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(dòng)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(dòng)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(dòng)電源的續(xù)航問題，文 　　摘要：傳統(tǒng)的便攜式移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)便攜式微型發(fā)電裝置進(jìn)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(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所主辦。本刊是中國(guó)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(duì)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(shí)隨地充電、壽命短、即使不使用，一段時(shí)間后存儲(chǔ)于其中的電能也會(huì)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(zhǎng)效穩(wěn)定且方便隨時(shí)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(duì)便攜式 供電裝置的開展了研究。人體運(yùn)動(dòng)時(shí)蘊(yùn)藏著很大的能量，如果能利用人體動(dòng)能發(fā)電，那么能夠做到隨時(shí)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(duì)人走路時(shí)的局部動(dòng)能進(jìn)行了合理的利用，將動(dòng)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(shí)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(jī)械表運(yùn)作原理，機(jī)械表內(nèi)提供動(dòng)能的是發(fā)條。在人行走的過程中發(fā)條不斷晃動(dòng)，不斷上鏈，以聚集能量，然后通過傳動(dòng)系統(tǒng)把能量傳到擒縱系統(tǒng)。對(duì)其進(jìn)行改良，將發(fā)條聚集的能量通過傳動(dòng)系統(tǒng)傳送給發(fā)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電量。但經(jīng)過理論分析，機(jī)械表發(fā)條系統(tǒng)產(chǎn)生的能量有限，缺乏以帶動(dòng)微型發(fā)電機(jī)工作，不宜采取此方案。 　　方案二：扣扳機(jī)式發(fā)電 　　基于自動(dòng)發(fā)電兒童玩具槍原理，對(duì)其進(jìn)行改造。其發(fā)電量與齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)速度，最終到達(dá)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(dòng)機(jī)推動(dòng)齒輪的運(yùn)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(duì)人給予的動(dòng)力有不同的要求。 　　方案三：腳踏式發(fā)電 　　基于腳踏式打稻機(jī)齒輪組的工作原理，對(duì)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(shí)所提供的踩踏力，使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，人抬腳時(shí)踏板受到彈簧張力的作用，自動(dòng)復(fù)原，如此來回反復(fù)，發(fā)電機(jī)就能不斷供電。 　　2. 便攜式微型發(fā)電裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　便攜式 供電裝置指的是一種便于攜帶的移動(dòng)式微型發(fā)電機(jī)，這種裝置可以隨時(shí)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(gè)局部構(gòu)成：踩踏式機(jī)械結(jié)構(gòu)、微型發(fā)電機(jī)、整流濾波電路、電量存儲(chǔ)設(shè)備和電量輸出設(shè)備。人走動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，微型發(fā)電機(jī)經(jīng)過機(jī)械結(jié)構(gòu)的帶動(dòng)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(chǔ)到電量存儲(chǔ)設(shè)備中，用超級(jí)電容作為電量存儲(chǔ)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(cè)試結(jié)果及問題分析 　　經(jīng)過初步測(cè)試，人在正常走動(dòng)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(dá)3W。由于初次作此研究，經(jīng)驗(yàn)缺乏，微型發(fā)電機(jī)功率還達(dá)不到預(yù)期要求，仍需對(duì)微型發(fā)電機(jī)加以改良，使其產(chǎn)生更加穩(wěn)定的電壓，提升其功率。 　　對(duì)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(gè)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(duì) 的隨時(shí)充電，因此用戶一般都會(huì)把便攜式 供電裝置隨時(shí)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(jìn)行縮減以到達(dá)舒適行走的目的。 　?、诎l(fā)電功率：便攜式 供電裝置對(duì)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(shí)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(huì)把便攜式 供電裝置隨時(shí)攜帶在身上，因此這種裝置需要到達(dá)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(duì)人體造成傷害。 　　4. 總結(jié)和展望 　　便攜式微型發(fā)電機(jī)可以隨時(shí)隨地對(duì)便攜式電子產(chǎn)品進(jìn)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(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，合理地進(jìn)行了清潔能源間的轉(zhuǎn)換。利用人體動(dòng)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(jī)械結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)，提高能量轉(zhuǎn)化率，另外對(duì)微型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電進(jìn)行更高效率地存儲(chǔ)，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(xiàn) 　　[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(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2022，12(23)：70～74 　　[2] 許澤剛 ，謝少軍，人體動(dòng)能收集的發(fā)電裝置研究，常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，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(mèng)，武慶東，一種人體能量收集系統(tǒng)的研制[J]，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，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(dòng)能量采集裝置研究進(jìn)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(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2022，12(23)：70～74