內含Halbach陣列的方柱形發電電池的製作方法

2024-02-24 02:52:15 1

本實用新型涉及一種內含Halbach陣列的方柱形發電電池，具體涉及一種內含Halbach陣列且能夠利用人體搖擺發電的裝置。

背景技術：

目前，很多如遙控器、無線滑鼠、手電筒等的低功耗電子產品主要使用AA（5號）或AAA（7號）型號的化學電池供電，但這些電池使用壽命短，需要頻繁更換，造成了資源的浪費和環境的汙染，甚至危害到人類健康。

為了解決上述問題，很多研究者提出了利用人體動能發電的電池的構想，將人體運動時四肢、腳底、背部等各個部位擺動、衝壓、振動等形式的動能轉化為電能，能夠替代普通電池，源源不斷地為這些電子設備供電。

張怡強提出了一種可振動發電的電池（申請號：201120576187.1），其外形尺寸與AA（5號）或AAA（7號）電池完全一致，內部有一組同軸的磁鐵固定在電池的中心軸處，磁鐵外有一線圈繞組，在手晃動下沿著軸線方向做直線往復運動，切割磁力線發電。然而電池盒內部通常為矩形空間，圓柱形的發電電池放入矩形盒內必然會造成稜邊處空間的浪費。趙興強為了充分利用這些稜邊的空間，設計了截面為正方形的發電電池（申請號：201620375765.8），提升了發電電池的性能；同時採用極性相對的磁鐵陣列作為動子，增加磁場強度分布梯度，但磁鐵易與外界發生相互作用，造成磁鐵運動受阻。

技術實現要素：

目的：為了克服現有技術中存在的不足，減小磁鐵動子與外界鐵磁材料的相互作用，本實用新型提供一種內含Halbach陣列的方柱形發電電池，一方面，Halbach永磁陣列的磁場具有單邊分布的特性，磁場強度在一側具有優良的正弦特性，另一側幾乎為零，具有自屏蔽作用，可以有效地減小磁鐵動子與外界鐵磁材料的相互作用；另一方面，方柱形的結構能夠充分利用電池盒的空間。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為：

一種內含Halbach陣列的方柱形發電電池，包括外殼、正極、負極、Halbach永磁陣列、線圈和管理電路；

所述外殼內設置有為Halbach永磁陣列提供上下運動空間的磁體殼，Halbach永磁陣列置於磁體殼內，且可在磁體殼內自由上下滑動；在Halbach永磁陣列磁場增強的一側安裝線圈，線圈繞線的兩端連接管理電路，管理電路連接正極、負極，使得線圈產生的交流電經由管理電路處理後，輸出穩定的直流電給發電電池的正負極。

所述的內含Halbach陣列的方柱形發電電池，其特徵在於：所述外殼為方柱形，其截面為標準AA（5號）或AAA（7號）電池截面圓的外切正方形。

所述的內含Halbach陣列的方柱形發電電池，其特徵在於：所述外殼內分為兩個腔，其中一個為磁體殼腔體，另一個用來安裝線圈和管理電路。

所述的內含Halbach陣列的方柱形發電電池，其特徵在於：所述外殼的上下部分別設有電極槽，用於安裝正極和負極。

所述的內含Halbach陣列的方柱形發電電池，其特徵在於：所述Halbach永磁陣列為五塊長方體磁鐵組成的直線型Halbach陣列，置於磁體殼內，零磁場的一側朝向外殼壁，磁場增強的一側朝向外殼內部。

所述的內含Halbach陣列的方柱形發電電池，其特徵在於：所述線圈為矩形線圈，固定在外殼內磁場增強一側的腔內，線圈平面正對Halbach永磁陣列的側面，與Halbach永磁陣列運動方向平行。

所述的管理電路具有整流、升壓和穩壓等功能，主要是將線圈輸出的交流電轉換為1.5V（代替單節化學電池）或3V（代替2節化學電池）的直流電。

有益效果：本實用新型提供的內含Halbach陣列的方柱形發電電池，與現有技術相比，採用Halbach永磁陣列提供磁場，能夠增強線圈一側的磁場強度，提高輸出性能；同時自身另一側磁場強度幾乎為零，具有自屏蔽效應，減小了Halbach永磁陣列與外界的磁相互作用；能夠利用人體搖擺發電，具有綠色環保、無需更換電池的優點，能夠代替化學電池應用於遙控器、無線滑鼠、手電筒等的低功耗電子產品中。

附圖說明

圖1為內含Halbach陣列的方柱形發電電池的結構示意圖；

圖2為Halbach永磁陣列和線圈的結構圖；

圖中：1、外殼；2、線圈；3、Halbach永磁陣列；4、管理電路；11、正極；12、負極；101、正極槽；102、負極槽。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型作更進一步的說明。

如圖1所示，一種內含Halbach陣列的方柱形發電電池，包括外殼1、線圈2、Halbach永磁陣列3、管理電路4、正極11和負極12等。

外殼1的截面為方形，為標準AA（5號）或AAA（7號）電池截面圓的外切正方形。外殼1內分為兩個腔，一個為Halbach永磁陣列3提供上下運動的空間，另一個用來安裝線圈2和管理電路4。

外殼1的上下部分別有正極槽101和負極槽102，安裝正極11和負極12。

Halbach永磁陣列3為5塊長方體磁鐵組成的直線型Halbach陣列，磁鐵的極化方向如圖2所示。該陣列置於外殼1內的一個腔內，零磁場的一側朝向外殼壁，磁場增強的一側朝向外殼1的內部。

線圈2為矩形線圈，固定在外殼1內磁場增強一側的腔內，線圈2的平面正對Halbach永磁陣列3的側面，與Halbach永磁陣列3運動方向平行，見圖2。

管理電路4與線圈2一起安置在外殼1內的一個腔內，包括整流、升壓和穩壓等功能，主要是將線圈2輸出的交流電轉換為穩定的直流電。直流電的電壓為1.5V和3V，分別用於代替單節和雙節化學電池。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。