【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子信息，尤其涉及一种人体动能收集系统及方法。
技术介绍
1、当今电子设备已经成为人们生活中必不可少的部分，随着便携式电子设备和物联网技术的迅猛发展，日常生活或特殊环境中的可穿戴设备越来越受到重视。这些设备类型多样，有智能服装、人工关节、移动手机乃至笔记本电脑等等，这些设备运行所需的电能通常由电池来供应。电池具有便携、使用范围广、电能获取使用方便等优势，一直被认为是最经济可靠的电源，然而，与现代不断增加的智能电子设备能源消耗相比，电池的能量密度和容量并没有多大提高。电子设备所需求的电能支持越长久，对电池的容量要求就越大，但对于电池而言单位质量的能量是有限的，因此更大的电量需求会导致电池的重量增大，对于便携式设备而言，电池重量的增加可能会影响到日常的使用。
2、随着技术的发展和军事装备的革新，士兵携带的高科技电子设备越来越多，包括gps定位器，红外传感器，通讯设备，夜视仪等，特殊兵种还会装备便携式医疗设备和微型气象监测系统。为了保障电子设备的正常使用，每名士兵需要携带的电池数量是巨大的，这大大增加了士兵的负荷，降低了士兵在战场上的机动性，削弱了士兵战斗力。因此，研发一种结构简单、便携、可持续(如手摇式发动机)但不会影响士兵正常行动，不会带来过大的负重的电能供应装置具有重要的军事意义。
3、根据相关研究，自然界中存在丰富的能源，如太阳能、风能、振动能、潮汐能或波浪能甚至声音等都可以作为能量来源，但这些可再生能源在很大程度上会受到气候、时间、地点等外界环境的干扰，在一定程度上限制了便携式发电装置的
4、人体运动能量收集技术是获取人体在运动过程中产生的机械能，并通过能量收集装置将机械能转化为电能的技术。根据人体运动所产生的能量转化方式的不同，现有的人体运动能量收集装置主要分为压电式能量收集装置、电磁式能量收集装置、静电式能量收集装置和摩擦纳米电能收集装置等。
5、电磁式能量收集装置具有模型比较成熟、制作较为简单、稳定性好、工作寿命长、相较电池重量较轻的优点。但在研究电磁式能量收集装置微型化，高能量密度的同时也发现了诸多缺陷，如：
6、(1)电磁式能量收集装置工作频率较高，较难与低频的人体运动相结合，人体动能转换效率还有较大的提升空间。
7、(2)响应带宽窄，对工作频率外的振动收集效率很低。
8、(3)目前大多数电磁式能量收集装置还只能采集单一方向的振动能量，对随机性的外界激励收集效果较差。
9、(4)受到线圈匝数与磁铁性能的影响，电磁式能量收集装置微型化，集成化较困难。
10、为克服上述缺点，大量学者设计制作了不同结构的装置模型，主要包括磁弹簧结构模型、多自由度结构模型、多稳态结构模型以及阵列式结构模型等。上述结构模型在一定程度上降低了装置的固有频率，扩宽了装置相应频带，但在收集极低频率(＜5hz)的人体运动时收集效率还有待提升。因此亟需提供一种弹簧与磁弹簧相结合的多振子结构模型。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种人体动能收集系统及方法，具有便携式、可持续、适应人体运动频率，能有效收集低频人体运动时产生的能量的优点。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术实施例第一方面公开了一种人体动能收集系统，所述系统包括：人体动能收集模块和能量转换模块；
3、所述人体动能收集模块用于进行人体动能收集，所述人体动能收集模块包括上端盖(1)、上端线圈(2)、空心圆柱管(3)、黑色垫片(4)、悬浮线圈(5)、油性薄膜(6)、下端线圈(7)、下端盖(8)、上端永磁体振子(9)、悬浮永磁体振子(10)、下端永磁体振子(11)；
4、所述上端盖(1)和所述下端盖(8)的边缘处，通过空心圆柱管(3)构成内部中空的整体框架；所述上端盖(1)的下表面中心处，通过弹簧连接有上端永磁体振子(9)；所述下端盖(8)的上表面中心处，通过弹簧连接有下端永磁体振子(11)；所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)之间设有所述悬浮永磁体振子(10)；所述悬浮永磁体振子(10)包括两块永磁体；所述整体框架外壁上，分别缠绕有上端线圈(2)、悬浮线圈(5)和下端线圈(7)；所述上端线圈(2)的位置与所述上端永磁体振子(9)相对应，且线圈的宽度覆盖所述上端永磁体振子(9)的振幅；所述悬浮线圈(5)的位置与所述悬浮永磁体振子(10)相对应，且线圈的宽度覆盖所述悬浮永磁体振子(10)的振幅；所述下端线圈(7)的位置与所述下端永磁体振子(11)相对应，且线圈的宽度覆盖所述下端永磁体振子(11)的振幅；所述油性薄膜(6)包裹在所述悬浮永磁体振子(10)的外表面；所述悬浮永磁体振子(10)包括两个永磁体，所述黑色垫片(4)位于所述两个永磁体的中间；
5、所述人体动能收集模块将收集的人体动能转换为电能，并将所述电能发送至所述能量转换模块；
6、所述能量转换模块用于对所述电能进行转换、放大和存储。
7、作为一种可选的实施方式，本专利技术实施例第一方面中，所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)为轴向充磁的磁体，与所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)两端的弹簧相连接；
8、所述悬浮永磁体振子(10)为反向充磁的磁体，在所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)的作用下悬浮在所述整体框架中间。
9、作为一种可选的实施方式，本专利技术实施例第一方面中，所述能量转换模块包括能量采集单元、整流滤波单元、升压单元和储能单元；
10、所述能量采集单元与所述上端永磁体振子(9)、所述下端永磁体振子(11)、所述储能单元导线连接；
11、所述整流滤波单元与所述悬浮永磁体振子(10)、所述升压单元导线连接；
12、所述升压单元与所述储能单元导线连接；
13、所述能量采集单元用于采集所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)输出的第一电能；
14、所述整流滤波单元用于采集所述悬浮永磁体振子(10)输出的第二电能；
15、所述升压单元用于进行升压；
16、所述储能单元用于存储电能及为负载供电。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种人体动能收集系统，其特征在于，包括人体动能收集模块和能量转换模块；
2.根据权利要求1所述的人体动能收集系统，其特征在于，所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)为轴向充磁的磁体，与所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)两端的弹簧相连接；
3.根据权利要求1所述的人体动能收集系统，其特征在于，所述能量转换模块包括能量采集单元、整流滤波单元、升压单元和储能单元；
4.一种人体动能收集方法，其特征在于，适用于权利要求1～3所述人体动能收集系统，包括：
5.根据权利要求4所述的人体动能收集方法，其特征在于，所述对人体动能收集模块进行参数优化，得到优化人体动能收集模块，包括：
6.根据权利要求5所述的人体动能收集方法，其特征在于，所述利用磁体阵列磁场仿真模型，对永磁体进行优化，得到永磁体优化参数，包括：
7.根据权利要求5所述的人体动能收集方法，其特征在于，所述利用弹簧优化模型，对弹簧进行优化，得到弹簧优化参数，包括：
8.根据权利要求5所述的人体动能收集方法，其特征在于
9.根据权利要求4所述的人体动能收集方法，其特征在于，所述利用优化人体动能收集模块进行能量转换，得到采集系统电能，包括：
10.根据权利要求4所述的人体动能收集方法，其特征在于，所述利用能量转换模块对所述采集系统电能进行采集和存储，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种人体动能收集系统，其特征在于，包括人体动能收集模块和能量转换模块；
2.根据权利要求1所述的人体动能收集系统，其特征在于，所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)为轴向充磁的磁体，与所述上端永磁体振子(9)和所述下端永磁体振子(11)两端的弹簧相连接；
3.根据权利要求1所述的人体动能收集系统，其特征在于，所述能量转换模块包括能量采集单元、整流滤波单元、升压单元和储能单元；
4.一种人体动能收集方法，其特征在于，适用于权利要求1～3所述人体动能收集系统，包括：
5.根据权利要求4所述的人体动能收集方法，其特征在于，所述对人体动能收集模块进行参数优化，得到优化人体动能收集模块，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，左永刚，米红菊，吕磊豪，张镇，曾国栋，格茸七林，罗凡，曹艳，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军勤务学院，
类型：发明
国别省市：
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