专利名称：基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供电装置，尤其是便携电子设备的发电装置。
技术背景便携式电子设备如手机、PDA、 MP3己被广泛使用。它们一般采用电池供 电，但它们只能在电池有电的时候才能使用。在无法充电的场合如野外等， 若正好电池没电将造成很大不便。专利200320108024提出了一种内置式太 阳能手机充电装置，该装置利用光伏电池将太阳能转换为电能，但当手机装 在口袋或在夜晚，该充电装置无法工作。专利200420000836提出了一种手 机应急充电器，该充电器采用齿轮传动带动发电机，而人通过拉扣带动齿轮 运动；专利200320103286提出了一种手摇式发电机，该装置通过手摇带动 齿轮传动机构，进而带动发电机，这些方法采用齿轮与发电机，结构复杂， 体积庞大，其发电需要人做特定的运动，增加了人的负担。该装置与便携电 子设备不能做成一体，携带不方便。 发明内容本发明要解决的技术问题是解决便携电子设备充电装置工作场合受限 或结构复杂、体积庞大、与电子设备不能做成一体等缺点，提供一种利用人 体日常行为产生能量，体积小，能与电子设备做成一体或便于人体携带的发 电装置，可有效延长便携电子设备的一次充电工作时间；在电池能量耗尽的 情况下，通过人体的特定行为，满足便携电子设备短时间工作的要求。技术方案是采用惯性发电原理，由可自由运动的惯性块和线圈组成发电 装置，通过人体运动使得惯性块与线圈之间获得相对运动，从而使线圈的磁 通发生改变，线圈产生感应电动势。通过从人体运动获得能量，为便携电子 设备提供或补充电能，延长便携电子设备一次充电的使用时间；由于人体的 运动大多都是加减速运动，因此本发明可安装在足部、手部，或携带身上， 体积小巧，在任何场合均可用。本发明基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，由转子、定子、轴组成。 转子包括两个扇形体、 一个连接件和M块永磁铁，M为偶数。扇形体的扇形 角度〈180度，扇形体的一个表面开有M/2个扇形槽，相邻两槽中心线的扇形 角度相等，为《。每个扇形槽中安装一块永磁铁。扇形体的圆弧边缘为齿形结构，以便于与连接件啮合。扇形体的圆心部分有 L，通过轴承与定子连接。 扇形体的材料为非铁磁材料，建议采用铝合金。每个扇形体通过扇形槽嵌入M/2块永磁铁，再通过连接件连接在一起，嵌有磁铁的面相对放置。两个扇形体包含的空间是一个交错的磁性空间。定子由电路板、线圈和骨架组成。电路板为圆形，与轴上的一个端面粘 接在一起，电路板上有表贴元件做成的电能处理电路，该电能处理电路可为BOOST直流直流变换电路或电荷泵转换电路。线圈绕制在骨架上，线圈采用 0.05 0.25ram的漆包线，骨架采用塑料或胶木制成。在电路板上每隔^角度 放置一个线圈，"等于"或为"的整数倍，共放置360V"个线圈，线圈的中 心与转子永磁铁的中心在一条直线上。线圈采用串联的连接方式，360°// 个 线圈串联后有两根输出线。骨架中可放入磁性材料，如铁氧体或硅钢片，以 减小磁阻，增大磁通密度，但会给转子的运动带来阻力。转子可绕轴自由运动，而定子固连在轴上，转子的运动使得线圈中的磁 通发生变化，从而产生电能。当转子绕轴一周，定子中每个线圈的磁通变化 M/2次，串联的线圈组则产生持续360度的输出。BOOST直流变换电路是发电装置的输出经整流后输出至电容，变为脉 动直流，再通过电感、开关器件和肖特基二极管组成的升压电路对电压进行 提升，采用电压反馈调节开关器件占空比以保持输出电压的稳定。提升后的 输出电压对便携电子设备的电池进行充电。电荷泵变换电路是发电装置的输出经整流后输出至电容，变为脉动直 流，再通过电荷泵变换电路对电压进行提升，电荷泵变换电路利用外接电容 实现对输入电压的提升。提升后的输出电压对便携电子设备的电池进行充 电。发电装置可与便携电子设备做成一体，也可做成可拆卸的方式在需要 的时候与便携电子设备安装在一起，不需要的时候拆下来。将发电装置与便 携电子设备一体化有利于人体携带，人携带或使用便携电子设备的过程中就 可为便携电子设备充电，延长便携电子设备使用时间。在无法得到外部电源 的场合，如在野外，通过摇动便携电子设备即可满足短时使用的要求。发电 装置可与便携电子设备做成一体，也可作为便携电子设备的选配件，在需要 的时候安装在便携电子设备上。发电装置可安装在足部，比较合适的位置是鞋的上表面，人体行走时足 部有急剧的加减速运动，发电装置则可充分利用吸收能量。由于足部运动剧 烈，安装空间有限，为避免引线过长，则将便携电子设备安装在人的小腿部， 这样，人行走或跑步时就可对便携电子设备充电。发电装置还可安装在手提袋上，特别是女士出门一般要带一手提袋，将该装置装在手提袋上，该装置具有充电接口输出。便携电子设备平时不用放 在手提袋内时就接在充电接口上，既起到了固定作用也可充电，这样女士提 着手提袋出门时即可对手机进行充电。 采用本发明可取得以下技术效果本发明所述发电装置体积小巧，结构简单，利用人体日常行为获得能量，既可与电子设备做成一体，也可与电子设备分开；既可延长便携电子设备一 次充电的使用时间，也可在电子设备电池能量耗尽的情况下，满足便携电子 设备短时间工作的要求。
图l是本发明内部结构；图2是本发明扇形转子上的永磁铁的分布示意图； 图3是本发明圆形电路板上线圈分布示意图； 图4是本发明旋转惯性块旋转一周的输出电压；图5是BOOST直流直流变换电路；图6是电荷泵变换电路；图7是本发明与便携电子设备做成一体示意图； 图8是本发明与便携电子设备拆分、组合示意图； 图9是本发明利用足部能量的安装方式示意图； 图10是本发明装在女士手提袋上的示意图。
具体实施方式
图l是本发明的一种实施例的结构示意图。该发电装置由转子、定子组 成。转子由左扇形体7和右扇形体8、连接件9和M^8块永磁铁11组成。 左扇形体7和右扇形体8采用非铁磁材料制成，形状完全相同。如图2所示， 左扇形体7和右扇形体8的扇形角度为120度，内表面开有M/2=4个扇形槽， 相邻槽中心线的夹角《=30度，每个扇形槽内均安装有一块永磁铁ll。左扇 形体7和右扇形体8的圆弧边缘为齿形结构，左扇形体7和右扇形体8的圆 弧边缘与连接件9啮合，连接件9将左扇形体7和右扇形体8连接在一起， 且使左扇形体7和右扇形体8嵌有磁铁的面相对放置。左扇形体7和右扇形 体8的圆心部分有孔，通过轴承16与定子连接。两个扇形体包含的空间是一个交错的磁性空间。定子由电路板15、线圈10和骨架13、轴14组成。电路板15为圆形， 与轴14的一个端面粘接在一起，电路板15上有表贴元件做成的电能处理电 路，该电路为BOOST直流直流变换电路或者电荷泵转换电路:—线圈10采用 O.lmm的漆包线，绕制在骨架13上。骨架13采用绝缘材料如塑料或胶木制 成。如图3所示，在电路板15上每隔々二60度分布1个线圈10，共有360°/》=6个线圈10， 6个线圈10的中心位于一个圆上，并与转子永磁铁11的中心在 一条直线上。6个线圈3采用串联的连接方式。骨架13中可放入磁性材料， 如铁氧体或硅钢片，以减小磁阻，增大磁通密度。
转子可绕轴14自由运动，而定子固连在轴14上，转子构成的交错磁性 空间在任何时刻均包含了两个线圈10，转子的运动使得线圈10中的磁通发 生变化，从而产生电能。当转子绕轴14一周，定子中每个线圈10的磁通变 化4次，产生持续120度的输出，6个线圈10串联，则产生持续360度的输 出，如图4所示。
串联的线圈10产生的电动势是正负交变的，经过整流变为直流，再根 据需要可加入电压调节装置，将电压调节稳定在略高于便携电子设备的电池 电压，以便于对电池进行充电。
图5是B00ST直流变换电路，发电装置的输出经整流后输出至电容，变 为脉动直流，再通过电感、开关器件和肖特基二极管组成的升压电路对电压 进行提升，采用电压反馈调节开关器件占空比以保持输出电压的稳定。提升 后的输出电压对便携电子设备的电池迸行充电。
图6是电荷泵变换电路，发电装置的输出经整流后输出至电容，变为脉 动直流，再通过电荷泵变换电路对电压进行提升，电荷泵变换电路利用外接 电容实现对输入电压的提升。提升后的输出电压对便携电子设备的电池进行 充电。
如图7所示，发电装置可与便携电子设备做成一体，也可如图8所示， 做成可拆卸的方式，在需要的时候与便携电子设备安装在一起，不需要的时 候拆下来。
如图9所示，发电装置可安装在足部，比较合适的位置是鞋的上表面， 人体行走时足部有急剧的加减速运动，发电装置则可充分利用吸收能量。由 于足部运动剧烈，安装空间有限，为避免引线过长，则将便携电子设备安装 在人的小腿部，这样，人行走或跑步时就可对便携电子设备充电。
发电装置还可安装在手提袋上，如图IO所示。女士出门一般要带一手 提袋，将该装置装在手提袋上，该装置具有充电接口输出。便携电子设备放 在手提袋内，则接上充电接口，这样女士提着手提袋出门时即可对手机进行 充电。
权利要求
1.一种基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，其特征在于由转子、定子、轴(14)组成；转子由左扇形体(7)和右扇形体(8)、连接件(9)和M块永磁铁(11)组成；左扇形体(7)和右扇形体(8)采用非铁磁材料制成，形状完全相同，左扇形体(7)和右扇形体(8)的扇形角度＜180度，左扇形体(7)和右扇形体(8)的一个表面开有M/2个扇形槽，相邻两槽中心线的扇形角度相等，为α；左扇形体(7)和右扇形体(8)的圆心部分有孔，通过轴承(16)与定子连接；左扇形体(7)和右扇形体(8)的圆弧边缘为齿形结构，与连接件(9)啮合，每个扇形体通过扇形槽嵌入M/2块永磁铁(11)，再通过连接件(9)连接在一起，嵌有磁铁的面相对放置；左扇形体(7)和右扇形体(8)包含一个交错的磁性空间；定子由电路板(15)、线圈(10)和骨架(13)组成；电路板(15)为圆形，与轴(14)的一个端面粘接在一起，电路板(15)上有表贴元件做成的电能处理电路，该电路为BOOST直流直流变换电路或电荷泵转换电路；线圈(10)绕制在骨架(13)上，采用0.05～0.25mm的漆包线，骨架(13)采用塑料或胶木制成；在电路板(15)上每隔β角度放置线圈(10)，β等于α或为α的整数倍，共放置360°/β个线圈(10)，线圈(10)的中心与转子永磁铁(11)的中心在一条直线上；线圈(10)采用串联的连接方式，360°/β个线圈(10)串联后有两根输出线。
2. 如权利要求1所述的基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，其特征在于骨架(13)中放入磁性材料。
3. 如权利要求1所述的基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，其特征在于所述BOOST直流变换电路是发电装置的输出经整流后输出至电容，变为脉动直流，再通过电感、开关器件和肖特基二极 管组成的升压电路对电压进行提升，采用电压反馈调节开关器件 占空比以保持输出电压的稳定，提升后的输出电压对便携电子设 备的电池进行充电。
4. 如权利要求1所述的基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，其特 征在于所述电荷泵变换电路是发电装置的输出经整流后输出至 电容，变为脉动直流，再通过电荷泵变换电路对电压进行提升， 电荷泵变换电路利用外接电容实现对输入电压的提升，提升后的 输出电压对便携电子设备的电池进行充电。
5. 如权利要求1所述的基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，其特 征在于发电装置可与便携电子设备做成一体，也可做成可拆卸的 方式在需要的时候与便携电子设备安装在一起，不需要的时候 拆下来。
6. 如权利要求1所述的基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，其特 征在于发电装置安装在鞋的上表面，便携电子设备安装在人的小 腿部。
7. 如权利要求1所述的便携式电子设备的惯性发电装置，其特征在 于发电装置安装在手提袋上，便携电子设备平时不用放在手提袋 内时就接在充电接口上。
全文摘要
本发明公开了一种基于旋转惯性块的电磁耦合发电装置，目的是提供利用人体日常行为产生能量便于人体携带的发电装置。本发明由转子、定子、轴组成。转子包括两个扇形体、一个连接件和M块永磁铁，扇形体的表面开有M/2个扇形槽，每个槽中安装一块永磁铁。扇形体通过连接件连接，嵌有磁铁的面相对。定子由电路板、线圈和骨架组成。电路板与轴上的一个端面粘接在一起，电路板上有表贴元件做成的电能处理电路。线圈绕制在骨架上，线圈采用串联的连接方式。转子可绕轴自由运动，定子固连在轴上，转子的运动使得线圈中的磁通发生变化，从而产生电能。本发明体积小巧，结构简单，可有效延长便携电子设备的一次充电工作时间，且方便携带。
文档编号H02K35/02GK101604897SQ20091013830
公开日2009年12月16日 申请日期2006年5月23日 优先权日2005年9月23日
发明者单庆晓, 俊 杨, 潘孟春 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学