一种基于直线发电机的微能量采集鞋制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于直线电机的微能量采集鞋，包括鞋体和内嵌在鞋底的圆筒形直线电机；直线电机包括电机外壳、外壳腔体内的定子和动子，定子包括与电机外壳同轴的定子绕组支架和缠绕在定子绕组支架外测的定子绕组，定子绕组支架与电机外壳之间设有导线引出槽，外壳上设有导线引出孔，导线引出槽一端与导线引出孔连通；动子为中心留有通孔的圆柱体，包括若干轴向充磁的动子永磁体和设于相邻两个动子永磁体之间的铁心，相邻两个动子永磁体的充磁方向相反；电机外壳两端内侧设有穿过动子中心的通孔的电机定位轴，动子两端的定位轴上套设有弹簧。本实用新型专利技术的基于直线电机的微能量采集鞋提供了一种符合节能要求、体积较小和便于携带。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉 及微能量采集
，尤其涉及一种基于直线发电机的微能量 采集鞋。
技术介绍
微能量采集技术是利用某种效应把周围环境中的某种形式的能量转换成电能， 符合节能减排的要求，是机电供能系统的发展趋势。微能量收集有很多种形式，包括光 伏能量收集，温差能量收集，基于物体运动和振动的能量收集和基于无线电波的能量收 集。在各种能量源中，人体运动所蕴含的生物运动能量是其中重要的一种，而人在跑步 或行走时，脚部运动更是理想的能量源，在微能量采集技术中，是一种比较好的选择。 而人体脚部水平方向的运动行程较长、能量密度较高，更适合作为采集的能量源。同 时，直线电机作为直线运动机电能量转换的理想机构，技术上已经非常成熟，利用直线 电机理论和电磁感应原理便可以达到收集脚部运动机械能的目的。
技术实现思路
本技术提供了一种符合节能要求、体积较小和便于携带基于直线电机的微 能量采集鞋。一种基于直线电机的微能量采集鞋，包括鞋体和内嵌在鞋底的圆筒形直线电 机；所述的直线电机包括圆柱形的电机外壳以及位于电机外壳腔体内的定子和动子，电 机外壳包括壳体和壳体两端的端盖，所述的定子包括与电机外壳同轴的圆筒形的非导磁 的定子绕组支架和缠绕在定子绕组支架外测的定子绕组，定子绕组支架与电机外壳之间 设有导线引出槽，外壳上设有导线引出孔，导线引出槽一端与导线引出孔连通；所述的 动子为中心留有通孔的圆柱体，包括若干轴向充磁的动子永磁体和设于相邻两个动子永 磁体之间的铁心，相邻两个动子永磁体的充磁方向相反；所述的端盖之间设有穿过动子 中心的通孔的电机定位轴，动子两端与端盖之间的定位轴上套设有弹簧。电机外壳一般可选择非导磁材料，电机外壳的直径和壳体的长度一般可根据实 际需要调整；同样为了满足实际要求，可选择正方体形、长方体形或其他形状的电机外 壳。定子绕组支架为具有一定厚度的圆筒，可选用高分子聚合物非导磁材料，一般 通过螺栓固定在电机外壳上；为进一步减小了直线电机的体积，可在定子绕组支架外壁 上设有放置定子绕组的环形凹槽，定子绕组支架外壁上设有导线引出槽，导线引出槽与 凹槽连通，导线引出槽另一端与导线引出孔连通，便于定子绕组的线路布置；环形凹槽 的深度和宽度可根据实际定子绕组的组数确定。定子绕组支架的内腔经过抛光处理， 并喷涂润滑剂，以减小动子循环移动的阻力和机械能损失，并降低电机运行过程中的噪 声。定子绕组由漆包线绕成，根据实际需要的不同，定子绕组可以设置为单向绕组或三 相绕组。动子永磁体可选用铁氧体、钕铁硼或钐钴材料；动子永磁体轴向充磁，制造成 本较低。铁心可由实心铁组成或由硅钢片叠制而成。动子永磁体和铁心的个数可根据实 际需要调整。相邻两块动子永磁体充磁方向相反，铁心中磁力线沿径向扩散，与定子的 绕组线圈垂直，气隙中的磁密增加，定子的绕组垂直切割磁力线，产生的感应电动势增 大；实际应用中一般可以通过调整动子永磁体和铁心的相对厚度，调整气隙磁场，调节 一对动子永磁体和相邻的铁心的厚度可以调整动子的极距，配合定子绕组线圈，调整感 应电动势的波形。电机定位轴为非导磁材料，动子与电机定位轴之间可以喷涂润滑剂， 同样为了减小动子往复移动的阻力。机壳两端的端盖与动子端部之间固定的减震弹簧在机壳端盖和动子端部之间产 生拉力或推力，没有外力时动子处于稳定平衡状态，动子与两端的机壳之间保持相同的 距离，当受到外界振动时，动子失去平衡，动子向一端移动，动子端部与这端的距离减 小，减震弹簧产生的推力增大，动子端部与另一端的距离增大，减震弹簧产生的拉力增 大，阻碍动子进一步向这端移动，动子靠惯性及两端弹簧的协同作用不断的沿定向轴做 往复运动。上述的减震弹簧可由永磁体构成，在电机定位轴与端盖结合处分别安装与 动子中相应端部动子永磁体极性相反，使得动子永磁体与动子之间产生斥力；没有外力 时，动子处于稳定平衡状态，动子与两端永磁体保持相同的距离；当受到外界振动时， 动子失去平衡，动子向一端移动，动子永磁体与这端的距离减小，斥力增大，阻碍动子 进一步向这端移动，动子靠惯性及两端固定永磁体的斥力作用不断的沿电机定向轴做往 复运动。电机定位轴的两端用于与鞋底固定。本技术的有益效果体现在(1)本技术的基于直线电机的微能量采集鞋可以通过调节动子中动子永磁体 的数量、厚度、面积等参数，可以方便调节感应电动势的大小，通过改变定子绕组的分 布，可以产生单相、三相感应电动势，实用范围较广。(2)通过减震弹簧的减震作用，可以减小动子运动过程中机械碰撞带来的机械损 失；(3)可将人体脚部运动的机械能收集并转化成电能，符合节能观念，并具有体积 小、无需更换、便于携带等显著优点，应用前景广泛，可为低功率电子设备充电(如手 机、mp3等)，更可用于军事单兵作战系统装备供电(如GPRS)。附图说明图1为本技术基于直线电机的微能量采集鞋的立体结构示意图；图2为图1中直线电机的放大结构示意图；图3为图2中定子和动子的局部放大图；图4为本技术用于产生单相感应电动势的电路示意图。具体实施方式如图1所示，一种基于直线电机的微能量采集鞋，包括鞋体1和内嵌在鞋底2内 的圆筒形直线电机3。如图2所示，直线电机3包括电机外壳4、电机外壳4腔体内的定 子7和动子8、减震弹簧5以及电机定位轴6。如图2和图3所示，电机外壳4包括壳体401和壳体401两端的第一端盖402和 第二端盖403，第一端盖402上设有导线引出孔404。定子7包括定子绕组支架702和缠 绕于定子绕组支架702外壁上的定子绕组701 ；定子绕组支架702外壁上设有放置定子绕 组701的环形凹槽7021 ；定子绕组支架702上设有导线引出槽7022，导线引出槽7022与 凹槽7021相连通，导线引出槽7022右端与导线引出孔404连通。定子绕组支架702为 具有一定厚度的圆筒，可选用高分子聚合物非导磁材料。定子绕组701由漆包线绕成， 为三扎单相绕组，根据实际需要也可设置为三相绕组。动子8为圆柱形，包括5个动子永磁体802和4个铁心801，动子永磁体802均 为轴向充磁，且相邻两块动子永磁体802充磁方向相反，铁心801中磁力线沿径向扩散， 与定子7的绕组线圈垂直，定子的绕组垂直切割磁力线，产生的感应电动势；动子永磁 体802可选用铁氧体、钕铁硼或钐钴材料；铁心801可选用由实心铁组成或由硅钢片叠制 而成；动子永磁体802和铁心801的直径大小根据实际需要调整。动子永磁体802和铁 心801为直径相等的圆柱体，通过相互之间的磁力吸引形成完成的圆柱形。动子8中心 设有通孔，第一端盖402和第二端盖403中心之间设有穿过动子8通孔的电机定位轴6， 用于将直线电机固定在鞋底内。本技术的基于直线电机的微能量采集鞋实际工作过程中，电机外壳4两端 的端盖与动子8端部之间固定的减震弹簧5在端盖和动子8端部之间产生拉力或推力，没 有外力时动子处于稳定平衡状态，动子8与端盖之间保持相同的距离，当受到外界振动 时，动子8失去平衡，动子8向一端移动，动子8端部与这端的距离减小，减震弹簧5产 生的推力增大，动子端部与另一端的距离增大，减震弹簧产生的拉力增大，阻碍动子进 一步向这端移动，动子靠惯性及两端弹簧的协同作用不断的沿定向轴做往复运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直线电机的微能量采集鞋，包括鞋体（１）和内嵌在鞋底（２）的圆筒形直线电机（３）；所述的直线电机（３）包括圆柱形的电机外壳（４）和位于电机外壳（４）腔体内的定子（７）和动子（８），电机外壳（４）包括壳体（４０１）和壳体（４０１）两端的端盖，其特征在于，所述的定子（７）包括与电机外壳（４）同轴的圆筒形的非导磁的定子绕组支架（７０２）和缠绕在定子绕组支架（７０２）外测的定子绕组（７０１），定子绕组支架（７０２）与电机外壳（４）之间设有导线引出槽（７０２２），外壳上设有导线引出孔（４０４），导线引出槽（７０２２）一端与导线引出孔（４０４）连通；所述的动子（８）为中心留有通孔的圆柱体，包括若干轴向充磁的动子永磁体（８０２）和设于相邻两个动子永磁体（８０２）之间的铁心（８０１），相邻两个动子永磁体（８０２）的充磁方向相反；所述端盖之间设有穿过动子（８）通孔的定位轴（６），动子（８）两端与端盖之间的定位轴（６）上套设有减震弹簧（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建新，缪冬敏，王灿飞，徐驰，张娟娟，余卉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86