侧的内壁上。第一防撞垫6和第二防撞垫7减轻了线圈绕组3与外壳1之间相撞的力度，增加了外壳1和线圈绕组3的使用寿命。

进一步地，所述外壳1为扁平的长方体，所述外壳1内部空间的厚度略大于线圈绕组3的厚度，所述外壳1的宽度在所述线圈绕组3的宽度的3.5倍和4倍之间，使线圈绕组3摆动时能够摆出左磁铁4-1和右磁铁4-2对应的范围。其中所述外壳1的宽度是指外壳1的前侧内壁到后侧内壁之间的距离。

进一步地，所述外壳1的内壁为光滑内壁。

进一步地，所述弹性摆线2在静止时其与外壳1内部固定的一端到线圈绕组3中心的长度为10cm，保证了线圈绕组3摆动的共振频率在人体正常行走频率1.5Hz左右附近，弹性摆线2上下振动的共振频率难以与人行走频率匹配，在满足强度和振幅要求的情况下，弹性摆线2的弹性系数应尽量小。弹性摆线2和线圈绕组3形成的弹簧质量块弹性***可以收集上下振动的运动能，弹性摆线2与线圈绕组3形成的单摆用于收集人体四肢摆动能，共振频率都应在人体运动的频率附近，线圈绕组3悬挂在弹性摆线2的自由端，运动时切割磁力线从而产生电动势。

进一步地，所述左磁铁4-1和右磁铁4-2位于线圈绕组3静止时正对位置，所述左磁铁4-1和右磁铁4-2沿厚度方向极化且异性磁极相对，所述左磁铁4-1的宽度、右磁铁4-2的宽度与线圈绕组3的宽度相等，所述左磁铁4-1的高度、右磁铁4-2的高度与线圈绕组3的高度相等。

进一步地，所述管理电路8包括整流电路、滤波电路、稳压电路和升压电路，所述整流电路与线圈绕组3的输出端连接，所述整流电路与滤波电路连接，所述滤波电路与稳压电路连接，所述稳压电路与升压电路连接，所述升压电路与USB接口连接。所述的管理电路8的功能主要是将交流电转化为5V左右的直流输出。

进一步地，所述整流电路采用桥式全波整流器，所述滤波电路采用RC滤波电路，所述稳压电路采用稳压二极管，所述升压电路采用DC-DC升压芯片MAX859。从线圈绕组3输出端输入的为交流电，通过桥式全波整流器、RC滤波电路、稳压二极管之后得到直流电，最后采用极低功耗的DC-DC升压芯片MAX859，将电压稳定在5V左右，由A型母头的USB接口输出。从图3可见，线圈绕组3的交流电通过管理电路8之后输出DC4.7V。

进一步地，所述永磁体4为钕铁硼强磁铁，钕铁硼强磁铁提供磁力线，所述USB接口为A型USB母头接口。

本实用新型在使用时，可以将本实用新型固定在四肢上，当人体在运动时，四肢的摆动导致了本实用新型的外壳1内部的弹性摆线2前后摆动，弹性摆线2带动线圈绕组3发生前后摆动，线圈绕组3前后摆动从而切割左磁铁4-1和右磁铁4-2之间的磁力线，使线圈绕组3内产生电动势，再依次通过整流电路、滤波电路、稳压电路、升压电路和USB接口从而输出稳定的直流电，如图3所示，输出的直流电可以为可充电电池充电，也可以直接为随身携带的电子设备如手机、MP3等充电。本实用新型在使用时，如果人体发生上下振动时，会由于弹性摆线2发生弹力从而使线圈绕组3产生上下运动，线圈绕组3上下运动从而切割左磁铁4-1和右磁铁4-2之间的磁力线，从而使线圈绕组3内产生电动势；限位条5起到了防止线圈绕组3前后摆动或者上下运动时碰撞到管理电路8的作用，第一防撞垫6和第二防撞垫7减轻了线圈绕组3前后摆动时碰撞到外壳1的前侧面和外壳1的后侧面的力度，缓解了碰撞力度从而延长外壳1和线圈绕组3的使用寿命。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种人体动能发电装置，其特征在于：包括外壳、弹性摆线、线圈绕组、永磁体和管理电路，所述弹性摆线、线圈绕组、永磁体和管理电路均设置在外壳的内部，所述弹性摆线的一端固定在外壳内部上表面的中心位置，所述弹性摆线的另一端与线圈绕组连接且用于悬挂线圈绕组从而带动线圈绕组前后摆动或上下运动，所述永磁体包括左磁铁和右磁铁，所述外壳的左侧内壁上设有左凹槽，所述外壳的右侧内壁上设有右凹槽且左凹槽和右凹槽相对设置，所述左磁铁、右磁铁、左凹槽以及右凹槽的体积和形状均相等，所述左磁铁嵌入并固定在左凹槽内从而实现左磁铁的外表面与外壳的左侧内壁在同一水平面上，所述右磁铁嵌入并固定在右凹槽内从而实现右磁铁的外表面与外壳的右侧内壁在同一水平面上，所述线圈绕组在静止时位于左磁铁和右磁铁之间的正中央，所述外壳的左侧内壁上安装有限位条且限位条沿长度方向分别延伸到外壳的前侧内壁和外壳的后侧内壁，所述限位条距离外壳底部的高度高于线圈绕组在外壳内发生前后摆动从而产生的最大高度，所述管理电路固定在外壳内部的上表面，所述外壳的上面安装有USB接口，所述线圈绕组的输出端与管理电路电连接，所述管理电路与USB接口电连接，所述管理电路用于接收线圈绕组内部产生的交流电并通过USB接口输出直流电，所述弹性摆线为弹簧或者弹性橡胶材料。

2.根据权利要求1所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述线圈绕组在外壳内前后摆动从而与外壳发生撞击的位置安装有第一防撞垫和第二防撞垫，所述第一防撞垫固定在外壳前侧的内壁上，所述第二防撞垫固定在外壳后侧的内壁上。

3.根据权利要求2所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述外壳为扁平的长方体。

4.根据权利要求1所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述外壳的内壁为光滑内壁。

5.根据权利要求1所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述弹性摆线在静止时其与外壳内部固定的一端到线圈绕组中心的长度为10cm。

6.根据权利要求1所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述左磁铁和右磁铁沿厚度方向极化且异性磁极相对。

7.根据权利要求1所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述管理电路包括整流电路、滤波电路、稳压电路和升压电路，所述整流电路与线圈绕组的输出端连接，所述整流电路与滤波电路连接，所述滤波电路与稳压电路连接，所述稳压电路与升压电路连接，所述升压电路与USB接口连接。

8.根据权利要求7所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述整流电路采用桥式全波整流器，所述滤波电路采用RC滤波电路，所述稳压电路采用稳压二极管，所述升压电路采用DC-DC升压芯片MAX859。

9.根据权利要求1所述的人体动能发电装置，其特征在于：所述永磁体为钕铁硼强磁铁，所述USB接口为A型USB母头接口。