基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的便攜式微型發(fā)電裝置的研究
基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的便攜式微型發(fā)電裝置的研究
摘要:傳統(tǒng)的便攜式移動電源解決了人們?nèi)粘I钪性S多的問題,但是傳統(tǒng)的移動電源為電子器件提供的電量有其上限,且需要不斷為其充電才可續(xù)航。為解決移動電源的續(xù)航問題,文
摘要:傳統(tǒng)的便攜式移動電源解決了人們?nèi)粘I钪性S多的問題,但是傳統(tǒng)的移動電源為電子器件提供的電量有其上限,且需要不斷為其充電才可續(xù)航。為解決移動電源的續(xù)航問題,文章基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象和能量守恒定律,對便攜式微型發(fā)電裝置進行了研究。
關(guān)鍵詞:續(xù)航;供電;能量守恒定律;微型發(fā)電裝置
推薦閱讀:?平安與電磁兼容?(雙月刊)創(chuàng)刊于1989年,由中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所主辦。本刊是中國唯一介紹電子產(chǎn)品平安與電磁兼容有關(guān)內(nèi)容的專業(yè)期刊。
0、引言
隨著電子技術(shù)的開展,人們對電子設(shè)備的要求越來越高,而電子設(shè)備在供電、續(xù)航方面的問題日益明顯。質(zhì)量大、容量有限、不能隨時隨地充電、壽命短、即使不使用,一段時間后存儲于其中的電能也會自然耗光。供電電源的這些弊端成了制約電子產(chǎn)品開展的瓶頸。長效穩(wěn)定且方便隨時隨地充放電的電子設(shè)備電源成了便攜式電子設(shè)備不可缺少的局部。為此,本文針對便攜式 供電裝置的開展了研究。人體運動時蘊藏著很大的能量,如果能利用人體動能發(fā)電,那么能夠做到隨時隨地充電。因此本文研究的便攜式微型發(fā)電裝置主要是對人走路時的局部動能進行了合理的利用,將動能轉(zhuǎn)化為電能,再經(jīng)過穩(wěn)壓整流模塊,輸出穩(wěn)定的電壓,以解決人們出行時電子器件的續(xù)航問題。
1、研制便攜式微型發(fā)電裝置的方案選擇
方案一: 發(fā)條式發(fā)電
基于機械表運作原理,機械表內(nèi)提供動能的是發(fā)條。在人行走的過程中發(fā)條不斷晃動,不斷上鏈,以聚集能量,然后通過傳動系統(tǒng)把能量傳到擒縱系統(tǒng)。對其進行改良,將發(fā)條聚集的能量通過傳動系統(tǒng)傳送給發(fā)電機,帶動發(fā)電機產(chǎn)生電量。但經(jīng)過理論分析,機械表發(fā)條系統(tǒng)產(chǎn)生的能量有限,缺乏以帶動微型發(fā)電機工作,不宜采取此方案。
方案二:扣扳機式發(fā)電
基于自動發(fā)電兒童玩具槍原理,對其進行改造。其發(fā)電量與齒輪轉(zhuǎn)動速度有關(guān),根據(jù)擒縱系統(tǒng),更換初始齒輪大小,以改變齒輪轉(zhuǎn)動速度,最終到達改變發(fā)電量的目的。但要得到更高的發(fā)電量,就需要更大的動機推動齒輪的運轉(zhuǎn)。另一方面,由變檔位自行車齒輪組工作原理可知,齒輪的尺寸大小對人給予的動力有不同的要求。
方案三:腳踏式發(fā)電
基于腳踏式打稻機齒輪組的工作原理,對齒輪組系統(tǒng)加以改造,結(jié)合發(fā)條系統(tǒng)工作原理,改變齒輪尺寸及其比例,增添了彈簧組系統(tǒng),利用人走路時所提供的踩踏力,使齒輪轉(zhuǎn)動,帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動,人抬腳時踏板受到彈簧張力的作用,自動復(fù)原,如此來回反復(fù),發(fā)電機就能不斷供電。
2. 便攜式微型發(fā)電裝置的系統(tǒng)設(shè)計
便攜式 供電裝置指的是一種便于攜帶的移動式微型發(fā)電機,這種裝置可以隨時隨地發(fā)電,并且把發(fā)出的電能存貯下來或直接供應(yīng) 使用。便攜式微型發(fā)電裝置主要由以下五個局部構(gòu)成:踩踏式機械結(jié)構(gòu)、微型發(fā)電機、整流濾波電路、電量存儲設(shè)備和電量輸出設(shè)備。人走動時帶動機械結(jié)構(gòu),微型發(fā)電機經(jīng)過機械結(jié)構(gòu)的帶動產(chǎn)生頻率不太穩(wěn)定的交流電,再經(jīng)過整流濾波電路存儲到電量存儲設(shè)備中,用超級電容作為電量存儲單元,最后由輸出設(shè)備給電子產(chǎn)品供電。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:
3. 測試結(jié)果及問題分析
經(jīng)過初步測試,人在正常走動的情況下,微型發(fā)電裝置能產(chǎn)生3~5V電壓,功率可以到達3W。由于初次作此研究,經(jīng)驗缺乏,微型發(fā)電機功率還達不到預(yù)期要求,仍需對微型發(fā)電機加以改良,使其產(chǎn)生更加穩(wěn)定的電壓,提升其功率。
對便攜式供電裝置的研究發(fā)現(xiàn),便攜式 供電裝置還存在以下幾個方面的問題:
①便攜性:便攜式 供電裝置的主要作用是滿足智能 用戶對 的隨時充電,因此用戶一般都會把便攜式 供電裝置隨時攜帶在身上,考慮到這一方面的問題,我們的微型發(fā)電裝置還需在體積上進行縮減以到達舒適行走的目的。
②發(fā)電功率:便攜式 供電裝置對發(fā)電功率的要求不是很高,但是裝置發(fā)出的電要能夠滿足 的充電要求,一般 充電時都支持 USB口直接充電,而 USB 口的充電功率是5W,因此我們的便攜式 供電裝置的發(fā)電效率還需提高。
?、燮桨残裕褐悄? 用戶一般會把便攜式 供電裝置隨時攜帶在身上,因此這種裝置需要到達一定的平安標(biāo)準(zhǔn),防止在特殊情況,如摔倒地上、碰到較為炎熱,寒冷的天氣等條件下對人體造成傷害。
4. 總結(jié)和展望
便攜式微型發(fā)電機可以隨時隨地對便攜式電子產(chǎn)品進行供電。這就解決了電池電源容量問題所帶來的弊端。該裝置把人體局部動能轉(zhuǎn)化為電能,合理地進行了清潔能源間的轉(zhuǎn)換。利用人體動能轉(zhuǎn)化為其他各種形式的能在能源緊缺的今天具有非常重要的意義。如果能夠發(fā)現(xiàn)出新型的耐用材料作為機械結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo),提高能量轉(zhuǎn)化率,另外對微型發(fā)電機發(fā)出的電進行更高效率地存儲,在不久的將來該裝置就能給人們提供很大的便利。
參考文獻
[1] 單慶曉,章明沛,陳權(quán)偉,基于慣性的人體行走能量收集與供電技術(shù)研究[J],電子測量與儀器學(xué)報,2022,12(23):70~74
[2] 許澤剛 ,謝少軍,人體動能收集的發(fā)電裝置研究,常州工學(xué)院學(xué)報,2022.8.
[3] 趙云飛,王守相,便攜式 供電裝置的研究,天津大學(xué),2022.5.
[4] 姚夢,武慶東,一種人體能量收集系統(tǒng)的研制[J],河南機電高等??茖W(xué)校學(xué)報,2022,19(3):8~11
[5] 張彥芳,壓電材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)[J],科技資訊,2022,(3):102
[6] 李金田,文玉梅,壓電式振動能量采集裝置研究進展[J],現(xiàn)代電子技術(shù),2022,34(18):184~189
[7] 單慶曉,章明沛,陳權(quán)偉,基于慣性的人體行走能量收集與供電技術(shù)研究[J],電子測量與儀器學(xué)報,2022,12(23):70~74
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電磁感應(yīng)
現(xiàn)象
便攜式
微型
發(fā)電
裝置
研究
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基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的便攜式微型發(fā)電裝置的研究
摘要:傳統(tǒng)的便攜式移動電源解決了人們?nèi)粘I钪性S多的問題,但是傳統(tǒng)的移動電源為電子器件提供的電量有其上限,且需要不斷為其充電才可續(xù)航。為解決移動電源的續(xù)航問題,文
摘要:傳統(tǒng)的便攜式移動電源解決了人們?nèi)粘I钪性S多的問題,但是傳統(tǒng)的移動電源為電子器件提供的電量有其上限,且需要不斷為其充電才可續(xù)航。為解決移動電源的續(xù)航問題,文章基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象和能量守恒定律,對便攜式微型發(fā)電裝置進行了研究。
關(guān)鍵詞:續(xù)航;供電;能量守恒定律;微型發(fā)電裝置
推薦閱讀:?平安與電磁兼容?(雙月刊)創(chuàng)刊于1989年,由中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所主辦。本刊是中國唯一介紹電子產(chǎn)品平安與電磁兼容有關(guān)內(nèi)容的專業(yè)期刊。
0、引言
隨著電子技術(shù)的開展,人們對電子設(shè)備的要求越來越高,而電子設(shè)備在供電、續(xù)航方面的問題日益明顯。質(zhì)量大、容量有限、不能隨時隨地充電、壽命短、即使不使用,一段時間后存儲于其中的電能也會自然耗光。供電電源的這些弊端成了制約電子產(chǎn)品開展的瓶頸。長效穩(wěn)定且方便隨時隨地充放電的電子設(shè)備電源成了便攜式電子設(shè)備不可缺少的局部。為此,本文針對便攜式 供電裝置的開展了研究。人體運動時蘊藏著很大的能量,如果能利用人體動能發(fā)電,那么能夠做到隨時隨地充電。因此本文研究的便攜式微型發(fā)電裝置主要是對人走路時的局部動能進行了合理的利用,將動能轉(zhuǎn)化為電能,再經(jīng)過穩(wěn)壓整流模塊,輸出穩(wěn)定的電壓,以解決人們出行時電子器件的續(xù)航問題。
1、研制便攜式微型發(fā)電裝置的方案選擇
方案一: 發(fā)條式發(fā)電
基于機械表運作原理,機械表內(nèi)提供動能的是發(fā)條。在人行走的過程中發(fā)條不斷晃動,不斷上鏈,以聚集能量,然后通過傳動系統(tǒng)把能量傳到擒縱系統(tǒng)。對其進行改良,將發(fā)條聚集的能量通過傳動系統(tǒng)傳送給發(fā)電機,帶動發(fā)電機產(chǎn)生電量。但經(jīng)過理論分析,機械表發(fā)條系統(tǒng)產(chǎn)生的能量有限,缺乏以帶動微型發(fā)電機工作,不宜采取此方案。
方案二:扣扳機式發(fā)電
基于自動發(fā)電兒童玩具槍原理,對其進行改造。其發(fā)電量與齒輪轉(zhuǎn)動速度有關(guān),根據(jù)擒縱系統(tǒng),更換初始齒輪大小,以改變齒輪轉(zhuǎn)動速度,最終到達改變發(fā)電量的目的。但要得到更高的發(fā)電量,就需要更大的動機推動齒輪的運轉(zhuǎn)。另一方面,由變檔位自行車齒輪組工作原理可知,齒輪的尺寸大小對人給予的動力有不同的要求。
方案三:腳踏式發(fā)電
基于腳踏式打稻機齒輪組的工作原理,對齒輪組系統(tǒng)加以改造,結(jié)合發(fā)條系統(tǒng)工作原理,改變齒輪尺寸及其比例,增添了彈簧組系統(tǒng),利用人走路時所提供的踩踏力,使齒輪轉(zhuǎn)動,帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動,人抬腳時踏板受到彈簧張力的作用,自動復(fù)原,如此來回反復(fù),發(fā)電機就能不斷供電。
2. 便攜式微型發(fā)電裝置的系統(tǒng)設(shè)計
便攜式 供電裝置指的是一種便于攜帶的移動式微型發(fā)電機,這種裝置可以隨時隨地發(fā)電,并且把發(fā)出的電能存貯下來或直接供應(yīng) 使用。便攜式微型發(fā)電裝置主要由以下五個局部構(gòu)成:踩踏式機械結(jié)構(gòu)、微型發(fā)電機、整流濾波電路、電量存儲設(shè)備和電量輸出設(shè)備。人走動時帶動機械結(jié)構(gòu),微型發(fā)電機經(jīng)過機械結(jié)構(gòu)的帶動產(chǎn)生頻率不太穩(wěn)定的交流電,再經(jīng)過整流濾波電路存儲到電量存儲設(shè)備中,用超級電容作為電量存儲單元,最后由輸出設(shè)備給電子產(chǎn)品供電。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:
3. 測試結(jié)果及問題分析
經(jīng)過初步測試,人在正常走動的情況下,微型發(fā)電裝置能產(chǎn)生3~5V電壓,功率可以到達3W。由于初次作此研究,經(jīng)驗缺乏,微型發(fā)電機功率還達不到預(yù)期要求,仍需對微型發(fā)電機加以改良,使其產(chǎn)生更加穩(wěn)定的電壓,提升其功率。
對便攜式供電裝置的研究發(fā)現(xiàn),便攜式 供電裝置還存在以下幾個方面的問題:
?、俦銛y性:便攜式 供電裝置的主要作用是滿足智能 用戶對 的隨時充電,因此用戶一般都會把便攜式 供電裝置隨時攜帶在身上,考慮到這一方面的問題,我們的微型發(fā)電裝置還需在體積上進行縮減以到達舒適行走的目的。
?、诎l(fā)電功率:便攜式 供電裝置對發(fā)電功率的要求不是很高,但是裝置發(fā)出的電要能夠滿足 的充電要求,一般 充電時都支持 USB口直接充電,而 USB 口的充電功率是5W,因此我們的便攜式 供電裝置的發(fā)電效率還需提高。
?、燮桨残裕褐悄? 用戶一般會把便攜式 供電裝置隨時攜帶在身上,因此這種裝置需要到達一定的平安標(biāo)準(zhǔn),防止在特殊情況,如摔倒地上、碰到較為炎熱,寒冷的天氣等條件下對人體造成傷害。
4. 總結(jié)和展望
便攜式微型發(fā)電機可以隨時隨地對便攜式電子產(chǎn)品進行供電。這就解決了電池電源容量問題所帶來的弊端。該裝置把人體局部動能轉(zhuǎn)化為電能,合理地進行了清潔能源間的轉(zhuǎn)換。利用人體動能轉(zhuǎn)化為其他各種形式的能在能源緊缺的今天具有非常重要的意義。如果能夠發(fā)現(xiàn)出新型的耐用材料作為機械結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo),提高能量轉(zhuǎn)化率,另外對微型發(fā)電機發(fā)出的電進行更高效率地存儲,在不久的將來該裝置就能給人們提供很大的便利。
參考文獻
[1] 單慶曉,章明沛,陳權(quán)偉,基于慣性的人體行走能量收集與供電技術(shù)研究[J],電子測量與儀器學(xué)報,2022,12(23):70~74
[2] 許澤剛 ,謝少軍,人體動能收集的發(fā)電裝置研究,常州工學(xué)院學(xué)報,2022.8.
[3] 趙云飛,王守相,便攜式 供電裝置的研究,天津大學(xué),2022.5.
[4] 姚夢,武慶東,一種人體能量收集系統(tǒng)的研制[J],河南機電高等??茖W(xué)校學(xué)報,2022,19(3):8~11
[5] 張彥芳,壓電材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)[J],科技資訊,2022,(3):102
[6] 李金田,文玉梅,壓電式振動能量采集裝置研究進展[J],現(xiàn)代電子技術(shù),2022,34(18):184~189
[7] 單慶曉,章明沛,陳權(quán)偉,基于慣性的人體行走能量收集與供電技術(shù)研究[J],電子測量與儀器學(xué)報,2022,12(23):70~74
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