一种人体足部机械能发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生活用品节能技术领域，具体涉及一种人体足部机械能发电装置。
【背景技术】
[0002]利用机械能产生电能，与传统的需要消耗煤、石油的发电方式相比，具有清洁无污染、节约能源、工作无噪声、适用环境广泛、便携式发电、被动式发电等优点，是一种十分优秀的绿色、环境友好型的能源收集装置发电方式。利用吸收机械能的技术，可以将工业与生活中各种缓冲制动过程中浪费掉的摩擦力与冲击力吸收，进而转化成电能。正是由于吸收机械能具有上述优点，所以在未来的能源领域，将人体环境中的机械能转换为电能将得到更为广泛应用。
[0003]现在已经有很多种类型吸收足部机械能来发电的装置，一般来说这些装置的发电原理主要分为三种:机械齿轮传动式、压电式和电磁式。例如董磊在其专利《发电鞋》(CN102475371A)中提出一种利用人体踩踏时的位移推动压力传动装置，转换成齿轮的转动，进而带动发电装置工作来产生电能，当足部抬起时，齿轮上的弹性元件会把装置复位从而实现往复运动发电。这样的方法首先是装置在工作过程中齿轮和传动装置一直处于摩擦状态，齿轮等装置很容易损坏。其次是人体行走时足部的垂直方向位移较小，通过传动装置带来齿轮转动并不能充分利用人体的踩踏能量。又如李伟进、张鹏在其专利《发电鞋》(CN2762591)中提出了一种利用压电材料来进行发电的方式，通过足部踩踏在气囊上缓冲，将压力传递给压电材料，然后通过压电效应来产生电能。这样的方法在目前的材料水平下实现具有较大的难度，目前压电材料的强度较差，在经受反复冲击的情况下非常容易损坏，降低冲击力又会使发电效率降低，所以对压电材料的需求水平较高。王志坤在其专利《多功能磁力发电鞋》(CN102334772A)提出一种电磁式的应用在足部的发电装置，该装置在人体行走时的挤压作用下，永磁体会发生上下运动，从而使附近线圈内的软磁体不断改变磁极来切割磁感线的磁力发电装置。这种方法由于足部垂直位移小，改变软磁体磁极的效果并不明显。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种人体足部机械能发电装置，能够充分吸收人体踩踏的能量，并将其有效转化为电能，且结构简单、成本低。
[0005]本发明的人体足部机械能发电装置，其特征在于，包括:2个液压囊、发电机和稳压储能电路；其中，发电机包括外壳体、内壳体、磁体组、线圈组和2个叶轮；其中，内壳体由两个圆柱形壳体垂直相贯形成，固定安装在外壳体的内部，与外壳体的中部相交，内壳体内部固定安装有轴承，磁体组和线圈组分别固定安装在内轴承和外轴承上；所述2个叶轮反向安装在内壳体的两端，叶轮轴穿过内壳体两端的端面分别与磁体组和线圈组固定连接；外壳体的两端分别与安装在鞋底前脚掌和后脚跟下的液压囊贯通连接；在内壳体与外壳体的相交处设有输出电极，在连接线圈组的叶轮轴的两侧靠近内壳体处设有电刷，电刷与输出电极连接，输出电极通过导线与稳压储能电路连接。
[0006]进一步地，所述液压囊为椭圆体的橡胶。
[0007]进一步地，所述液压囊的出口延长，形成软管。
[0008]进一步地，所述外壳体和内壳体为硬质塑料。
[0009]进一步地，所述稳压储能电路包括整流稳压模块和储能模块，所述整流稳压模块包括整流电路和稳压器，输出电极与整流电路的两端连接，整流电路的输出经稳压器后与储能模块连接；其中，所述整流电路为单相桥式整流电路，所述稳压器为开关管，所述储能模块为超级电容器。
[0010]有益效果:
[0011](I)本发明采用了液压囊加水平放置的软管的结构将人体足部运动时产生的垂直动量转变为液体的水平动量，对人行走起到缓冲作用，并且利于吸收；并采用了利用双向液体流动的双向发电机，将液体的流动转换为磁体组和线圈组的相互转动，双转子结构进一步提高了机械能的利用率，提高了发电效率。本发明中的机械结构工作过程中运动部件之间不存在摩擦，转动的叶轮处于液体之中，摩擦较小。同时，双转子结构使得无论流体流向如何，磁体组和线圈组都是按相反的方向运动，线圈内的磁通急剧变化，大大提高了发电效率，而且对液体速度的交替变化能起到缓冲作用。
[0012](2)当脚跟着地，脚跟下的液压囊受压，其内液体先冲击后侧的叶轮的正面，使其顺时针旋转(从后往前看，下同)，然后冲击前侧叶轮的反面，使其逆时针旋转，使得磁铁和线圈相对运动，线圈获得很大的磁通变化率；当脚跟还未离地而脚尖已经着地时，脚尖处的液压囊受压，其内液体冲击前侧的叶轮的正面，加强了其逆时针旋转，然后冲击后侧叶轮的反面，加强了其顺时针旋转，增大线圈的磁通变化率；当脚跟完全离地，脚尖着地时，与脚跟着地类似，使得线圈获得很大的磁通变化率；因此，本发明在人行走的全过程中线圈均有较高的磁通变化率，进而能够获得较高的能量转换效率。
[0013](3)本发明结构简单，使用材料成本也要求不高，材料很易获取，易于实现低成本。且液压囊和发电机结构易于拆卸和组装，可以根据工作环境的变化制作不同尺寸的部件，提高了装置的可用性。
[0014](4)考虑到人体行进的特点，将液压囊设计为椭圆体，提高人行走的舒适性，且有利于充分利用人体踩踏的作用力，便于液体在挤压下的流动，提高液体流动速率，进而提高发电效率。
[0015](5)将液压囊出口延长，形成具有一定长度的软管，可以起到导流并提高液体速率的作用，在相同挤压力作用下，液体的动能增大，进而可以提高发电效率。
[0016](6)采用内、外壳体的方案，密封效果好，减少液体泄露。
【附图说明】
[0017]图1为发电鞋装置整体示意图。
[0018]图2为发电装置结构示意图。
[0019]图3为发电机结构示意图。
[0020]图4为发电机结构外壳示意图。
[0021]图5为发电机内壳结构示意图。
[0022]图6为发电机整体结构示意图。
[0023]图7为系统模块示意图。
[0024]1-外壳体，2-内壳体，3-磁体组，4-线圈组，5-叶轮轴，6-叶轮轴，7-叶轮，8-电刷，9-输出电极，10-导线，11-整流稳压模块，12-软管，13-液压囊，14-导线，15-导线，16-储能模块，17-导线，18-导线，19-出入水口。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0026]本发明提供了一种人体足部机械能发电装置，如图1所示，包括2个液压囊13、发电机和稳压储能电路；其中，2个液压囊13与发电机连接，稳压储能电路与发电机连接；所述发电机包括磁体组3、线圈组4和2个叶轮7，所述2个叶轮7的叶轮轴5，6分别与磁体组3、线圈组4固定连接。本发明利用液压囊充分吸收人体行走时的踩踏能量，将人体足部垂直方向的挤压力转变为液压囊内液体的动能，液压囊内液体在人体足部挤压力作用下流入发电机中，液体动能转化为发电机叶轮的转动动量，叶轮转动带动磁体组和线圈组产生相对旋转，改变线圈组中磁通量的大小，将叶轮的机械能转化为电能，产生的电能可以为各种低功耗的用电设备供电。
[0027]其中，2个液压囊13具有一定的韧性和弹性，分别位于鞋底的前脚掌和后脚跟位置，内存储有液体，在外部作用力挤压下变形，排出内部液体，将人体足部踩踏运动转化为液体的动能。人体足部踩踏运动具有位移小、冲量大的特性，直接利用这种运动的机械能来进行发电难度较大，本发明采用液压囊的形式，将垂直方向的足部机械运动转换为在管道中流动的易于收集的液体的动能，转化效率高，可充分利用人体踩踏产生的能量。液压囊13可选择橡胶材料，其具备一定的弹性和强度，防水，价格低廉，且鞋底环境不会受到阳光的照射以及腐蚀作用，对耐腐蚀性要求不高。可以根据人体行进的特点，将液压囊13设计为捕圆体，便于液体在挤压下的流动，提尚液体流动速率，进而提尚发电效率。
[0028]为了提高液体的出口动能，将液压囊出口延长，形成具有一定长度的软管，软管12的直径与发动机入口直径匹配，可以起到导流并提高液体速率的作用，在相同挤压力作用下，液体的动能增大，进而可以提高发电效率。
[0029]人体行进过程中，两个液压囊被交替挤压，液压囊中的液体在外力的驱动下不断地挤出和流回，而通常所用的流体发电机是单向的，对于这种往复运动液体的动能利用较小，发电效率也相对较低。所以对于系统规模较小的本发明装置来说，选择一种可以在两个方向上以较高的效率来利用流体的动能的结构，尽可能地提高发电机线圈组中磁通量以及运动过程中的线圈组中的磁通变化率，对于提高发电功率与发电效率十分重要。又由于该小型发电机安装于鞋底内，正常工作的过程中会承受一定的压力，而其内部安装有叶轮、线圈、磁体、电刷等部件，所以需要外壳结构以足够的强度来保护内部的零件。发电机的叶轮需要工作在液体环境中，所以本发明发电装置中的发电机为内外两层结构。外壳体I的两端与2个液压囊13的出口密封连接；内壳体2固定安装在外壳体I的内部；外壳体I与内壳体2之间为液体的通路；2个叶轮7反向安装在内壳体2的两端，位于外壳体I与内壳体2之间的液体通路中，用于将液体动能转化为叶轮的转动动量；磁体组3和线圈组4安装在内壳体2的内部，并分别于2个叶轮7的叶轮轴5，6固定连接，在受到来自任意一端的液体的冲击时，两个相反安装的叶轮7始终会向相反的方向转动，从而带动磁体组3和线圈组4以相反的方向旋转。相对于传统发电机的定子转子结构，双转子结构可以进一步的提高磁体组和线圈组之间的相对运动，同时也能更好地利用人体行进过程中对2个液压囊交替挤压，液体双向流动的特点，从而提高线圈中的磁通变化率，提高发电效率。