冯如杯论文

第二十五届“冯如杯”学生创意大赛

便携式发电装置

——发电鞋的应用

摘要

当今生活我们已经离不开智能设备，如手机，平板电脑，但是这些智能设备的电能问题一直困扰着我们，充电宝的质量又参差不齐，是否可通过人们在运动时的机械能转化为电能来给设备充电。

本文讨论在鞋底部放置小型发电机，升降压电路板，电池并储存电能的可行性及其发展前景。

关键词：智能设备，小型发电机，充电

Abstract

Today，we cannot do without intelligent devices, such as mobile phone, tablet computer, but the smart device power problem has plagued us, Charge Pals have different quality, whether through people in the movement of the mechanical energy into electrical energy to charging equipment.This paper discusses placed small generators in the shoe bottom, the lifting pressure circuit board, battery and electric energy storage and the feasibility and development prospect.

Keywords: Intelligent equipment, small generators, charging

目录

摘要 (i)

Abstract ....................................................................................................................................... i i 目录 ........................................................................................................................................... i ii 第一章引言 (1)

第二章发电机发电及储存电能原理 (1)

2.1 运动发电原理 (1)

2.2 储存电能原理 (1)

2.3 电能输出原理 (1)

第三章便携式发电装置（鞋底发电机）可行性分析 (2)

3.1 发电效率问题 (2)

3.2 电能转化率问题 (2)

3.3 成本分析 (3)

3.4放置在鞋子底部的可行性 (3)

第四章技术难点 (4)

4.1安全性 (4)

4.2效率及使用期限 (4)

4.3市场全景 (4)

第五章结论 (6)

参考文献 (6)

第一章引言

便携式发电装置可以将机械能转化为电能，通过升压电路板将产生的低电压升高，存贮在电池中，再经由降压电路板将电能输出，为手机等设备充电。

人们每天在运动时会消耗大量的能量，如果对这些能量不加利用，就会白白散失。

通过发电装置将这些能量中的一部分转化为电能储存在电池中，就可以在需要时给智能设备提供电能。随着便携式数码发电机的推广和普及，便携式发电机逐渐受到消费者的青睐，随着市场需求量的增长和国产便携式发电机市场竞争力的提高，未来几年我国便携式发电机行业将高速发展。

第二章发电机发电及储存电能原理

2.1 运动发电原理

运动过程中，鞋底与地面接触，发生形变，使得发电机的可运动部分发生运动，同时切割磁感线，使得磁通量发生变化，产生感应电流，由于可运动部分在弹簧的作用下会进行复位，所以能够产生电流方向改变的交变电流。

2.2 储存电能原理

经由发电机产生的电能，受到运动幅度，强度的影响，产生的电压并不是一个稳定的数值，此时，需用升降压电路板对电压进行稳定，稳定在一个合适的数值，然后经过二极管进行电流方向的调整（二极管具有单向导电性，所以只能通过一种方向的电流），使得交变电流转化为直流电，来给存放在鞋底的电池充电。

2.3 电能输出原理

在鞋底的电池储存了足够的电之后，电池就成了一个电源，通过输出插口将储存的电能进行输出，可以给手机，平板电脑等设备充电输出直流电源，也可以通过逆变等设备使得其输出交变电流，满足不同的使用。

图 1 发电部分原理图

第三章便携式发电装置（鞋底发电机）可行性分析

3.1 发电效率问题

美发电机工作时，线圈因有电流通过产生热量而形成的损失，称为铜损；铁芯因涡流发热而产生的损失，称为铁损；发电机的轴旋转与轴承摩擦会消耗少量功率；要扣除上述几项损失或消耗后才能成为发电机的输出功率。

为了衡量发电机将输入的机械能转变为电能的效率，将发电机的输出功率与输入功率之比，称为发电机效率。

若想要投入实际运作，则需要提高发电效率，使得机械能到电能的转化率较高才能实现，可采用增强磁铁磁性，增加线圈匝数等方法。

3.2 电能转化率问题

由于电能在电路中进行了多次转化，所以在部件之间的电能损耗就不能忽略，这些损耗可能会使得电能的转化率下降，导致整个设备的实用性降低，投入的成本高而收入颇微。可采用的电芯(18650与聚合物)，标称电压为3.7V，而手机等数码产品的标准输入电压为5V。因此，移动电源需要通过升压管理板输出5V给手机等设备充电。在电路中电能并不能100%转化，会有以下损耗存在：

1、电路转换损耗。相信大家都知道，电路在充电的时候会发热，根据能量守恒定律，散发的热量其实也就是内置电池的能量。