一種基于直線電機的便攜式發(fā)電設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械和電學技術(shù)領(lǐng)域，特別是將人體運動產(chǎn)生的機械能通過直線電機轉(zhuǎn)換為電能的基于直線電機的便攜式發(fā)電設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，人體蘊含著被人類忽視的尚未開發(fā)利用巨大能量。它含有化學能、靜電能、熱能和機械能。Niu等人對人體運動產(chǎn)生的機械能進行了研宄，研宄表明:通過運動人體的各個部位會產(chǎn)生不同大小的能量，例如:踝關(guān)節(jié)運動產(chǎn)生69.8W能量、膝關(guān)節(jié)運動產(chǎn)生49.5W能量、肘部運動產(chǎn)生2.1ff能量、肩膀運動產(chǎn)生2.2W能量。但是這些能量往往已經(jīng)被人們忽略了，比如在人們的各種戶外運動中(如:野外徒步旅行、野外登山運動)隨著人體的劇烈運動產(chǎn)生大量的機械能。如果能夠?qū)⑦@些機械能轉(zhuǎn)化為電能，就能夠解決人們在戶外運動時給所攜帶電子產(chǎn)品供電的問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中有便攜式發(fā)電裝置。例如，申請?zhí)枮椤?00620106769.2”公開了一種便攜式發(fā)電機。該發(fā)電機包括封閉式機箱，在機箱內(nèi)部裝有發(fā)動機，永磁發(fā)電機裝在發(fā)動機的箱體上，吸冷風罩采用緊固件與發(fā)動機箱體連接，手動拉盤緊固安裝在吸冷風罩的前端面，發(fā)動機上部導風板安裝在發(fā)動機的主軸及發(fā)動機的安裝面平行的發(fā)動機箱體的上部，從而形成冷卻通風道A ;發(fā)動機底部導風板安裝在發(fā)動機的主軸及發(fā)動機的安裝面平行的發(fā)動機箱體的底部，從而形成冷卻通風道C。此發(fā)電機冷卻風道密封性好，能夠保證冷卻風扇吸進的冷風全部通過冷卻風道，從而對發(fā)動機進行充分冷卻，保證發(fā)動機高效率運轉(zhuǎn)。但是該發(fā)電機使用柴油作為燃料，浪費能源。
[0004]又如，申請?zhí)枮椤?01310334048.1”公開了一種便攜式發(fā)電裝置。該裝置包括永磁體組、滾動機構(gòu)、滾動面、回彈機構(gòu)、感應線圈和殼體。殼體內(nèi)壁上固定連接滾動面，在滾動面的一側(cè)設(shè)置為安裝有滾動機構(gòu)的永磁體組，在滾動面的另一側(cè)設(shè)置為感應線圈。在滾動面與殼體內(nèi)壁連接的部位設(shè)置有回彈裝置，永磁體組通過滾動機構(gòu)在滾動面上滾動式移動。該裝置是依據(jù)電磁感應原理把人體或動物攜帶的機械能轉(zhuǎn)化為電能的。但是裝置過于復雜，并且相對于本發(fā)明而言效率不高。
[0005]相對于以往的便攜式發(fā)電裝置，本發(fā)明是一種基于直線電機的便攜式發(fā)電設(shè)備，主要應用了直線電機的相關(guān)原理。直線發(fā)電機時代開始于80年代中期。1991年，里賈納(Regina)大學的研宄員Joseph F.Kos研制了直線發(fā)電機的模形；1998年西維吉尼亞(WVU)大學的教授Clark設(shè)計了第一代穩(wěn)定運行的直線發(fā)電機，其采用火花塞點火方式，活塞的沖程值可達到50mm，測得最大的輸出功率為316W ；20世紀90年代，學者Parviz Fanouri和學者Cawthome W R針對自由活塞式內(nèi)燃機設(shè)計了一臺管狀(圓筒型)直線發(fā)電機，實驗測得輸出最大功率為316W ;皇家技術(shù)研宄所(KTH)的研宄員Waqas M.Arshad等設(shè)計了一款軸向磁化的直線發(fā)電機，與徑向式相比，有質(zhì)量小、漏磁少的優(yōu)點，但也有功率因數(shù)低、制作成本高等缺點，之后，研宄員Alija Cosic在此基礎(chǔ)上設(shè)計了新的方案，能得到高達94%的效率和0.74的功率因數(shù)；在國內(nèi)，直線發(fā)電機的研宄起步較晚，近幾年，相應的研宄機構(gòu)呈增多趨勢，例如，浙江大學、沈陽工業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學、中科院等。這些機構(gòu)針對不同的應用場合對直線發(fā)電機進行了研宄，比如海浪發(fā)電、汽車尾氣發(fā)電、太陽能熱發(fā)電等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種電能轉(zhuǎn)換效率高的利用人體運動產(chǎn)生的機械能通過直線電機轉(zhuǎn)換為電能的基于直線電機的便攜式發(fā)電設(shè)備。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:包括用于將人體運動所釋放出來的機械能轉(zhuǎn)化為電能的直線電機以及用于將直線電機輸出的電能儲存起來的儲能裝置；
[0008]所述的直線電機由外向內(nèi)依次包括殼體、初級結(jié)構(gòu)以及次級結(jié)構(gòu)，在初級結(jié)構(gòu)與次級結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有沿次級結(jié)構(gòu)軸向做循環(huán)往復運動的動子，且動子與初級結(jié)構(gòu)以及次級結(jié)構(gòu)之間均存在氣隙；
[0009]所述的動子包括設(shè)置在初級結(jié)構(gòu)與次級結(jié)構(gòu)之間的鋼套以及表貼式裝設(shè)在鋼套上的永磁體，且在動子兩端設(shè)置有使動子做多次循環(huán)往復運動回彈裝置；
[0010]所述的初級結(jié)構(gòu)為圓筒形，初級結(jié)構(gòu)內(nèi)圈表面沿徑向開有若干個凹槽，在凹槽內(nèi)散嵌有繞組線圈；
[0011]儲能裝置通過電力變換模塊與直線電機的輸出端相連，且電力變換模塊的輸出端還與用電設(shè)備連接，該用電設(shè)備與儲能裝置并聯(lián)。
[0012]所述的電力變換模塊包括依次連接的整流裝置、穩(wěn)壓裝置和DC-DC變換裝置；
[0013]所述的整流裝置采用與繞組線圈相連的全橋整流電路，該全橋整流電路包括二極管VD1、二極管VD2、二極管VD3以及二極管VD4 ;所述二極管VDl與二極管VD4串聯(lián)形成支路一，所述二極管VD3與二極管VD2串聯(lián)形成支路二，支路一和支路二作用于交流電一個周期中的不同時期；
[0014]所述的穩(wěn)壓裝置是電容C ；
[0015]所述的DC-DC變換裝置采用降壓斬波電路，該降壓斬波電路包括場效應管MOSFET1、二極管VD5、電感L以及電阻R;
[0016]其中，場效應管MOSFETI的集電極接二極管VD3的負極，場效應管MOSFET1的發(fā)射極接二極管VD5的負極以及電感L的一端，電感L的另一端通過電阻R接儲能裝置的正極，儲能裝置的負極接二極管VD5的正極以及二極管VD4的正極。
[0017]所述的繞組線圈是線徑為0.1毫米的漆包銅線。
[0018]所述的回彈裝置能夠改變動子的運動方向，使其反向運動并且沒有能量損耗；所述的回彈裝置是指彈簧；回彈裝置裝設(shè)在最大外徑對應于永磁體位置的殼體內(nèi)部。
[0019]初級結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面和次級結(jié)構(gòu)的外表面的摩擦系數(shù)為0.08。
[0020]所述的儲能裝置是鉛酸蓄電池。
[0021]所述的初級結(jié)構(gòu)由硅鋼片沿軸向疊壓而成，次級結(jié)構(gòu)由圓環(huán)形的硅鋼片沿軸向疊壓而成。
[0022]所述的永磁體采用釹鐵硼材料。
[0023]所述的永磁體的數(shù)量為單個或者多個；當永磁體數(shù)量是多個時，永磁體的充磁方式米用Halbach式。
[0024]所述的直線電機采用圓筒形動磁直線電機。
[0025]所述的凹槽為梨型槽。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明在人體處于運動狀態(tài)時，人體運動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成機械能傳遞給動子，動子上永磁體同時運動產(chǎn)生變化的磁場，由于繞組線圈內(nèi)部磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應電動勢，將繞組線圈外接電力變換模塊，將得到的電能進行存儲或者直接使用，且在動子兩端設(shè)置回彈裝置，該回彈裝置能夠讓動子在次級結(jié)構(gòu)與初級結(jié)構(gòu)之間做多次的循環(huán)往復運動又不造成能量損失，且由于動子與初級結(jié)構(gòu)及次級結(jié)構(gòu)之間接觸的面摩擦系數(shù)很小，能量損失極小，發(fā)電效率很高；裝置簡單，容易實現(xiàn)裝置的小型化和低成本化。
[0027]更進一步，本發(fā)明的次級結(jié)構(gòu)由圓環(huán)形的硅鋼片沿軸向疊加而成，從而減小了渦流損耗。
[0028]更進一步，梨形槽具有槽面積利用率高和沖模壽命長等優(yōu)點
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的直線電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2本發(fā)明的直線電機橫切面示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明的電力變換模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]其中，1、初級結(jié)構(gòu)2、次級結(jié)構(gòu)3、繞組線圈4、永磁體5、鋼套6、回彈裝置7、殼體8、氣隙。
【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明:
[0035]參見圖1至圖4，本發(fā)明包括用于將人體運動所釋放出來的機械能轉(zhuǎn)化為電能的直線電機以及用于將直線電機輸出的電能儲存起來的儲能裝置；直線電機由外向內(nèi)依次包括殼體7、初級結(jié)構(gòu)I以及次級結(jié)構(gòu)2，在初級結(jié)構(gòu)I與次級結(jié)構(gòu)2之間設(shè)置有沿次級結(jié)構(gòu)2軸向做循環(huán)往復運動的動子，且動子與初級結(jié)構(gòu)I以及次級結(jié)構(gòu)2之間均存在氣隙8，動子包括設(shè)置在初級結(jié)構(gòu)I與次級結(jié)構(gòu)2之間的鋼套5以及表貼式裝設(shè)在鋼套5上的永磁體4，且在動子兩端設(shè)置有使動子做多次循環(huán)往復運動的回彈裝置，回彈裝置裝設(shè)在最大外徑對應于永磁體4位置的殼體7內(nèi)部；
[0036]初級結(jié)構(gòu)I為圓筒形，由硅鋼片沿軸向疊加而成，在初級結(jié)構(gòu)I內(nèi)圈表面沿軸向開有一個或者若干個凹槽，在凹槽內(nèi)散嵌有繞組線圈3，該凹槽為梨形槽，梨形槽具有槽面積利用率高和沖模壽命長等優(yōu)點，次級結(jié)構(gòu)2由圓環(huán)形的硅鋼