專利名稱：基于雙振動(dòng)模型的動(dòng)能捕獲裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，具體涉及收集外界振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)化為電能的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)防的現(xiàn)代化，士兵在野外作業(yè)都需要隨身攜帶一系列電子設(shè)備，例如GPS、 通信設(shè)備等，這些設(shè)備的能源供給主要來(lái)自電池。雖然電池技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但電池的電容量仍然限制著這些電子設(shè)備的使用。另一方面，老化問(wèn)題最終導(dǎo)致電池被拋棄，這也引起了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，尋找一種可替代電池的能源，以供給士兵野外作戰(zhàn)所需的隨身電子設(shè)備是必要和有意義的。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)查新，目前還沒(méi)用與本發(fā)明類似的方法或者裝置用于捕獲外界或者人體動(dòng)能并作為隨身電子設(shè)備的供電電源。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于雙振動(dòng)模型的收集外界或者人體動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能的裝置及方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠自發(fā)捕獲外界或者人體腳部動(dòng)能，并將其轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行利用，以提高隨身電子產(chǎn)品的供電時(shí)間，減少能源的浪費(fèi)，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染。
眾所周知，人體蘊(yùn)含著巨大的化學(xué)能，其中一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能以支持人體的各種活動(dòng)，其功率最大可達(dá)到200W。如果從其中獲取一小部分能量，并不會(huì)影響人體的正?；顒?dòng)。因此，可以將本發(fā)明的裝置放置在鞋底中，利用人體在步行中所產(chǎn)生的巨大動(dòng)能產(chǎn)生振動(dòng)，從而利用本裝置轉(zhuǎn)換為電能供電子設(shè)備使用。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述一種基于雙振動(dòng)模型的動(dòng)能捕獲裝置，包括兩級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)、定子以及位于定子內(nèi)部的動(dòng)子，其特征在于所述第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括依次串聯(lián)的第一彈簧、質(zhì)量塊和第二彈簧，第一彈簧的一端固定在質(zhì)量塊的下端，另一端固定在下底座；第二彈簧的一端固定在質(zhì)量塊的上端，另一端固定在上底座；所述第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括連接在質(zhì)量塊側(cè)邊的懸臂梁，懸臂梁的末端固定有鐵芯，其上纏繞有線圈；鐵芯和線圈共同構(gòu)成動(dòng)子；所述定子包括永磁磁鐵， 布置在線圈周圍，提供上下方向變化的不均勻磁場(chǎng)。
優(yōu)選的，所述定子的永磁磁鐵為兩組，分別按照不同方向布置在線圈前后；所述懸臂梁為兩個(gè)，分別連接在質(zhì)量塊的兩側(cè)。
所述動(dòng)能捕獲裝置還包括整流升壓電路和儲(chǔ)能裝置，線圈、整流升壓電路和儲(chǔ)能裝置依次串聯(lián)連接。
懸臂梁末端的鐵芯和線圈既位于雙振動(dòng)系統(tǒng)中，又位于動(dòng)子系統(tǒng)中，各系統(tǒng)在捕獲動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程中應(yīng)起到相應(yīng)的作用。
一種基于雙振動(dòng)模型的動(dòng)能捕獲方法，包括以下步驟(I)第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)捕獲外界的振動(dòng)能量，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)；(2)第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)將第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行放大；(3 )第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)子系統(tǒng)中的線圈在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了不穩(wěn)定的感生電流；(4)不穩(wěn)定的感生電流經(jīng)整流升壓電路調(diào)整為具有穩(wěn)定電壓的電流。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的方法是收集外界或者人體動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能，能夠以簡(jiǎn)單的、容易制造的結(jié)構(gòu)自動(dòng)對(duì)人體動(dòng)能進(jìn)行回收和利用，擴(kuò)展了可利用能量的來(lái)源，提高了隨身電子設(shè)備效用，同時(shí)也減少了廢棄電池等對(duì)環(huán)境的污染。


圖I是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖I示出1、第一彈簧；2、質(zhì)量塊；3、第二彈簧；4、下底座；5、懸臂梁；6、鐵芯；7、線圈；8、上底座。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
本發(fā)明基于雙振動(dòng)模型的動(dòng)能捕獲裝置如圖I所示包括兩級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)、定子以及位于定子內(nèi)部的動(dòng)子，第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)由第一彈簧I、第二彈簧3和一個(gè)質(zhì)量塊2串聯(lián)組成，第一彈簧I 一端串聯(lián)固定在質(zhì)量塊2上，另一端固定在上底座8上，第二彈簧3 —端串聯(lián)固定在質(zhì)量塊2上，另一端固定在下底座4上，形成用于吸收外界振動(dòng)的第一級(jí)振動(dòng)系統(tǒng); 質(zhì)量塊的一側(cè)固定有一懸臂梁5，懸臂梁的另一端固定有鐵芯6，其上纏繞有線圈7，懸臂梁 5與末端的鐵芯6、線圈7構(gòu)成第二級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)，用于放大第一級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)；懸臂梁5 末端的鐵芯6和線圈7共同構(gòu)成了動(dòng)子；所述的定子包括兩組兩組永磁磁鐵，按照不同方向布置在線圈前后，從而形成一個(gè)上下方向變化的不均勻磁場(chǎng)；線圈在不均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電流。
所述動(dòng)能捕獲裝置還包括整流升壓電路和儲(chǔ)能裝置，線圈、整流升壓電路和儲(chǔ)能裝置依次串聯(lián)連接。
基于上述動(dòng)能捕獲裝置的方法，包括以下步驟(1)第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)捕獲外界的振動(dòng)能量，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)；(2)第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)將第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行放大；(3 )第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)子系統(tǒng)中的線圈在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了不穩(wěn)定的感生電流；(4)不穩(wěn)定的感生電流經(jīng)整流升壓電路調(diào)整為具有穩(wěn)定電壓的電流。
根據(jù)上述說(shuō)明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙振動(dòng)模型的動(dòng)能捕獲裝置，包括兩級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)、定子以及位于定子內(nèi)部的動(dòng)子，其特征在于所述第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括依次串聯(lián)的第一彈簧、質(zhì)量塊和第二彈簧，第一彈簧的一端固定在質(zhì)量塊的下端，另一端固定在下底座；第二彈簧的一端固定在質(zhì)量塊的上端，另一端固定在上底座；所述第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括連接在質(zhì)量塊側(cè)邊的懸臂梁，懸臂梁的末端固定有鐵芯，其上纏繞有線圈；鐵芯和線圈共同構(gòu)成動(dòng)子；所述定子包括永磁磁鐵，布置在線圈周圍，提供上下方向變化的不均勻磁場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)能捕獲裝置，其特征在于所述定子的永磁磁鐵為兩組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)能捕獲裝置，其特征在于所述懸臂梁為兩個(gè)，分別連接在質(zhì)量塊的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)能捕獲裝置，其特征在于還包括整流升壓電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)能捕獲裝置，其特征在于還包括儲(chǔ)能裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)能捕獲裝置，其特征在于線圈、整流升壓電路、儲(chǔ)能裝置依次串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛之一所述裝置用于動(dòng)能捕獲的方法，其特征在于包括以下步驟(1)第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)捕獲外界的振動(dòng)能量，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)；(2)第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)將第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行放大；(3 )第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)子系統(tǒng)中的線圈在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了不穩(wěn)定的感生電流；(4)不穩(wěn)定的感生電流經(jīng)整流升壓電路調(diào)整為具有穩(wěn)定電壓的電流。
全文摘要
一種基于雙振動(dòng)模型的動(dòng)能捕獲裝置，包括兩級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)、定子以及位于定子內(nèi)部的動(dòng)子，第一級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括依次串聯(lián)的第一彈簧、質(zhì)量塊和第二彈簧；第二級(jí)振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括連接在質(zhì)量塊側(cè)邊的懸臂梁，懸臂梁的末端固定有鐵芯，其上纏繞有線圈；鐵芯和線圈共同構(gòu)成動(dòng)子；所述定子包括永磁磁鐵。第一級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)用于吸收外界的振動(dòng)，第二級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)用于放大第一級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)；線圈在不均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電流。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，可以自動(dòng)捕獲環(huán)境中的振動(dòng)并轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行了利用，擴(kuò)大了可利用能量的來(lái)源，特別適合用在不方便供電的場(chǎng)合供給電子設(shè)備使用。
文檔編號(hào)F03G7/08GK102536714SQ20121000345
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者謝龍漢 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)