自供能头盔的制作方法

本发明涉及能量采集技术领域，特别涉及自然界中的振动能、风能、太阳能的采集和存储技术，具体而言，涉及一种自供能头盔。

背景技术：

自供能系统是一种无需外加电源，从环境中收集能量实现能量自供的新型功能器件，在大范围环境监测、人体健康监测、军事侦察、生物医疗、安全防护等领域有着诱人的应用前景。

而在自供能系统中，摩擦纳米发电机由于其成本低、应用场景广等优点引起巨大关注，在众多应用场景中，人跑步运动的频率适中(4.5～5.5hz)，可利用传统的电磁发电机对其进行能量收集，而走路运动的频率较低(1.8～2.2hz)，难以利用传统的电磁发电机对其进行能量收集。

头盔作为一种穿戴设备除了具有一定的防护功能外，通常还具有一些辅助功能，如用于黑暗环境照明的功能、用于周围环境危险气体探测的功能、用于穿戴者位置定位(gps)的功能等。头盔上这些功能部件或传感器等都需要消耗一定的电能，于是出现了各种具有自供能作用的头盔。现有技术的自供能头盔，通常包括安装在头盔本体上的振动发电装置、电流转换装置和储能装置等。现有技术的振动发电装置，利用传统的电磁发电或压电效应将振动能转换成电流，通过电流转换装置进行整流稳压后输入储能装置进行存储，为传感器和控制系统提供电能。现有技术的振动发电装置发电效率较低，特别是对正常步行产生的振动能，不能够高效率地转换成电能，其应用受到了极大地限制。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种自供能头盔，通过改进振动发电装置，提高自供能头盔的发电效率。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种自供能头盔，包括头盔本体、振动发电装置、电流转换装置和储能装置，所述振动发电装置输出的电流连接的电流转换装置，所述电流转换装置与储能装置连接，其特征在于，所述振动发电装置包括安装在柱型结构中的第一永磁体，第二永磁体和线圈，所述第一永磁体悬浮在第二永磁体上方，所述线圈与电流转换装置连接。

本发明的技术方案，利用磁悬浮技术提高振动发电装置对振动能的敏感性，可以有效感应到正常步行的低频振动，极大地提高了发电效率。

进一步的，所述线圈设置在第一永磁体上方和/或下方和/或柱型结构周围。

线圈设置在第一永磁体上方和/或下方和/或柱型结构周围，如柱型结构顶部、第二永磁体顶部或缠绕在柱型结构周围等与第一永磁体对应的位置，可以增加线圈数量，提高发电效率。特别是第一永磁体上方和下方的线圈，在第一永磁体运动时感应电流交大，而且可以通过增加匝数提高发电效率。

进一步的，所述柱型结构为封闭结构，所述第一永磁体上下两端设置第一摩擦片，所述柱型结构顶部和第二永磁体顶部设置有缓冲垫和第二摩擦片，所述第一摩擦片和第二摩擦片与电流转换装置连接，通过摩擦输出电流。

该技术方案增加了摩擦发电功能，充分利用永磁体的振动，通过摩擦发电进一步提高能量转换效率。

进一步的，所述第一永磁体处于真空中。

该方案将第一永磁体置于真空中，能够降低阻力，增加灵敏度，提高转换效率。

进一步的，所述柱型结构为圆柱形或正四棱柱形。

柱型结构采用圆柱形或正四棱柱形具有结构简单，便于加工的特点。

进一步的，所述振动发电装置4台有4台，分别置于所述头盔本体前方左右两侧和后方左右两侧。

配置振动发电装置，可以增加发电量，振动发电装置分别置头盔本体前方左右两侧和后方左右两侧，不会占用照明装置和传感器的位置，便于其他装置的布局。

进一步的，还包括2台风能发电机，所述风能发电机分别置于所述头盔本体左右两侧，所述风能发电机与电流转换装置连接。

该方案在头盔本体左右两侧的空位布置2台风能发电机，进一步增加风能利用，提高能量采集效率。

进一步的，还包括太阳能发电薄膜电池，所述太阳能发电薄膜电池与电流转换装置连接，所述太阳能发电薄膜电池置于所述头盔本体顶部。

增加太阳能发电薄膜电池，可以充分利用头盔有限的表面积，增加环境能量的利用率。

进一步的，还包括传感器和控制系统，所述传感器和控制系统与储能装置连接，所述传感器与控制系统连接。

该方案在头盔上集成各种传感器和控制系统，进一步增加了头盔的功能，使头盔成为一种自供能的安全防护帽。

具体的，所述传感器包括位置传感器、温度传感器、心率传感器、气体传感器。

本本发明的有益效果是提高自供能头盔的发电效率，满足正常步行条件下的使用要求。佩戴者可在没有电源的情况下可通过自身运动，产生电能供给头盔其他功能部件使用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例头盔结构示意图。

图2为图1的仰视图。

图3为实施例的振动发电装置结构示意图。

其中：1为头盔本体；10为振动发电装置；11为第一永磁体；12为第二永磁体；13为线圈；14为第一摩擦片；15为第二摩擦片；16为缓冲垫；20为风力发电机；30为太阳能薄膜；40为传感器和控制系统；100为柱型结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本申请中提及的风能发电机是一种成熟的发电装置，通常由一个微型风轮和微型发电机构成，通过风轮转动带动发电机旋转发电。本申请中提及的太阳能薄膜电池也是一种常用的太阳能发电装置，通常由硅、碲、镉等材料构成，能够在阳光照射下产生电流输出。

实施例

如图1、图2所示，本例自供能头盔是一种功能比较完善的安全帽，包括头盔本体1、4台振动发电装置10、2台风能发电机20、太阳能发电薄膜电池30以及传感器和控制系统40构成的辅助功能单元。这里的传感器包括位置传感器、温度传感器、心率传感器、气体传感器，他们利用头盔上安装的各种发电装置产生的电能进行工作，将采集的数据传输到控制系统进行处理。本例控制系统也是利用储能装置输出的电能进行工作的，能够根据传感器采集的数据对周围环境做出判断，还能够在需要的时候与外界进行联系，输出穿戴者所处位置坐标、体温、心率数据等，也可以通过控制系统的照明装置为穿戴者提供照明。

本例头盔上的振动发电装置10、风能发电机20、太阳能发电薄膜电池30输出的电流，都经过电流转换装置进行处理，转换成合适的直流电输入储能装置进行存储。其中振动发电装置10、风能发电机20输出的是交流电，需要先进行ac-dc转换(交-直流转换)，再通过dc-dc转换(直流-直流转换)输出稳定的直流电压，然后输入储能装置(通常为锂电池或超级电容器)进行能量存储。由图1和图2可以看到，本例4台振动发电装置10分别置于头盔本体1前方左右两侧和后方左右两侧，2台风能发电机20则分别置于所述头盔本体1左右两侧(穿戴者耳部位置)，太阳能发电薄膜电池40置于头盔本体1顶部，最容易接受阳光照射的地方。

参见图3，本例振动发电装置由安装在圆柱形结构100中的第一永磁体11、第二永磁体12和线圈13构成。本例线圈13设置在柱型结构100顶部和第二永磁体12顶部以及柱型结构100周围，柱型结100为封闭结构，使第一永磁体11处于真空中。由于第一永磁体11和第二永磁体12极性相同，在排斥力作用下第一永磁体11悬浮在第二永磁体12上方。本例线圈13安装位置与第一永磁体位置对应，当第一永磁体11在外部振动作用下运动时，线圈13由于切割磁力线产生电流，通过电流转换装置进行ac-dc转换后输入储能装置进行存储。本例4台振动发电装置10竖直安装在头盔本体1前方左右两侧和后方左右两侧，头盔佩戴时4台振动发电装置10也基本上保持竖直状态，能够充分利用振动能发电。

本发明这种悬浮结构的振动发电装置，对外界的振动非常敏感，即使是正常步行的低频振动，也可以产生可观的电流输出。随着振动发电装置数量的增加，以及风能发电装置和太阳能薄膜电池这些辅助发电装置的配合，本发明的头盔产生的电能可以对储能装置进行充电，为低功耗传感器和控制系统提供工作电流。为了进一步提高振动能量的采集利用，本例还在第一永磁体上端和下端设置第一摩擦片14，并在封闭结构的柱型结构顶部和第二永磁体顶部分别设置缓冲垫16和第二摩擦片15，两对摩擦片通过摩擦输出电流，经过电流转换装置转换后对储能装置充电，进一步提高振动能量的采集利用。本发明的振动发电装置也可以采用棱柱形结构，如正四棱柱形等，同样可以达到相同的技术效果。