CN101800499B - 一种可穿戴物品以及用于该可穿戴物品的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴物品以及用于该可穿戴物品的发电装置，该发电装置包含一传导单元、一导磁构件、一磁性体、一磁芯以及一线圈。该传导单元转换该可穿戴物品所接收的外力成一驱动力；该磁芯设置于该可穿戴物品中并具有一第一端；该线圈耦合至该磁芯；该导磁构件设置于该可穿戴物品中以接受该驱动力并藉由该驱动力运动；该磁性体设置于该导磁构件上并邻近该第一端。当该导磁构件通过该驱动力带动该磁性体相对该第一端运动时，该磁芯中的磁通量产生变化，致使该线圈感应该磁通量变化而产生一感应电动势。

Description

一种可穿戴物品以及用于该可穿戴物品的发电装置

技术领域

本发明关于一种可穿戴物品以及用于该可穿戴物品的发电装置，并且特别地，本发明是关于一种藉由外力产生感应电动势以发电的发电装置，以及利用该发电装置的可穿戴物品。

背景技术

于夜间活动时，不足的照明容易引起意外事故。例如夜间于马路边行走或慢跑时，可能因视线不清而摔伤，甚至被车辆撞伤而酿成悲剧。又或者，在清晨登山时亦可能因看不清楚山路状况而摔伤。因此，随身携带的照明装置对于夜间或光线不足的环境下活动是有必要的。

一般人通常携带手电筒等方便携带的可携式照明装置作为照明光源，但对于较为激烈的动态活动，例如慢跑，手电筒仍然不便于行动。因此，市面上已见到附加于穿戴物上，例如，运动用电子表、运动衣、运动鞋或护腕护膝等，的发光装置。这些可发光的穿戴物可于使用者活动时发光，并且由于其中的发光装置的大小与重量并不会影响到使用者行动，因此适合于运动或较激烈的动态活动时穿戴以照明。

然而，上述各发光装置通常以电池作为供给发光用的电源，当电池没电或破损时，发光装置便失去其作用，故使用者必须时常检查发光装置的电池电量以确保其正常运作。另一方面，电池的废弃以及回收也会造成环境问题。

发明内容

因此，本发明的一目的在于，提供一种用于可穿戴物品的发电装置，其利用线圈进行电磁感应产生感应电动势而取代电池作为发光电源，以解决上述问题。当然，于实务中，本发明的发电装置所产生的感应电动势也可提供其它电子元件，例如警报器、蜂鸣器、计步器，或其他元件，所需要的电力，而不仅限于发光元件。

根据一具体实施例，本发明的发电装置可用于可穿戴物品中，其包含导磁构件、第一磁性体、磁芯以及第一线圈。导磁构件设置于可穿戴物品中并用以接受自可穿戴物品而来的第一外力。藉由此第一外力，导磁构件可相对于一轴心旋转。第一磁性体可设置于磁导构件上，当磁导构件相对于轴心旋转时，第一磁性体亦随磁导构件旋转。磁芯具有第一端，此第一端邻近于第一磁性体，并且第一线圈耦合至磁芯。

于本具体实施例中，当磁导构件接受第一外力而相对于轴心旋转时，导磁构件可带动第一磁性体相对于轴心旋转。由于第一磁性体旋转，因此其与磁芯的第一端间的距离改变导致磁芯中的磁通量发生变化，第一线圈则感应此磁通量变化进而产生第一感应电动势。

此外，发电装置还可进一步包含转换模组，其耦接第一线圈以将线圈产生的感应电动势转换成电源而提供至可穿戴物品中的发光单元，进而驱动发光单元发光。

本发明的另一目的在于，提供一种可穿戴物品，其利用一发电装置代替电池以提供可穿戴物品发光所需的电源。

根据一具体实施例，本发明的可穿戴物品可包含发电装置，并且此发电装置进一步包含：导磁构件、第一磁性体、磁芯以及第一线圈。

于本具体实施例中，导磁构件设置于可穿戴物品中并用以接受自可穿戴物品而来的第一外力。藉由第一外力，导磁构件可相对于一轴心旋转。第一磁性体可设置于磁导构件上，当磁导构件相对于轴心旋转时，第一磁性体亦随磁导构件旋转。磁芯具有第一端，此第一端邻近于第一磁性体，并且第一线圈耦合至磁芯。

当磁导构件接受第一外力而相对于轴心旋转时，导磁构件可带动第一磁性体相对于轴心旋转。由于第一磁性体旋转，因此其与磁芯的第一端间的距离改变导致磁芯的磁通量发生变化，第一线圈则感应此磁通量变化进而产生第一感应电动势。

此外，发电装置还可进一步包含转换模组，其耦接第一线圈以将线圈产生的感应电动势转换成电源而提供至可穿戴物品中的发光单元，进而驱动发光单元发光。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1显示了根据本发明的一具体实施例的发电装置的示意图。

图2显示了图1的发电装置的导磁构件旋转的示意图。

图3显示了根据本发明的另一具体实施例的用于发电装置的外力传导单元的示意图。

图4显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置的示意图。

图5显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置的示意图。

图6显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置的示意图。

图7显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置的剖面图。

图8显示了根据本发明的一具体实施例的可穿戴物品的示意图。

图9显示了根据本发明的一具体实施例的电力转换模组的示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1显示了根据本发明的一具体实施例的发电装置1的示意图。本具体实施例的发电装置1可用于可穿戴物品，例如，鞋子、衣裤、帽子、皮带以及其他物品，以作为可穿戴物品的发光单元的电源。如图1所示，发电装置1包含导磁构件10、第一磁性体12、磁芯14以及第一线圈16。其中，导磁构件10可设置于可穿戴物品中，第一磁性体12则可设置于导磁构件10上。磁芯14同样亦可设置于可穿戴物品中，并且其具有邻近第一磁性体12的第一端140，第一线圈16则耦合至磁芯14上。

于本具体实施例中，导磁构件10可接受自可穿戴物品传来的外力而相对于其轴心旋转，并且，当导磁构件10旋转时亦可带动第一磁性体12旋转，使其与磁芯14的第一端140之间的相对位置产生变化，导致原本磁芯14中的磁通量随之变化。第一线圈16可感应磁通量变化而产生第一感应电动势160。根据另一具体实施例，发电装置1还可进一步包含电力转换模组，用以将所产生的第一感应电动势160转换成电源并提供至可穿戴物品的发光单元以驱动发光单元发光。

请参阅图2，图2显示了图1的发电装置1的导磁构件10旋转的示意图。如图2所示，导磁构件10接受外力而相对于其轴心做顺时针旋转(依使用者或设计者需求亦可做逆时针旋转)，使得第一磁性体12偏离原位置而远离第一端140，导致原本经过第一磁性体12以及第一端140的磁力线失去传导媒介，进而使其磁芯14中的磁通量产生变化。第一线圈16可感应磁通量变化而产生第一感应电动势160。

此外，于本具体实施例中，当导磁构件10所接受的外力消失后，第一磁性体12与第一端140可互相吸引，而使第一磁性体12恢复至原来位置(如图1所示的位置)。请注意，当第一磁性体12恢复至原位置时同样也会改变磁通量，因此第一线圈16可再次感应磁通量变化而产生第一感应电动势160。请注意，外力施于导磁构件10以及外力消失时两者造成磁通量变化的方向相反(其中之一为减少另一为增加)，故第一线圈感应此两种状况而产生的第一感应电动势160的方向亦相反。

请注意，于实务中，自可穿戴物品所传来的外力可直接或间接推动导磁构件10旋转。若以间接方式推动导磁构件10旋转，则于可穿戴物品中可设置外力传导单元以将不同方向的外力转换成可直接推动导磁构件10旋转的外力。

举例而言，请参阅图3，图3显示了根据本发明的另一具体实施例的外力传导单元T的示意图。此外力传导单元T可用以接受外力E并将外力E转换成可直接推动上述具体实施例的导磁构件10旋转之力。并将如图3所示，外力传导单元T包含齿条T0、齿轮T2、第一伞齿轮T4以及第二伞齿轮T6。其中，齿条T0与齿轮T2相互咬合，并且当齿条T0接收外力E而沿外力E的方向移动时，齿条T0可带动齿轮T2转动。此外，齿轮T2与第一伞齿轮T4同一中心轴，因此第一伞齿轮T4会随齿轮T2转动，同时，第二伞齿轮T6与第一伞齿轮T4相互咬合而做相对应的转动。于实务中，第二伞齿轮T6的轴心可连接上述具体实施例的导磁构件10的轴心，藉以推动导磁构件10旋转。

请参阅图4，图4显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置1的示意图。如图4所示，发电装置1除了具有上述各单元外，其导磁构件10上进一步设置第二磁性体120，其邻近磁芯14的第二端142。因此，磁力线可于导磁构件10、第一磁性体12、第一端140、磁芯14、第二端142以及第二磁性体120中形成磁回路。同样地，当导磁构件10受外力而旋转时，第二磁性体120与磁芯14的第二端142之间的相对位置也产生变化，因此磁芯14中的磁通量较只有第一磁性体12时变化得更剧烈，进而增强第一线圈16所感应出的第一感应电动势160。请注意，于实务中，导磁构件设置磁性体的数量端看使用者或设计者需求而定，并不受限于本具体实施例或上述具体实施例的磁性体数量。

请参阅图5，图5显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置1的示意图。如图5所示，本具体实施例与上一具体实施例不同处，在于本具体实施例的发电装置1进一步包含耦合至磁芯14的第二线圈18。此外，本具体实施例的磁芯14进一步包含第一臂144以及第二臂146以分别供第一线圈16以及第二线圈18缠绕于其上。

于本具体实施例中，磁力线可于导磁构件10、第一磁性体12、第一端140、第一臂144、第二端142以及第二磁性体120中形成第一磁回路，并于导磁构件10、第一磁性体12、第一端140、第二臂146、第二端142以及第二磁性体120中形成第二磁回路。当导磁构件10受力旋转时，磁芯14的第一臂146以及第二臂146中的第一磁回路以及第二磁回路的磁通量改变而分别使第一线圈16以及第二线圈18感应产生第一感应电动势160以及第二感应电动势180。

同样地，于另一具体实施例中，第二线圈18亦可耦接一电力转换模组，以将第二线圈18产生的第二感应电动势180转换成电源提供至可穿戴物品的发光单元，进而驱动发光单元发光。请注意，第一线圈16与第二线圈18的线圈匝数可大体上相同，以感应出大体上相同大小的第一感应电动势160以及第二感应电动势180，然而，于实务中第一线圈16与第二线圈18的线圈匝数亦可相异，端看使用者或设计者需求而定。

于实务中，上述导磁构件10以及磁芯14可以，但不受限于，由铁等导磁材料制成。另外，第一磁性体12可为磁铁，并且线圈可以通过铜导线围绕磁芯14而成。另一方面，导磁构件10以及磁芯14的形状可根据使用者或设计者需求而定，并不受限于本说明书所列举的具体实施例。

于实务中，上述发电装置整体呈现圆形，其半径可为27.75mm，并且其高度可为5mm。第一线圈以及第二线圈匝数可为3000匝，并且，形成第一线圈以及第二线圈的铜线直径可为0.12mm。第一磁性体以及第二磁性体的导磁性大致上可为1.04457，并且其保磁性可为1.1tesla。此外，各构件间所保留的空隙可为0.2mm，致使导磁构件转动时第一磁性体以及第二磁性体不会摩擦或撞击磁芯以及线圈。请注意，上述规格仅为一实施例，本发明并不针对其规格加以限制。

请参阅图6，图6显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置1’的示意图。如图6所示，本具体实施例的发电装置1’包含导磁构件10’、第一磁性体12’、第二磁性体120’、磁芯14’、第一线圈16’以及第二线圈18’。

本具体实施例与上述具体实施例不同处，在于本具体实施例的磁芯14’的外型与上述具体实施例的磁芯14外型不同。第一磁性体12’以及第二磁性体120’分别邻近磁芯14’的第一端140’以及第二端142’。第一线圈16’以及第二线圈18’分别耦合至磁芯14’的第一臂144’以及第二臂146’，因此磁力线于导磁构件10’、第一磁性体12’、第一端140’、第一臂144’、第二端142’以及第二磁性体120’中形成第一磁回路，并于导磁构件10’、第一磁性体12’、第一端140’、第二臂146’、第二端142’以及第二磁性体120’中形成第二磁回路。

于本具体实施例中，导磁构件10’可自一可穿戴物品处接受一外力而相对其轴心做顺时针旋转，进而带动第一磁性体12’以及第二磁性体120’改变其与第一端140’以及第二端142’间的相对位置。上述第一磁性体12’以及第二磁性体120’与第一端140’以及第二端142’间的相对位置改变导致磁芯14’的第一臂144’以及第二臂146’中的磁通量改变，进一步致使第一线圈16’以及第二线圈18’感应磁通量变化而产生第一感应电动势160’以及第二感应电动势180’。

请同时参阅图5以及图7，图7显示了根据本发明的另一具体实施例的发电装置1″的剖面图，于本具体实施例中，图7可为如图5所示的发电装置1沿A-A剖面线所获得的剖面图。本具体实施例与上述具体实施例不同处，在于本具体实施例的导磁构件10″自可穿戴物品处接受外力而沿方向D移动，进而带动第一磁性体12″以及第二磁性体120″相对于磁芯14″的第一端140″以及第二端142″移动而造成磁芯14″中的磁通量变化。请注意，本具体实施例的其他单元是与上述具体实施例的相对应单元大体上具有相同功能，故于此不再赘述。

综上所述，本发明的发电装置可用于可穿戴物品例如运动衣、运动鞋或护腕护膝等，并且藉由可穿戴物品经常性的受力(例如走路或跑步时使用者踩运动鞋施予的正向力)使发电装置中的磁性体和导磁元件以旋转或直线运动方式相对于一磁芯移动，导致磁芯中的磁通量发生变化据以产生感应电动势而作为发光单元的电源。由于发光单元的电源并非藉由具固定电量的电池所提供，因此可解决先前技术的问题。

请参阅图8，图8显示了根据本发明的一具体实施例的可穿戴物品2的示意图。如图8所示，可穿戴物品2是一鞋子，其可包含发电装置20以及发光单元22，其中发电装置20耦接发光单元22并提供发光单元22以一电源。

于本具体实施例中，发电装置20的内部结构与上述具体实施例相同，亦即，发电装置20可包含导磁构件、第一磁性体、第二磁性体、磁芯、第一线圈、第二线圈以及电力转换模组等单元，由于各单元的功能是与上述各具体实施例相对应单元功能相同，于此不再赘述。

当使用者穿戴此可穿戴物品2进行行走、跑步或跳跃等动作时，使用者对可穿戴物品2施予的正向力F可经由外力传导单元24转换成可推动导磁构件进行旋转的外力以推动导磁构件进行旋转。各磁性体随导磁构件旋转而改变磁芯中的磁通量，并且，与磁芯耦合的各线圈可感应出感应电动势输入至电力转换模组，接着电力转换模组将感应电动势转换成电源以驱动发光单元22发光。

另一方面，当使用者停止施予的正向力F时，磁性体和磁芯间会相互吸引使磁性体恢复原位而使磁通量再次变化，因此线圈能再感应此变化而产生感应电动势作为发光单元22的电源。

请注意，上述具体实施例所产生的感应电动势，于实务中因可穿戴物品所包含的发光单元种类可能不同，例如，发光二极管或雷射二极管，故一次磁通量变化所产生的感应电动势可能不足以驱动发光单元发光。因此，于实务中，可于发电装置中另外设置电能储存单元，例如，电容，待产生若干次感应电动势并将其累积至足以驱动发光单元发光的电能后再输出至发光单元以驱动其发光。

请一并参阅图5以及图9，图9显示了根据本发明的一具体实施例的电力转换模组3的示意图。本具体实施例的电力转换模组3系用于如图5所示的发电装置中。如图9所示，电力转换模组包含二极管30、电容C以及电阻R，其中，两个二极管30分别电连接第一线圈16以及第二线圈18，电容C以及电阻R形成一RC电路并电连接两个二极管30。于实务中，二极管30的数量可根据线圈的数量而定，并不受限于本具体实施例。

于本具体实施例中，第一线圈16以及第二线圈18感应磁芯(如图5的磁芯14)的磁通量变化所产生的感应电动势分别对上述电路结构输出一电流，并且电流经由二极管30以及RC电路的整流及滤波后输出发光单元4，进而驱动发光单元4发光。藉此，电力转换模组可将线圈的感应电动势转换成电源(电流)输入至发光单元，以驱动发光单元发光。

相较于先前技术，本发明的可穿戴物品利用导磁构件、磁性体、磁芯以及线圈等单元将使用者于活动时对可穿戴物品施予的外力转换为其发光单元发光或其他电子元件运作所需的电源。由于其发电方式是利用使用者原本穿戴此可穿戴物品即会进行的活动所施予的力(例如，使用者穿戴慢跑鞋慢跑)转换为电源，而替代了先前技术以有限电力的电池作为电源的方式，因此，本发明可有效避免先前技术的缺点。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (20)

1.一种用于可穿戴物品的发电装置，该发电装置包含：

一传导单元，设置于该可穿戴物品中，该传导单元用以转换该可穿戴物品所接收的一外力为一驱动力；

一磁芯，设置于该可穿戴物品中，该磁芯具有一第一端；

一第一线圈，耦合至该磁芯；

一导磁构件，设置于该可穿戴物品中并连接该传导单元，该导磁构件是用以接受该驱动力并藉由该驱动力相对该第一端运动；

一第一磁性体，设置于该导磁构件上；以及

一电力转换模组，耦接该第一线圈；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生一磁通量变化，并且该第一线圈感应该磁通量变化而产生一第一感应电动势，该电力转换模组转换该第一感应电动势为一电源。

2.如权利要求1所述的发电装置，其中该外力与该驱动力的方向相异。

3.如权利要求1所述的发电装置，其中该电力转换模组耦接该可穿戴物品中的一发光单元，并且该电力转换模组提供该电源至该发光单元以驱动该发光单元发光。

4.如权利要求3所述的发电装置，其中该电力转换模组包含：

一二极管，电连接该第一线圈；

一电容，电连接该二极管以及该发光单元；以及

一电阻，电连接该二极管以及该发光单元，该电阻与该电容形成一RC电路；

其中，该第一线圈感应该磁通量变化所产生的该第一感应电动势透过该二极管以及该RC电路形成一电流驱动该发光单元发光。

5.如权利要求1所述的发电装置，进一步包含：

一第二线圈，耦合至该磁芯；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生该磁通量变化，并且该第二线圈感应该磁通量变化而产生一第二感应电动势。

6.如权利要求5所述的发电装置，其中该第一线圈的线圈匝数相同于该第二线圈的线圈匝数。

7.如权利要求1所述的发电装置，进一步包含：

一第二磁性体，设置于该导磁构件上并相对于该第一磁性体，并且该第二磁性体邻近该磁芯的一第二端；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体以及该第二磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生该磁通量变化，并且该第一线圈感应该磁通量变化而产生该第一感应电动势。

8.如权利要求7所述的发电装置，进一步包含：

一第二线圈，耦合至该磁芯；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体以及该第二磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生该磁通量变化，并且该第二线圈感应该磁通量变化而产生一第二感应电动势。

9.如权利要求8所述的发电装置，其中该第一线圈的线圈匝数相同于该第二线圈的线圈匝数。

10.如权利要求1所述的发电装置，其中该导磁构件是用以接受该驱动力并通过该驱动力相对一轴心转动以带动该第一磁性体相对于该第一端移动。

11.一种可穿戴物品，包含：

一发电装置，包含：

一传导单元，设置于该可穿戴物品中，该传导单元用以转换该可穿戴物品所接收的一外力为一驱动力；

一磁芯，设置于该可穿戴物品中，该磁芯具有一第一端；

一第一线圈，耦合至该磁芯；

一导磁构件，设置于该可穿戴物品中并连接该传导单元，该导磁构件是用以接受该驱动力并藉由该驱动力相对该第一端移动；

一第一磁性体，设置于该导磁构件上；以及

一电力转换模组，耦接该第一线圈；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生一磁通量变化，并且该第一线圈感应该磁通量变化而产生一第一感应电动势，该电力转换模组转换该第一感应电动势为一电源。

12.如权利要求11所述的可穿戴物品，其中该外力与该驱动力的方向相异。

13.如权利要求11所述的可穿戴物品，进一步包含：

一发光单元，耦接该电力转换模组，该发光单元接受该电力转换模组所提供的该电源而发光。

14.如权利要求13所述的可穿戴物品，其中该可穿戴物品包含：

一二极管，电连接该第一线圈；

一电容，电连接该二极管以及该发光单元；以及

一电阻，电连接该二极管以及该发光单元，该电阻与该电容形成一RC电路；

其中，该第一线圈感应该磁通量变化所产生的该第一感应电动势透过该二极管以及该RC电路形成一电流驱动该发光单元发光。

15.如权利要求11所述的可穿戴物品，其中该发电装置进一步包含：

一第二线圈，耦合至该磁芯；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生该磁通量变化，并且该第二线圈感应该磁通量变化而产生一第二感应电动势。

16.如权利要求15所述的可穿戴物品，其中该第一线圈的线圈匝数相同于该第二线圈的线圈匝数。

17.如权利要求11所述的可穿戴物品，其中该发电装置进一步包含：

一第二磁性体，设置于该导磁构件上并相对于该第一磁性体，并且该第二磁性体邻近该磁芯的一第二端；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体以及该第二磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生该磁通量变化，并且该第一线圈感应该磁通量变化而产生该第一感应电动势。

18.如权利要求17所述的可穿戴物品，其中该发电装置进一步包含：

一第二线圈，耦合至该磁芯；

其中，当该导磁构件接受该驱动力而相对于该第一端运动时，该导磁构件带动该第一磁性体以及该第二磁性体相对于该第一端移动，致使该磁芯产生该磁通量变化，并且该第二线圈感应该磁通量变化而产生一第二感应电动势。

19.如权利要求18所述的可穿戴物品，其中该第一线圈的线圈匝数相同于该第二线圈的线圈匝数。

20.如权利要求11所述的可穿戴物品，其中该导磁构件是用以接受该驱动力并藉由该驱动力相对一轴心转动以带动该第一磁性体相对于该第一端移动。

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