體能發電電池的製作方法

2023-10-10 14:16:09

專利名稱：體能發電電池的製作方法
技術領域：
本實用新型提供一種可以廣泛使用的集機電為一體的利用人的體能發電並積蓄電能的「永久」使用型電池，它可以充分利用人們進行體育運動、鍛鍊身體時的能量發電，也可以在休閒娛樂時，擺動手腕、手臂的力發電並積蓄電能，以提供給人們方便使用，並用於取代一些電子產品中使用的常規化學能源電池。當今的人類社會，面臨著一個如何「節能環保」保護地球的巨大課題。世界範圍內，獲取「綠色」能源技術創新的競爭，「你追我趕」，產生了各種各樣的不同於傳統能源的利用技術。那麼這些「方興末艾」的技術屬於什麼範疇呢？有人定義為「超常規能源利用技術」。本實用新型利用人的體能發電、蓄電，不同於傳統的能源利用技術，它屬於「超常規能源技術」的領域。
背景技術：
目前，人們利用各種型號的電池為電源的電子產品日益增多。換言之，使用和更換的電池也日益增多，這些電池絕大多數又都屬於化學能，這也就明確地告訴人們，更換電池要加大開支，化學能的電池處置困難，嚴重汙染環境，不省錢、不環保。本實用新型技術提供的體能發電電池，利用電磁感應原理捕獲人體能量發電並積蓄，既經濟又環保，可謂「一勞永益」、「有百利而無一害」。
發明內容本實用新型的目的，是為了節能、環保，提倡「低碳生活」，旨在挖掘人類社會生產、 生活活動尚未加以利用的潛能，特設計了可以發電並蓄電的「體能發電電池」。人們在鍛鍊身體時，有時擺動雙臂，有時跳動，這就產生了一個往復運動的力。人類社會生產、生活活動中，類似這樣的力有很多很多，它們等待人們去充分開發利用，去實現「綠色能源收穫」。我們要大力提倡「低碳生活」，就要從一點一滴做起，去節能環保，去實現保護地球的宏偉目標和理想。為此，本技術提供一種不使用化學能的電池，只是利用人們擺動雙臂、手腕和跳動時所產生的往復運動力，帶動電磁感應裝置發電、並通過電子元器件實現蓄積電能的體能發電電池。體能發電電池內的電磁感應發電裝置內的永磁體具有排氣管和噴嘴，不同於常規的導電線圈內置永磁體，且它的整流濾波電容器是空心的，是位於包容電磁感應發電裝置的骨架管之外的，不同於常規的「實心」電容器。它是針對市售的大號、 五號、七號等電池的長條形和狹小的安裝空間而設計的。體能發電電池要方便人們用以取代化學能電池，關鍵在於體能發電電池在外形、長短、直徑、大小等方面要與化學能電池一樣標準化。比如我們測量市售的「南孚」電池1. 5V的，五號直徑為14mm，長為50. 4mm ；七號直徑10. 3mm，長44. 4mm，(可能不同品牌的電池有極微小的公差)。這就規定了體能發電電池的體積、形狀、大小必須與化學能電池一致，一致了才能方便使用。比如電視搖控器，有使用五號電池的，有使用七號電池的，用一樣型號、一樣大小的體能發電電池可方便替換搖控器電池，無需為了使用「綠色能源」電能而更換另一種帶體能發電結構的搖控器(有關報導稱國外研發了一種可按壓發電的電視搖控器，這是一種趨勢，但若以這樣的方式更換現有的搖控器，其損失浪費是巨大的)。本實用新型的主要技術內容見說明書附圖。
圖1 圖中的14為體能發電電池的總裝骨架管，其上設置了導電線圈隔A4、B7、 C12，將骨架管分為了三個安裝空間，在骨架管兩端安裝空間各繞上一個導電線圈繞組，即導電線圈A5和導電線圈B13，並將其串連為一個導電通路，以增加導電線圈的圈數，保證能產生足夠的感應電壓，在骨架管內裝入兩端安裝有緩衝構件並開有排氣管和噴嘴的永磁體6 (簡稱永磁體6，下同)，用手指姆指和中指攝封堵住骨架管兩埠，左右擺動，永磁體6 在管內往復運動很順暢快速，其磁力線切割導電線圈產生交流電。若將永磁體6取出替換上末開有排氣管的同樣大小的永磁體，操作同前述，則明顯感到永磁體在管內往復運動不順暢。這是什麼原因？道理很簡單，永磁體在密封的骨架管內往復運動，相當於空壓機的活塞，它兩端都承受了一個壓縮空氣的作用力，為了克服這個問題，市售的手搖發電電筒在筒內壁上設置了一定數量的凹凸條，用以消除永磁體兩端的空氣阻力，但這樣勢必加大了永磁體磁力線最強部位與導電線圈的間距，影響其功力的最大發揮。另一方面，這樣的設置在手搖電筒筒壁可製作得很厚的情況才可行，而在五號、七號電池這樣的「方寸」之間是不可能做到的。解決的辦法一是將骨架管密封為真空的，這樣作勢必加大成本，不可取；二是利用空氣動力學原理，將永磁體兩端粘牢緩衝塑膠墊，並沿軸向中心開孔成為排氣管，並在排氣管兩端的開口處，處理製作為內壁光滑的漸縮式噴嘴(見圖1灰色部份)，這樣，當永磁體6在骨架管內往復運動時，被壓縮的空氣在一瞬間通過排氣管，經由噴嘴快速噴出，產生一個不小的推力，這個推力是和「空心」的永磁體6的往復運動頻率成正比的，而作用於 「實心」的永磁體的推力，則和永磁體往復運動的頻率成反比(速度越快、空氣產生的阻力越大)。此外，物體運動速度，還有一個初速度、加速度、慣性力的關係問題，如果一個物體運動的軌道很短，一起動就停止了，就顯現不出加速度和慣性力來，如果其運動軌道較長，加速度和慣性力就能充分發揮作用，因此我們要儘可能減少電子元器件在骨架管內佔據的空間，使永磁體6作往復運動的軌道儘可能加長。為此，我們將佔據空間較大的濾波電解電容器分解開來，將鋁箔和絕緣紙一層一層纏繞在骨架管外，成為一種新的產品——「空心電容器」，如圖1中的8所示，即纏繞在骨架管外的濾波電容Cl。安裝在骨架管外的電子元件還有圖1中的9、10所示的穩壓兼指示燈的VD1、VD2兩個發紅光的貼片式發光二極體和貼片式隔離二極體VD3。用兩個發紅光的VD貼片串連，可獲穩壓3V的效果，用一個白光、或蘭光、或綠光的可獲穩壓2. 5V的效果，用一個紅光的可獲穩壓1. 5V的效果(這些都是由發光二極體的特性曲線與穩壓管非常相似，其正相壓降約為1.5-3V而產生的效果，它還具有發光可作指示燈的功能)，而隔離二極體VD3，則是為了防止已充了電的法拉級蓄電電容C2的電流回流而無功損耗了。因此可方便穩壓，和截留住蓄積的電能。故可將體能發電電池製作成多種電壓規格的產品。而圖1中的2所示的全橋整流堆和17所示的蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2，選用目前市售的貼片式和紐扣式的，其體積都不能安裝在骨架管外(受電池直徑限制)，只能安裝在骨架管兩端開口處，這樣一方面可減小永磁體6運動到埠附近時被電子產品電池盒內具有磁感應性的金屬簧片的磁感應吸引力，否則永磁體6 和具有磁感應性的金屬簧片牢牢相吸，無法作往復運動。同時，也可以利用蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2的負極作為封裝體能發電電池的負極底座，與電池盒內的負極輸入彈簧相匹配。而與電池盒內的正極輸入金屬片相匹配的則是圖1中1所示的正極帽蓋，它由沒有磁感應性的導電金屬材料衝壓製作，與從蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2 的正極腳上引出的導線連結、封裝在安裝有全橋整流堆的骨架管(14) 一端的另一埠上。 我們在安裝蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2和全橋整流堆時，還要先加裝上緩衝構件A和B，即圖1中的3和15，以減小永磁體6的撞擊力。緩衝構件可以是磁感性極弱的金屬寶塔式彈簧(它壓縮後可以只有製作它的金屬絲直徑大小的厚度，不佔據厚的空間)、 可以是橡膠海棉材料墊片、可以是具有彈性的塑膠材料簧片、可以是充氣膠墊等。上述各種配件安裝好後，按圖5所示線路圖連接好各電子元器件，多餘的線頭收到骨架管上空檔格內，灌膠封填為一個整體，然後套裝上如圖1中的16所示的封裝外套(用透明、半透明的熱縮管封裝)，用手握住體能發電電池擺動發電、蓄電，當發光二極體亮起來時即可使用了。現據說明書附圖， 將其發電、蓄電原理和如何利用敘述如下圖1中，骨架管(14)的內徑略大於永磁體(6)，兩者如同氣缸和活塞的關係，即不能過緊密，又不能過鬆動，永磁體(6)能順暢往復活動即為最佳配合。我們用手搖動體能發電電池，永磁體(6)不斷在外力作用下作往復運動，不斷壓縮骨架管(14)兩端的腔室內的空氣，又不斷將一端被施壓的空氣經過排氣管和噴嘴向另一端由永磁體(6)迅速移動佔位性空間的改變而產生的負壓區噴射，極盡所能地幫助外力作用發揮最大的推力，加快往復運動的速度。磁力線切割導電線圈的速度決定了在單位時間內通過導電線圈的磁通量的大小是正比例關係。單位時間內經過導電線圈的磁通量大，產生的電流就大。外力作用不斷， 永磁體(6)往復運動不斷，所產生的電流不斷。加之我們所選用的蓄電器件是很環保的法拉級電容(超級電容)，沒有化學型蓄電池在微弱電流下充不上電的缺點。這樣，在一個「方寸」之間的五號、七號體能發電電池體內，我們就實現了可用於整流、濾波、穩壓並可蓄積使用的電能。本實用新型的積極效果本技術充分挖掘開發利用「綠色」能源，特別是集娛樂活動、鍛鍊身體和以「點滴式」的方法收穫能源為一體，蓄積利用人們生產、生活活動中尚未廣泛開發利用的潛能，既方便利用，又節能環保，對創建和諧社會，節約型社會，提倡「低碳生活」和保護地球都具有積極的作用。它既豐富人們的物質文體生活，又方便攜帶，為人們日益頻繁的外出活動提供了可靠的「綠色」體能備電源——體能發電電池；它可以減少使用汙染破壞環境的化學電池，同時又能激勵人們進行拋手、跑步運動，即使是休閒看電視都可以隨意輕鬆地擺動遙控器發電、蓄電，一切都在不影響使用者的健康和正常生活之中不經意間進行，這既鍛鍊了身體和休閒娛樂了，又節約了開支，很環保，實現「低碳生活」。

圖1體能發電電池正剖面圖2體能發電電池外觀圖3體能發電電池外觀左視圖圖4體能發電電池外觀右視圖圖5電子元器件裝配線路圖圖中序號說明(1)正極帽蓋，⑵全橋整流堆，(3)緩衝構件A，(4)導電線圈隔A，(5)導電線圈 A，(6)兩端安裝有緩衝構件並開有排氣管和噴嘴的永磁體，(7)導電線圈隔B，(8)纏繞在骨架管外的濾波電容Cl，(9)穩壓兼指示燈VD1，(10)穩壓兼指示燈VD2，(11)隔離二極體 VD3, (12)導線線圈隔C，(13)導電線圈B，(14)骨架管，(15)緩衝構件B，(16)封裝外套， (17)蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2。
具體實施方式選用性價比適中的N38型號的釹鐵硼超強永磁材料製作圖1中所示的永磁體(6)， 選用強度等性能優良、摩擦係數小的塑料，如聚醯胺(尼龍)製作圖1中14所示骨架管。 以製作五號體能發電電池為例永磁體(6)長度為20mm，外徑為7. 6mm,內孔徑2mm，兩端各粘牢一個矽橡膠緩衝墊片，厚度為2mm，外徑和內孔與永磁體的相同，兩端的噴嘴最大處口徑為5mm，最小處口徑為2mm (要從矽橡膠緩衝墊片內孔處開始擴孔，做成深度6mm的漸縮式噴嘴)；骨架管長度為48. 8mm、內徑為8mm、壁厚0. 3mm,如圖1所示，其上要製作出導電線圈隔，以規範線圈繞組在骨架管上佔據的長度為10mm，兩端繞組一樣，並同處於距骨架管埠 IOmm處，永磁體(6)、骨架(14)製作好後，下面的實施步驟是選用高強度的Φ0.08 左右的漆包銅導線直接在骨架管兩端上繞制導電線圈，兩端的導電線圈串連相接，各留出的一個引線分別接全橋整流堆(2)的兩個交流符號腳，在全橋整流堆上面粘牢安裝好緩衝構件(這裡選用橡膠海棉)A(3)，同時在全橋整流堆的正極、負極腳上焊接引出導線備用， 然後整體裝入骨架管(14)的一埠內用膠封填粘牢(注意兩正、負極引出導線要留在管外)；選用Φ8χ6πιπι的16V、220yF鋁殼電解電容，拆出內面的鋁箔和絕緣紙帶(小心保護好正、負極引腳)，將其纏繞在骨架管(14)上靠近導電線圈隔B處，用細線捆住不致鬆散， 剪掉過長的正、負極引腳，在其餘下部分分別焊上全橋整流堆(2)正、負極引出的導線，並連上已串連在一起的兩個發紅光的貼片式發光二極體，即圖1中9、10所示的穩壓兼指示燈 VDU VD2 ；選用貼片式隔離二極體VD3 (11)，串連到VDl正極與蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2(17)的正極連接線中，防止蓄電電容蓄積的電能回流造成無功損耗；選用紐扣式ΦΙΟπιπιχδ. 2mm,5. 5V、0. 33F的蓄電電容作為圖1中17所示的蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2，其正極引腳如前所述已串連上了 VD3(11)的正極，但在其正級引腳上還要焊接導線連接至圖1中1所示的正極帽蓋上(這根導線不與任何電子元件串連、並連)。在電容C2上正極面粘牢安裝好緩衝構件B (15)後裝入骨架管(14)的另一埠內齊平用膠封填粘牢。正級帽蓋用非磁感應性的銅材、鋁材等衝壓製作，其形狀可如草帽狀，最後將它與蓄電和兼電池底座的法拉級電容C2(17)分別裝到骨架管(14)的兩端內用膠粘牢固定， 但一定要注意，法拉級蓄電電容的負級要向外，兼作體能發電電池的負極底座，好方便與電子產品用具上的電池盒負極輸入彈簧相匹對；最後，用封裝材料(最好是透明的或半透明的熱縮管)作體能發電電池封裝外套，即圖1中16所示的封裝外套(在封裝之前要用透明膠來將骨架管上的空檔處填實，使之成為一個完整的園柱體)。這樣，一個體能發電電池就製作完成了，用手搖動即可發電、蓄電，發光二極體發亮了，表示電壓已達3V左右，可以使用了。但是還有一個問題需要解決，即普遍的電子產品用具一般都是用兩個1.5V的電池， 一個體能發電電池怎麼裝入其電池盒中使用呢？我們只好另外做一個「空殼電池」(「空殼電池」內只有一根金屬導線)，用以配對裝入電池盒使用(若用兩個1. 5V體能發電電池裝入電池盒內使用，因永磁體相互吸引，不能作往復運動的)。
權利要求1.一種體能發電電池，該電池由正極帽蓋(1)、全橋整流堆(2)、緩衝構件A(3)、導電線圈隔A(4)、導電線圈A(5)、兩端安裝有緩衝構件並開有排氣管和噴嘴的永磁體(6)、導電線圈隔B(7)、纏繞在骨架管外的濾波電容Cl (8)、穩壓兼指示燈VDl (9)、穩壓兼指示燈 VD2(10)、隔離二極體VD3(11)、導電線圈隔C(12)、導電線圈B(13)、骨架管(14)、緩衝構件 B(15)、封裝外套(16)、蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2 (17)所組成；在骨架管(14)上，兩端繞有導電線圈A(5)和導電線圈B(13)，在兩線圈中間骨架管外裝有纏繞在骨架管外的濾波電容Cl (8)、用於穩壓並作指示燈的穩壓兼指示燈VDl (9)和 VD2(10)，在骨架管(14)內裝有兩端安裝有緩衝構件並開有排氣管和噴嘴的永磁體(6)，它在骨架管(14)內可往復運動，在骨架管埠，一端用全橋整流堆(2)和緩衝構件A(3)裝填齊平埠灌膠封牢，另一端用蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2(17)和緩衝構件 B(15)裝填齊平埠，用膠粘牢；所述導電線圈A(5)和導電線圈B(13)要連接為一個導電通路。
2.根據權利要求1所述的體能發電電池，其特徵是纏繞在骨架管外的濾波電容Cl(8) 是空心的。
專利摘要本實用新型提供一種可以廣泛使用於遙控器、手電筒、帶照明燈的手杖以及只需短暫供電的電子產品的體能發電電池。它是由正極帽蓋(1)、全橋整流堆(2)、緩衝構件A(3)、導電線圈隔A(4)、導電線圈A(5)、兩端安裝有緩衝構件並開有排氣管和噴嘴的永磁體(6)、導電線圈隔B(7)、纏繞在骨架管外的濾波電容C1(8)、穩壓兼指示燈VD1(9)、穩壓兼指示燈VD2(10)、隔離二極體VD3(11)、導電線圈隔C(12)、導電線圈B(13)、骨架管(14)、緩衝構件B(15)、封裝外套(16)、蓄電和兼電池負極底座的法拉級電容C2(17)所組成，設置有正極帽蓋和負極底座，可為1.5V、3V等各種電壓規格的「綠色環保」型電池。它可以在人們休閒娛樂時摔動手臂、擺動手腕、拍打手掌的過程中，收集人的體能轉換為電能並加以蓄積，是供人們方便使用的化學能電池。
文檔編號H02J7/32GK202183632SQ20112026820
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者石才俊, 石瑞林 申請人:石才俊, 石瑞林