可穿戴式發電裝置製造方法
2023-07-07 11:59:21
可穿戴式發電裝置製造方法
【專利摘要】本發明實施例提供的可穿戴式發電裝置，涉及發電裝置，解決了現有的發電裝置輸出電壓不穩定、實用性低的問題。本發明實施例中，所述可穿戴式發電裝置包括至少一個永磁體、至少一個線圈、至少一個整流裝置、第一DC/DC變換器及供電單元，所述永磁體與所述線圈相對設置；所述線圈與所述整流裝置電連接；所述整流裝置與所述第一DC/DC變換器電連接；所述第一DC/DC變換器與所述供電單元電連接；所述永磁體與所述線圈用於產生相對運動，以產生能夠通過所述整流裝置使所述第一DC/DC變換器變換為所需的直流電的交流電。本發明主要應用於可攜式發電裝置中。
【專利說明】可穿戴式發電裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及發電裝置，尤其涉及一種可穿戴式發電裝置。
【背景技術】
[0002]目前世界能源和環境問題凸顯，能源領域的開源節流是一個全世界範圍內的課題。為了更好的利用環境能量，一系列新技術如溫差發電技術、太陽能發電技術、風力發電技術、微能量收集等被應用，但是這些技術由於受環境限制，不便於攜帶。而在可攜式電子設備領域，通常採用可攜式發電裝置來更好的利用環境能量給設備補充能量。
[0003]現有的可攜式發電裝置有壓力發電鞋和輪滑發電鞋。其中，壓力發電鞋至少包括一個永磁體、兩個軟磁芯、兩個線圈、一個永磁體運動導槽、一個線圈骨架、一個壓力傳導板及一個彈力裝置。軟磁芯置於線圈骨架中；線圈繞在線圈骨架上，並圍繞在軟磁芯的周邊；永磁體置於永磁體運動導槽中，並通過置於運動導槽的彈力裝置使永磁體的N極在初始位置與軟磁芯共面，此時軟磁芯會產生感應磁場；壓力傳導板置於永磁體上，並與永磁體的S極相接觸，用於傳遞壓力使永磁體向下運動，同時通過動力裝置使永磁體在永磁體導槽中做上下的往復運動。其中永磁體在初始位置時,其N極與軟磁芯共面，軟磁芯產生一種感應磁場，當壓力傳導板作用時，使永磁體向下運動，則永磁體的N極向下運動,使位於N極之上的S極運動到N極的初始位置，從而永磁體的S極與軟磁芯共面，則軟磁芯產生另一種感應磁場，之後永磁體在動力裝置的作用下向上運動，使N極回到初始位置，在永磁體做上下的往復運動的過程中，感應磁場發生改變,則感應磁場的磁力線的方向發生改變,從而切割線圈，產生電能。產生的該電能為交流電，可以通過整流電路使該交流電轉化為直流電，從而為其他耗電設備供電。然而，由於該種壓力發電鞋通過永磁體運動來產生電能，則輸出電壓的大小受永磁體運動的限制，即與人走動時，擠壓壓力傳導板的頻率及壓力大小有關，導致壓力發電鞋的輸出電壓不穩定。
[0004]輪滑發電鞋與壓力發電鞋類似，通過輪滑發電鞋中的滑輪轉動，帶動與滑輪相連的輪滑發電鞋的發電機中的轉輪轉動，從而使發電機產生交流電，並通過整流穩壓器轉變為直流電後為其他耗電設備供電。但是，該輪滑發電鞋只能在穿輪滑鞋並運動時才能發電，實用性非常低。
【發明內容】
[0005]本發明的實施例提供一種可穿戴式發電裝置，解決了現有的發電裝置輸出電壓不穩定、實用性低的問題。
[0006]為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案:
[0007]一種可穿戴式發電裝置，用於穿戴在人體上以發電，包括至少一個永磁體、至少一個線圈、至少一個整流裝置、第一 DC/DC變換器及供電單元，所述永磁體與所述線圈相對設置；所述線圈與所述整流裝置電連接；所述整流裝置與所述DC/DC變換器電連接；所述第一DC/DC變換器與所述供電單元電連接；所述永磁體與所述線圈用於產生相對運動，以產生能夠通過所述整流裝置使所述第一 DC/DC變換器變換為所需的直流電的交流電。
[0008]具體而言，所述第一 DC/DC變換器為降壓變換器、升壓變換器或升降壓變換器。
[0009]為了使第一 DC/DC變換器有效地對直流電進行變換，所述線圈為多匝線圈和/或所述整流裝置為電容串聯的倍壓整流電路。
[0010]本發明實施例提供的電容串聯的倍壓整流電路的結構有多種，其中一種為:所述電容串聯的倍壓整流電路包括第一二極體、第二二極體、第一電容、第二電容及第三電容，所述第一二極體與第二二極體同向串聯構成第一線路；所述第一電容及第二電容串聯構成第二線路後與所述第三電容並聯；所述第三電容兩端為輸出端；所述線圈的一端連接在所述第一二極體及第二二極體之間，另一端連接在所述第一電容及第二電容之間。
[0011]為了減小第一二極體及第二二極體的壓降損耗，所述第一二極體和第二二極體為正向壓降較小的二極體。
[0012]本發明實施例提供的供電單元的結構有多種，其中一種為:所述供電單元包括第一接口，所述第一接口與所述第一 DC/DC變換器電連接。
[0013]本發明實施例提供的供電單元的結構有多種，其中另一種為:所述供電單元包括儲能元件、第二 DC/DC變換器及第二接口，所述儲能元件分別與所述第一所述DC/DC變換器及所述第二 DC/DC變換器電連接；所述第二 DC/DC變換器與所述第二接口電連接。
[0014]所述儲能元件的種類有多種，其中一種為:所述儲能元件為可充電電池。
[0015]本發明實施例提供的可穿戴式發電裝置，由於永磁體與線圈相對設置，則通過永磁體與線圈之間產生相對運動使永磁體產生的磁場切割線圈，從而產生交流電，該交流電通過整流裝置變為直流電，由於設有DC/DC變換器，能夠將直流電的電壓變換為特定的電壓大小，當通過該電壓直接向耗電設備供電時，該可穿戴式發電裝置的輸出電壓均通過DC/DC變換器變換後而得到，為一個穩定數值，使其輸出電壓穩定，另外，通過永磁體與線圈相對運動產生電能的方式易實現，實用性較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0017]圖1為本發明實施例提供的可穿戴式發電裝置簡易示意圖；
[0018]圖2為本發明實施例提供的整流裝置結構示意圖；
[0019]圖3為本發明實施例提供的供電單元結構示意圖；
[0020]圖4至圖8為本發明實施例提供的可穿戴式發電裝置的應用結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0022]本發明實施例提供一種可穿戴式發電裝置，用於穿戴在人體上以發電，如圖1所示，包括至少一個永磁體11、至少一個線圈12、至少一個整流裝置13、第一 DC/DC變換器14及供電單元15，永磁體11與線圈12相對設置；線圈12與整流裝置13電連接；整流裝置13與第一 DC/DC變換器14電連接；第一 DC/DC變換器14與供電單元15電連接；其中，永磁體11與線圈12用於產生相對運動，以產生能夠通過整流裝置13使第一 DC/DC變換器14變換為所需的直流電的交流電。
[0023]本發明實施例提供的可穿戴式發電裝置中，由於永磁體與線圈相對設置，則通過永磁體與線圈之間產生相對運動使永磁體產生的磁場切割線圈，從而產生交流電，該交流電通過整流裝置變為直流電，由於設有DC/DC變換器，能夠將直流電的電壓變換為特定的電壓大小，當通過該電壓直接向耗電設備供電時，該可穿戴式發電裝置的輸出電壓均通過DC/DC變換器變換後而得到，為一個穩定數值，使其輸出電壓穩定，另外，通過永磁體與線圈相對運動產生電能的方式易實現，實用性較高。
[0024]上述實施例描述的可穿戴式發電裝置中，第一 DC/DC變換器14可以為降壓變換器、升壓變換器或升降壓變換器。
[0025]對於整流裝置13將產生的交流電變為直流電之後，通過第一 DC/DC變換器14變換後得到特定的直流電壓值。通過該直流電壓直接向耗電設備供電時，通常電子設備充電所需要的直流電壓為5V，而通過整流裝置13整流後的直流電壓通常為0.5V或者更小，此時可以採用升壓變換器或升降壓變換器來提升電壓，以達到所需的直流電壓大小，其中，在實際操作過程中，有時過多地增加線圈12的匝數或者永磁體11與線圈12之間瞬間相對運動頻率較快，則通過整流裝置13整流後的直流電壓可能會大於5V，此時需要通過降壓變換器或升降壓變換器來降低電壓，以達到所需的直流電壓大小，則可以根據供電需求來第一調整DC/DC變換器14，保證輸出電壓的穩定性。
[0026]上述實施例描述的可穿戴式發電裝置中，線圈12可以為多匝線圈和/或整流裝置13可以為電容串聯的倍壓整流電路。
[0027]上述實施例提到通常電子設備充電所需要的直流電壓為5V，同時通常變換器14的輸入電壓若過低則該DC/DC變換器14無法正常工作來完成電壓的變換，則單純通過一匝線圈及一個整流電路所產生的電能過小，無法達到第一 DC/DC變換器14工作所需的電壓值，此時可以對產生電能的位置做改進，也可以對整流裝置13做改進，從而提升直流電的電壓來供電。其中，前者可以通過增加線圈的匝數來增加產生的電能，後者則為通過將整流裝置13設為倍壓整流電路來使交流電通過整流電路後變為數值較大的直流電。
[0028]上述實施例描述的可穿戴式發電裝置中，如圖2所示，電容串聯的倍壓整流電路可以包括第一二極體21、第二二極體22、第一電容23、第二電容24及第三電容25，第一二極體21與第二二極體22同向串聯構成第一線路；第一電容23及第二電容24串聯構成第二線路後與第三電容25並聯；第三電容25兩端為輸出端；其中，線圈12的一端連接在第一二極體21及第二二極體22之間，另一端連接在第一電容24及第二電容25之間。
[0029]圖2所示的倍壓整流電路中，通過切割線圈產生的交流電，當連接在第一二極體21及第二二極體22之間的線圈12的一端為正極、連接在第一電容23及第二電容24之間的線圈12的另一端為負極時，電流僅流經第一二極體21來給第一電容23充電；當連接在第一二極體21及第二二極體22之間的線圈12的一端為負極、連接在第一電容23及第二電容24之間的線圈12的另一端為正極時電流僅流經第二二極體22來給第二電容24充電。由於第一電容23及第二電容24串聯後與第三電容25並聯，則相當於第一電容23及第二電容24共同向第三電容25充電，且第三電容25兩端為輸出端，則增大了輸出的直流電壓。
[0030]當然，也可以通過多個倍壓整流電路串聯，即多個第三電容25串聯後作為輸出端來輸出電壓，能更好的實現直流電壓的抬升。其中每個倍壓整流電路均連接有一個線圈12。
[0031]上述實施例描述的可穿戴式發電裝置中，第一二極體21和第二二極體22可以為正向壓降較小的二極體。對於二極體而言，均存在壓降損耗，則選擇壓降相對較小的二極體能有效的減小壓降損耗，從而減小廣生的交流電的電能損耗，間接提聞了變換後的直流電的電能，提高了整流裝置13的整流效率。
[0032]上述實施例描述的可穿戴式發電裝置中的供電單元15用於向耗電設備供應電能，其可以直接向耗電設備供應電能，也可以通過先儲能後向耗電設備供應電能。下面對這兩種方式進行詳細的說明。
[0033]方式I
[0034]供電單元15包括第一接口，第一接口與第一 DC/DC變換器14電連接。所述第一接口用於連接耗電設備，並向耗電設備供應電能。另外，該接口可以採用USB接口或其它結構的接口，其中，USB接口為較常用的手機或其它可攜式電子設備的充電接口。
[0035]方式2
[0036]如圖3所示，供電單元15包括儲能元件31、第二 DC/DC變換器32及第二接口 33，儲能元件31分別與第一所述DC/DC變換器14及所述第二 DC/DC變換器32電連接；第二DC/DC變換器32與第二接口 33電連接。採用儲能元件31能夠有效地將變換後的電能存儲起來，能夠防止電能的浪費，同時可穿戴式發電裝置在初始時產生的電能過小，無法向耗電設備供應電能，則能夠通過第二 DC/DC變換器32來抬升電壓，以向耗電設備供應電能。
[0037]其中，儲能元件31通過第一 DC/DC變換器14來完成充電，此時，第一 DC/DC變換器14所變換後輸出的電壓應控制為不大於儲能元件的最高充電電壓。例如，當儲能元件31為鋰電池，且通常可攜式電子設備的鋰電池的最高充電電壓為4.2V，則需要調整第一 DC/DC變換器14，使其變換後的輸出電壓值穩定在小於4.2V的一個數值，從而對鋰電池進行充電；之後鋰電池開始供電，上述實施例已提到，通常可攜式電子設備的充電電壓為5V，則此時通過第二 DC/DC變換器32來提升鋰電池的輸出電壓，使該電壓增至為5V，再通過第二接口 33來給耗電設備供應電能。
[0038]另外，供電單元15也可以採用電能儲存及供應電能同時進行的方式。
[0039]上述實施例描述的可穿戴式發電裝置中，儲能元件31可以為可充電電池。可充電電池為較常用且可長期使用的一種電池，例如上述的鋰電池，當然，儲能元件31也可以為能夠儲存電能的其它儲能元件。
[0040]對於上述實施例描述的可穿戴式發電裝置，其能夠應用於人的身體上、人所穿戴的褲子、上衣或鞋子中，當然也可以應用於其它的方面。
[0041]當可穿戴式發電裝置應用於人的身體上時，如圖4和圖5所示，該可穿戴式發電裝置包括第一部分及第二部分，第一部分包括永磁體11及第一本體41，永磁體11固定在第一本體41上；第二部分包括第二本體42、線圈12、整流裝置13、第一 DC/DC變換器14及供電單元15，且線圈12、整流裝置13、第一 DC/DC變換器14及供電單元15固定在第二本體42上；其中，第一本體41固定在人的一條腿上，第二本體42固定在人的另一條腿上和/或第一本體41固定在人的胳膊上，第二本體42固定在人的身體上。
[0042]圖4和圖5中，第一本體41及第二本體42均設有連接件43，連接件43用於分別將第一本體41及第二本體42固定在人的腿、胳膊或身體上。待第一本體41及第二本體42固定好之後，調整第一本體41及第二本體42的位置，使人以立正姿勢站立不動時，永磁體11與線圈12相對設置，在人走動的過程中，兩條腿或兩隻胳膊會持續往復運動，兩條腿之間會產生相對運動，兩條胳膊與人的上半身之間也會產生相對運動，從而使永磁體11與線圈12之間產生相對運動，則線圈12中的磁場發生改變，即磁通量發生改變，從而產生電能，該電能依次通過整流裝置13、第一 DC/DC變換器14及供電單元15來給耗電設備供電。由此可知，該可穿戴式發電裝置是將人體的動能轉化為了電能，且能夠隨時隨地對能量進行收集，由於人體的動能較大，且為持續能源，則該穿戴式發電裝置相比技術的發電裝置產生的功率較大，且有效地利用了人體產生的能量。
[0043]當可穿戴式發電裝置應用於人穿的褲子、上衣或鞋子中時，分別如圖6至圖8所示，與上述穿戴式發電裝置應用於人的身體上時原理相同，人在走動的過程中，通過胳膊、腿和腳的運動使永磁體11與線圈12之間產生相對運動，從而產生電能，並通過整流裝置13將交流電變為直流電、DC/DC變換器升降壓後，通過供電單元15給耗電設備供電。
[0044]其中，褲子、上衣和鞋子通過永磁體11及線圈12產生的電能可以同時使用同一整流裝置13、第一 DC/DC變換器14及供電單元15。且永磁體11與線圈12可以交錯或交疊設置，便於可穿戴式發電裝置的線路連接。
[0045]此處需要說明的是，圖4至圖7中均已該可穿戴式發電裝置包括兩個永磁體11及兩個線圈12為例。
[0046]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種可穿戴式發電裝置，用於穿戴在人體上以發電，其特徵在於，包括至少一個永磁體、至少一個線圈、至少一個整流裝置、第一 DC/DC變換器及供電單元，所述永磁體與所述線圈相對設置；所述線圈與所述整流裝置電連接；所述整流裝置與所述第一 DC/DC變換器電連接；所述第一 DC/DC變換器與所述供電單元電連接； 所述永磁體與所述線圈用於產生相對運動，以產生能夠通過所述整流裝置使所述第一DC/DC變換器變換為所需的直流電的交流電。
2.根據權利要求1所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述第一DC/DC變換器為降壓變換器、升壓變換器或升降壓變換器。
3.根據權利要求1或2所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述線圈為多匝線圈和/或所述整流裝置為電容串聯的倍壓整流電路。
4.根據權利要求3所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述電容串聯的倍壓整流電路包括第一二極體、第二二極體、第一電容、第二電容及第三電容，所述第一二極體與第二二極體同向串聯構成第一線路；所述第一電容及第二電容串聯構成第二線路後與所述第三電容並聯；所述第三電容兩端為輸出端； 所述線圈的一端連接在所述第一二極體及第二二極體之間，另一端連接在所述第一電容及第二電容之間。
5.根據權利要求4所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述第一二極體和第二二極體為正向壓降較小的二極體。
6.根據權利要求1或2所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述供電單元包括第一接口，所述第一接口與所述第一 DC/DC變換器電連接。
7.根據權利要求1或2所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述供電單元包括儲能元件、第二 DC/DC變換器及第二接口，所述儲能元件分別與所述第一所述DC/DC變換器及所述第二 DC/DC變換器電連接；所述第二 DC/DC變換器與所述第二接口電連接。
8.根據權利要求7所述的可穿戴式發電裝置，其特徵在於，所述儲能元件為可充電電池。
【文檔編號】H02K35/00GK104038016SQ201310074140
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月8日 優先權日:2013年3月8日
【發明者】劉策, 田帆 申請人:華為技術有限公司