[发明专利]能量收集系统及自供能可穿戴设备

说明书

一种能量收集系统及自供能可穿戴设备，其中能量收集系统包括：n个独立的单元结构，n为正整数，每个独立的单元结构包含：发电系统和整流系统，发电系统包含微型发电机，其用于将人体运动产生的机械能转化为电能；整流系统包含整流电路，该整流电路的交流输入端与微型发电机的输出端相连，用于将微型发电机的电能形式由交流脉冲转化为直流脉冲；其中，在n个独立的单元结构的输出电路上设有降压装置，该降压装置为一火花间隙或放电管，该降压装置用于调控输出电路的输出电压和电流。能够降低输出电压，增大输出电流，有效提升输出电流的脉宽，起到脉宽调制作用，保证输出电压的稳定性，更适合给器件供电或收集能量。

技术领域

本公开属于新能源与人体工程学技术领域，涉及一种能量收集系统及自供能可穿戴设备。

背景技术

在锂电池供电成为便携移动电器主流供能方式的今天，传统电池对充电环境的依赖无疑成为一大限制，此外，废弃的电池也会给环境带来危害。人体运动可以产生大量能量，人类的许多运动，比如行走、跳舞、穿衣等方式都与转化能量联系在了一起，一般人在通常情况下的连续功率是70W左右，训练有素的运动员、武警、公安、军人、保镖等的瞬时突发功率最高可达3kW。在比较剧烈的运动中，例如打篮球时，人消耗的功率约为700W。在更加剧烈的运动情况下，例如在百米赛跑中，一个优秀运动员消耗的功率可达到千瓦(kW)级别。如果可以把这些多余的能量收集起来给电子设备供电，是一个具有巨大发展前景的课题。正因为如此，设计一个利用人体运动产生的剩余能量给电子设备供电，无疑具有很大研究价值和运用前景。

近年来有很多科学家试图利用电荷感应和压电效应来制作可穿戴发电设备，用于收集人体振动产生的多余能量。但是目前的发电机普遍存在着功率低，工作环境要求高，输出电压电流不稳定且电压偏高等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种能量收集系统及自供能可穿戴设备，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种能量收集系统，包括：n个独立的单元结构，n为正整数，每个独立的单元结构包含：发电系统和整流系统，其中发电系统包含微型发电机，其用于将人体运动产生的机械能转化为电能；整流系统包含整流电路，该整流电路的交流输入端与微型发电机的输出端相连，用于将微型发电机的电能形式由交流脉冲转化为直流脉冲；其中，在n个独立的单元结构的输出电路上设有降压装置，该降压装置为一火花间隙或放电管，该降压装置用于调控输出电路的输出电压和电流。

在本公开的一些实施例中，能量收集系统，还包括：电子源，为一提供充足自由电子的载体；该电子源包括如下形式的一种或几种：人体、大地、电子器件以及导线；其中该能量收集系统中，整流电路的一个交流输入端与微型发电机的输出端相连，另一个交流输入端与电子源相连。

在本公开的一些实施例中，整流电路的两个交流输入端分别与微型发电机的两个输出端相连。

在本公开的一些实施例中，上述方案中，该能量收集电路为负载提供能量的方式包括：n个独立的单元结构分别单独为对应负载提供能量，每个独立的单元结构对应一个降压装置，每个负载与对应提供能量的单元结构中的降压装置串联；或者n个独立的单元结构通过串联和/或并联的方式进行组合之后作为整体为某一负载提供能量，n个独立的单元结构共用一个降压装置，该负载与该共用的降压装置串联；或者部分单元结构通过串联和/或并联的方式进行组合之后为某一负载提供能量，部分单元结构单独为其他对应负载提供能量。

在本公开的一些实施例中，负载以宏观电路、薄膜印刷电路或集成电路的方式附着在该能量收集系统的内部或外部，负载为用电器、储能器件、各类敏感元件及传感器中的一种或几种，包括如下元器件中的一种或其组合：电容、电感、二极管、三极管、led或lcd屏幕、微型电机、以及锂电池；

可选的，负载为一电容，该电容的两端串联有二极管；