一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器的制作方法

1.本实用新型涉及能量收集技术领域，尤其涉及一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器。


背景技术：

2.近年来随着智能手机的快速发展，与之配套的智能穿戴设备也得到了迅速的发展，这些设备可以有效地辅助人们获得更好的体验。然而这些设备因其体积的小型化，不便拆卸的特点，因此简单方便地为其供电成为了一个急需解决的问题。目前的主流供电装置仍然是传统的化学电池，化学电池的优点是原料易得，价格相对低廉，放电性能良好，但是废旧电池处理不当的话会对环境造成较大的污染，使用过程中需要经常更换或充电维护，而且其较大的尺寸和不易回收的特性，注定了化学电池在微电子设备中有着比较大的局限性。为了克服这些问题带来的困扰，追求更高的可靠性和更加长久的使用寿命，人们不断探索着新型的供电能源以代替传统化学电池。环境能量是自然界处处存在的一种能源，取之不尽用之不竭，如果能够合理收集并利用这些广泛存在的能量，将直接解决微电子设备发展的困扰。因此，如何利用环境中的能量，将其转化成为人类需要的能源成为了继续突破的难点。能量收集器就是一种可以将环境能量转化为电能的装置，它可以收集自然界广泛存在的动能——人体的运动产生的能量，转化为所需装置中的电能，从而实现设备的长期待机甚至自供电。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：
5.一种能穿戴设备用电磁式能量收集器，线圈固定在外壳上，线圈分为两层，分别布置在磁铁的两侧，每层都有5个线圈，线圈相互串联，相邻的两个线圈中心的圆心角为60
°
。
6.进一步的，小定子磁铁固定在能量收集器的外壳上，布置在线圈的空缺处，且不与线圈接触。中心定子磁铁固定在外壳上，且位于外壳的中心，两块定子磁铁紧靠在一起，而且两块定子磁铁的磁通方向相反。
7.进一步的，转子磁铁与定子磁铁位于同一水平面上，转子磁铁的磁通方向与中心定子磁铁相反，外壳内有足够的空间可以使转子磁铁围绕中心定子磁铁来回摆动。
8.进一步的，转子磁铁(2)的直径应该大于小定子磁铁，以保证转子磁铁能够在转动时获得较大的转动角度。
9.进一步的，在对能量收集器的效率影响不大的情况下，中心定子磁铁和转子磁铁可以制成圆环状以适当减小能量收集器的质量。
10.进一步的，两块定子磁铁的作用分别为：中心定子磁铁可以使转子磁铁牢牢吸附在中心定子磁铁上而不脱离，保证了运动的可靠性；小定子磁铁可以给转子磁铁一个反向
的排斥力，使转子磁铁围绕中心定子磁铁来回摆动。
11.本实用新型的有益效果为：
12.1.结构非常简单，主要由转子磁铁，定子磁铁，定子线圈和外壳构成，所有器件都不需要进行复杂的加工，只需要进行简单的装配，在生产实践中有较高的生产效率。
13.2.使用磁铁代替轴承，可以减少能量收集器的转子磁铁围绕中心定子转动时摩擦损耗的能量，提高能量收集器的能量转化效率。
14.3.在磁铁两侧布置两层线圈可以提高能量收集器线圈中产生的感应电压，从而提高能量收集器的效率。
附图说明
15.图1是本实用新型提出的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器的剖视结构示意图；
16.图2是本实用新型提出的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器的俯视结构示意图；
17.图中：1线圈、2转子磁铁、3中心定子磁铁、4小定子磁铁、5外壳。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.参照图1，线圈(1)固定在外壳(5)上，线圈(1)分为两层，分别布置在磁铁的两侧，每层都有5个线圈，以外壳中心为圆心，相邻的两个线圈中心的圆心角为60
°
。小定子磁铁(4)固定在能量收集器的外壳(5)上，布置在线圈的空缺处，且不与线圈接触。中心定子磁铁(3)固定在外壳上，且位于外壳的中心，两块定子磁铁紧靠在一起，而且两块定子磁铁的磁通方向相反。转子磁铁(2)与定子磁铁(3)(4)位于同一水平面上，转子磁铁的磁通方向与中心定子磁铁(3)相反，外壳(5)内有足够的空间可以使转子磁铁(2)围绕中心定子磁铁(3)来回摆动。线圈(5)相互串联，串联线圈的两端与外界用电设备的输入输出端相互连接。
20.参照图2，线圈(1)内嵌在能量收集器壳体(5)的上下两侧，其分布位置与转子磁铁(2)的运动位置相同，转子磁铁(2)沿着感应线圈产生相对运动时会产生感应电动势。转子磁铁(2)和中心定子磁铁(3)的外径相同。
21.能量收集器中三块磁铁的磁化方向都是沿着轴向进行磁化，其中小定子磁铁(4)和转子磁铁(2)的磁化方向相同，这样可以使转子磁铁(2)靠近小定子磁铁(4)时获得反方向的排斥力，中心定子磁体(3)的轴向磁化方向与另外两块磁铁相反，使得转子磁铁(2)紧紧吸附在中心定子磁铁(3)上。
22.这种能量收集器的外壳(5)是可拆卸的，没有磁铁的一侧是能量收集器的盖板，这层盖板上内嵌有线圈(1)，这种设计有利于对内部器件进行检查和维修。
23.工作原理：使用时，将该能量收集器固定在运动部位上，应该使两块定子磁铁(3)(4)连线方向与运动方向相互垂直布置。当运动部位开始运动时，会对内部磁铁产生激励作用，使得转子磁铁(2)围绕定子磁铁(3)来回摆动，此时根据法拉第电磁感应定律，上下两层
线圈(1)中产生感应电动势，线圈 (1)的输入输出端电压发生改变，感应电压的大小与转子磁铁(2)的转动角速度有关，而转子磁铁(2)的角速度与外界激励频率有关，因此在一定条件下，外界激励频率越高，则能量收集器的输出性能越好。
24.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器，包括如下部分：线圈(1)、转子磁铁(2)、中心定子磁铁(3)、小定子磁铁(4)、外壳(5)；其特征在于：线圈(1)固定在外壳(5)上，线圈(1)分为两层，分别布置在磁铁的两侧并且内嵌在外壳(5)内部凹槽里面，每层都有5个线圈，线圈相互串联，以中心定子磁铁(3)圆心为中心，两个相邻线圈的圆心角为60
°
，在外部运动激励作用下，转子磁铁(2)围绕中心定子磁铁(3)来回摆动。2.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器，其特征在于：小定子磁铁(4)固定在能量收集器的外壳(5)上，布置在线圈的空缺处，且不与线圈接触，中心定子磁铁(3)固定在外壳上，且位于外壳的中心，两块定子磁铁紧靠在一起，而且两块定子磁铁的磁通方向相反。3.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器，其特征在于：转子磁铁(2)与中心定子磁铁(3)、小定子磁铁(4)位于同一水平面上，转子磁铁的磁通方向与中心定子磁铁(3)相反，外壳内有足够的空间可以使转子磁铁围绕中心定子磁铁来回摆动。4.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器，其特征在于：转子磁铁(2)的直径大于小定子磁铁，以保证转子磁铁能够在转动时获得较大的转动角度。5.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备用电磁式能量收集器，其特征在于：中心定子磁铁和转子磁铁呈圆环状，以减小能量收集器的质量。

技术总结
本实用新型公开了一种智能穿戴设备用采用旋转磁铁的电磁式运动能量收集器。它是在绝缘外壳中，由转子磁铁，定子磁铁，以及定子线圈组成，其中线圈相互串联，线圈的输出端与外界用电设备相连接。这种能量收集器可以收集人体运动时手臂或者腿部摆动所产生的能量，并转化为设备所需要的电能。其能量转化的原理基于法拉第电磁感应定律，当手臂摆动时会带动能量收集器中的转子磁铁运动，同时由于两块定子磁铁的吸引力和排斥力，可以使得能量收集器围绕中心定子磁铁来回摆动，此时线圈中就会产生感应电动势。电动势。电动势。


技术研发人员：于一深 苏宇锋 程书晗
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2021.06.10
技术公布日：2021/12/7