[实用新型]一种能量收集装置

说明书

本实用新型提供一种能量收集装置，可收集人体运动过程中能量，为电子设备供能，实现电子设备的长效续航，具体将电磁发电机、摩擦发电机和压电发电机进行整合，构建复合式发电机，用于收集人体运动过程中能量。复合式发电机不仅能提高输出，还能极大地拓展发电机应用场景和范围。同时针对人体运动特点场景，设计可穿戴的通用型能量收集装置。该装置可穿戴在手臂、手肘、腿部、膝盖、腰等部位，当人体运动时(走、跑、跳等)的手臂摆动、腿部运动、膝关节运动等将带动该系统晃动，实现人体运动过程中机械能到电能的转化，具有良好的应用前景。

技术领域

本实用新型属于能量收集技术领域，具体涉及一种由机械能转化为电能的能量收集装置和应用。

背景技术

可穿戴及其他便携式电子设备主要由电池驱动，电量不足时需更换电池或进行充电，给使用带来不便。因此，开发一种用于电子设备的长效电源，特别是在停电或野外等极端情况下，具有重要意义。

目前可实现机械能到电能转化的装置或技术主要为以下三种：

电磁发电机：基于电磁感应原理，主要利用导电线圈切割磁感线产生电能，其性能特点为输出电流高，为毫安级；输出电压小，为百毫伏级，内阻小，为百欧姆到千欧姆级，工作频率高。

摩擦发电机：基于摩擦起电和静电感应效应，任意两种不同材料接触或发生摩擦即可产生电荷。其性能特点为输出电流小，为微安级；输出电压高，为百伏级，内阻大，为百兆欧级，工作频率低，对位移响应明显。

压电发电机：利用压电材料的压电特性实现能量转换。其性能特点为输出电流接近或略高于摩擦发电机，为微安级；输出电压高于电磁发电机但小于摩擦发电机，为几伏到数十伏之间，内阻大，为百兆欧级，对形变响应明显。

人体运动过程中蕴含丰富能量，如行走、跑、跳等，不同运动模式下，运动频率和位移不同，现有技术中单一的机械能电能转化装置仅能实现单一运动模式下的能量转化，机械能向电能转化率较低。如何利用人体运动中不同运动模式下的机械能，并将这些能量收集起来并进行管理、存储是面临的技术问题。

本实用新型将电磁发电机、摩擦发电机和压电发电机进行整合，构建复合式发电机用于收集人体运动过程中能量，不仅能提高输出，还能极大地拓展应用场景和范围。同时针对人体运动特点场景，设计可穿戴的通用型能量收集装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能量收集装置，可收集人体运动过程中能量，为电子设备供能，实现电子设备的长效续航，具体将电磁发电机、摩擦发电机和压电发电机进行整合，构建复合式发电机用于收集人体运动过程中能量，不仅能提高输出，还能极大地拓展应用场景和范围。同时针对人体运动特点场景，设计可穿戴的通用型能量收集装置。该装置可穿戴在手臂、手肘、腿部、膝盖、腰等部位，当人体运动时(走、跑、跳等)的手臂摆动、腿部运动、膝关节运动等将带动该系统晃动，实现人体运动过程中机械能到电能的转化。

本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题：

一种能量收集装置，包括外壳，电磁发电模块，摩擦发电模块，压电发电模块和能量管理模块；

其中，所述电磁发电模块包括第一磁铁，第二磁铁，第三磁铁和处于第二磁铁周围的线圈，第二磁铁在第一磁铁和第三磁铁之间，第二磁铁受到第一磁铁和第三磁铁的排斥作用处于稳定状态，当装置受到外力作用产生位移时，第二磁铁位置发生变化，使线圈周围磁场发生变化，产生电能，实现将机械能转化为电能；

所述摩擦发电模块包括设置在第二磁铁表面的第一材料层，和在所述外壳内壁设置的第二材料层和第三材料层，第二磁铁位置发生变化时，与第二材料层和第三材料层摩擦产生电能，实现将机械能转化为电能；

所述压电发电模块包括分别设置在第一磁铁和第二磁铁外侧的第一压电材料和第二压电材料，第二磁铁位置发生变化，与第一压电材料和第二压电材料接触发生形变而产生电能，实现将机械能转化为电能；