CN104824941B - 一种带有救生功能的登山杖 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有自激供电和救生功能的登山杖，属于智能生活用品领域；磁铁组由磁铁与非磁性卡块组成，上、下蝶簧分别固定于上、下簧卡和上座、底座之间，线圈组绕在中空管外表面并用导线传输电能，磁铁组与中空管同心放置并固定形成产电组合，通过螺栓将其与外壳固定；粘接在电池上的电路板上有照明模块、GPS定位模块、应急模块；电池固定在仗头体上，有总开关、照明开关、一键报警开关的开关模组安装在仗头盖上壁，led灯夹持固定在仗头前部，杖头盖和杖头体通过粘结剂粘接，杖头通过螺纹与外壳相连接；特色与优势：使用登山杖过程中自发产生电能、登山杖无断电顾虑、输出电压恒定、无学习成本且功能完善、便携、适用多种场合的需求。
Description
技术领域
本发明属于生活用品领域，具体涉及一种带有救生功能的登山杖。
背景技术
随着人们生活水平的提高，包括远足、登山、攀岩等在内的户外运动越来越受欢迎；在拥抱大自然、挑战自我、锻炼毅志的同时，许多户外运动的爱好者也面临着被困、受伤、甚至因为得不到及时的营救而失去生命的风险；登山仗是驴友户外运动必不可少的装备，但现有的登山杖的功能较单一，仅仅是辅助行走的功能，在野外需额外携带手机等通讯装置，而户外地区手机讯号非常不稳定，若发生意外无法第一时间求救；因此，人们提出了多种形式的智能登山杖，如中国专利201410775368.5、201210148837.1等，上述登山杖虽解决了功能单一的问题，但其大弊端是依靠电池供电，当电池电量耗尽时将无法有效工作；因此，研究出一款具有自发电、带救生功能的登山杖具有现实意义。
发明内容
针对现有登山杖电池电量耗尽时无法有效工作和功能单一的弊端，本发明提出一种具有自发电、带救生功能的登山杖。采用的实施方案是：磁铁组由空心磁铁与非磁性卡块间隔安装在运动杆上而组成；带孔底座与中空管之间过盈配合相连接，磁铁组从中空管上端放入并穿过底座的中心孔，下蝶簧从运动杆底部套入后卡入底座的凹槽内，并通过在运动杆下用螺钉固定的下簧卡端对下蝶簧进行纵向限位；上座从运动杆上端穿入后叠在中空管的上端，上座与中空管的配合为间隙配合；上蝶簧从运动杆上端穿入并嵌入上座凹槽内，上簧卡通过螺栓和运动杆连接，与上座凹槽底面共同对上蝶簧进行纵向限位；线圈之间无间隔地绕在中空管外表面上，线圈两端接整流桥之后相互并联形成线圈组，上座和中空管上开有走线小孔，导线L3从小孔穿过并用线圈组产生的电能给电池充电；由磁铁组、线圈、中空管、弹簧和其它部件组成的产电组合从外壳的上端放入，上限位块和下限位块共同对产电组合进行限位，外壳上的上限位块有内螺纹孔，产电组合通过螺栓固定在外壳上；电路板上有照明模块、GPS定位模块、应急模块和信号发射模块，电路板用粘结剂粘接在电池上，电池则固定在仗头体上；仗头盖上有开关按钮可以嵌入的孔，有总开关、照明开关、一键报警开关的开关模组安装在仗头盖上壁，并导线L1与电路板相连；Led灯由杖头盖和杖头体夹持固定在仗头的前部，并通过导线L2与电路板相连接；杖头由杖头盖和杖头体通过粘结剂粘接而成；仗头底部有与外壳顶部外螺纹相配合的内螺纹，杖头通过螺纹和外壳相连接。
磁通量变化会使线圈产生感应电动势，磁铁组在中空管中震荡，每个线圈都产生感应电动势，机械能向电能转化；当登山杖在使用中被抬起，外壳受到手给它向上的拉力而向上移动，磁铁组相对于外壳向下移动，磁铁组由于惯性作用而保持原有静止状态，上蝶簧进一步被压缩，下蝶簧不受外力而处于放松状态，磁铁组的动能开始向上蝶簧的势能转化；当磁铁7-1、7-2、7-3开始离开初始位置(计为位置1)向下运动时，他们所直对着的线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量开始逐步同等的减少，线圈16-1d、16-2c、16-3c从初始的0磁通量开始逐步增加，当磁铁7-1的上表面与16-1d的下表面共面时(记为位置2)，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量变为最大值，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量变为0，磁铁组继续向下运动，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量开始逐步减少，线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量开始不断增加，最终，磁铁组到达其下端极限位置(记为位置3)，此时，上蝶簧被完全压平，线圈16-1d、16-2c、16-3c已经减为0，线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量则达到最大值；位置1到位置3，上蝶簧积蓄了大量的势能，位置3时，手提起登山杖到达最高点，手对外壳的力改为向下的推力，登山杖开始向下运动，由于惯性作用，磁铁组便开始离开位置3向上运动，位置3时磁通量达到最大的线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量开始减少，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量从0开始慢慢增加，当返回位置2的时候，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量为最大值，线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量减少为0，随着上蝶簧的恢复，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量开始减少，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量从0开始增加，当到达位置0时，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量已经减为0，而线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量达到最大值，由于物体的惯性作用，磁铁组将离开位置2继续向上运动，此后，下蝶簧开始受压收缩，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量开始减少，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量从0开始增加，当磁铁7-1的上表面和线圈16-1b的下表面共面时(记为位置0)，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量达到最大值，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量减为0，离开位置0后，磁铁组继续向上运动，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量开始减少，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量从0开始增加，当上蝶簧完全被压平时(记为位置-1)，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量减少为0，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量从达到最大值，此时登山杖已落地，外壳接触地面，由于惯性作用，磁铁组离开位置-1开始向下运动，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量开始减少，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量从0开始增加，当回到位置0时，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量减少为0，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量达到最大值，磁铁组通过位置0后继续下移，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量开始减少，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量从0开始增加，当回到位置1时，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量减少为0，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量达到最大值；磁铁组按位置1、位置2、位置3、位置2、位置1、位置0、位置-1、位置0、位置1这样顺序的移动一次叫做产电组合一个基本的发电循环(可理解为转子绕定子中心轴旋转一周)；磁铁组移动的过程中，线圈的磁通量不断地变化，线圈产生的电动势都经过整流桥后汇总，由导线输出给电池不断的充电；当总开关未闭合时，登山杖所有的功能都不能被实现，与普通拐杖无异；只有当总开关闭合时，才能使用照明、报警、发送位置信息等功能，总开关开启后位置信息发送功能将一直开启，间隔半小时记录一次时间与位置信息，并在有信号的时候发送至服务器，当闭合照明开关，led灯将被点亮；当登山杖持有者遇到危险的时候，按下一键报警开关，led灯将亮一秒暗一秒重复执行，并向服务器发送求救信号。
在本发明的上述工作过程中，为使登山杖工作时发电效率最佳，要求单个磁铁的高度h1与单个线圈的高度h2相等，即：h1＝h2；磁铁组上两个相邻磁铁之间的距离为L，为单个磁铁高度的2倍，也等于单个非磁性卡块的长度h3，即：L＝2h1＝h3；上、下磁铁对应的线圈数量为4个，中磁铁则对应3个线圈，可按照需求添加足够数量的磁铁，线圈依次无间隙地绕在中空管上；当磁铁组位于初始位置时，上磁铁的上端面和其所对应的第二个线圈的下端面共面，下磁铁的下端面和其所对应的第二个线圈的上端面共面，此时的位置记为位置1；若不计蝶簧自身的质量，上蝶簧起始承受拉力为：F＝3m1+2m2+2m3+m4，其中m1为单个磁铁的质量，m2为单个非磁性卡块的质量，m3为下簧卡和上簧卡的质量，m4为运动杆的质量，根据胡克定律知道材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系，上蝶簧受到拉力F后的总长度与下蝶簧的原长相等，即要求上蝶簧的原长要大于下蝶簧的原长，上蝶簧的刚度k1要大于下蝶簧的原刚度k2。
特色与优势：1.在登山杖一上一下的使用过程中不经意地产电并完成对电池的充电，无断电的烦恼；2.可根据不同的运动场合调节弹簧的刚度、磁铁以及与其对应的线圈的数量，适应性强；3.一个磁铁至少对应3个线圈，发电能力强，输出功率大，能满足大部分的用电需求4.定位、报警、照明等模块高度集成在登山杖内，功能丰富，能满足绝大部分人的大部分需求，而外出也只需要带一根登山杖，智能、便携；5.开启总开关后，在有信号的时实时发送你的位置，无信号的时候，先记录时间与位置信息，待有信号的时候一起发送。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中登山杖的结构示意图；
图2是本发明一个较佳实施例中顶部定位连接的示意图；
图3是本发明一个较佳实施例中底部定位连接的示意图；
图4是本发明一个较佳实施例中产电组合的结构示意图；
图5是本发明一个较佳实施例中开关模组的结构示意图；
图6是本发明一个较佳实施例中电路板的结构示意图；
具体实施方式
磁铁组18由空心磁铁7与非磁性卡块17间隔安装在运动杆8上而组成；带孔底座21与中空管5之间过盈配合相连接；磁铁组18从中空管5上端放入并穿过底座21的中心孔，下蝶簧22从运动杆8底部套入后卡入底座21的凹槽内，并通过在运动杆8下用螺钉固定的下簧卡9端对下蝶簧22进行纵向限位；上座4从运动杆8上端穿入后叠在中空管5的上端，上座4与中空管5的配合为间隙配合；上蝶簧15从运动杆8上端穿入并嵌入上座4凹槽内，上簧卡14通过螺栓和运动杆8连接，与上座4凹槽底面共同对上蝶簧15进行纵向限位；线圈16无间隔地绕在中空管5外表面上，线圈16两端接整流桥之后相互并联形成线圈组19，中空管5和上座4上有走线小孔，导线L3从小孔穿过并将线圈组19产生的电能传输至电路板12给电池13充电；由磁铁组18、线圈组19、中空管5、蝶簧和其它部件组成的产电组合20从外壳6的上端放入，上限位块6-1和下限位块6-2共同对产电组合20进行限位，上限位块6-1上有内螺纹孔，通过螺栓将产电组合20和外壳6固定在一起；电路板12上有照明模块12-1、gps定位模块12-2、应急模块12-3、信号发射模块12-4，电池13固定在仗头体3上，电路板12用粘结剂粘接在电池13上；仗头盖1上有开关可以按钮嵌入的按键孔，有总开关11-1、照明开关11-2、一键报警开关11-3的开关模组11安装在仗头盖1顶部，并通过导线L1与电路板12相连；Led灯2由杖头盖1和杖头体3夹持固定在仗头10的前部，并通过导线L2与电路板11相连接；杖头10由杖头盖1和杖头体3通过粘结剂连接而成；仗头10底部有与外壳6顶部外螺纹相配的内螺纹，杖头10通过螺纹和外壳6相连接。
磁通量变化会使线圈内产生感应电动势，磁铁组18在中空管5中震荡，每个线圈都产生感应电动势，机械能向电能转化；当登山杖在使用中被抬起，外壳6受到手给它向上的拉力而向上移动，磁铁组18相对于外壳6向下移动，磁铁组18由于惯性作用而保持原有静止状态，上蝶簧15进一步被压缩，下蝶簧22不受外力而处于放松状态，磁铁组18的动能开始向上蝶簧15的势能转化；当磁铁7-1、7-2、7-3离开初始位置(计为位置1)向下运动时，他们所直对着的线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量开始逐步同等的减少，线圈16-1d、16-2c、16-3c从初始的0磁通量开始逐步增加，当磁铁7-1的上表面与16-1d的下表面共面时(记为位置2)，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量变为最大值，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量变为0，磁铁组18继续向下运动，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量开始逐步减少，线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量开始不断增加，最终，磁铁组18到达其下端极限位置(记为位置3)，此时，上蝶簧15被完全压平，线圈16-1d、16-2c、16-3c已经减为0，线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量则达到最大值；位置1到位置3，上蝶簧15积蓄了大量的势能，位置3时，手提起登山杖到达最高点，手对外壳的力变为向下的推力，登山杖开始向下运动，由于惯性作用，磁铁组18便开始离开位置3向上运动，位置3时磁通量达到最大的线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量开始减少，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量从0开始慢慢增加，当返回位置2的时候，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量为最大值，线圈16-2a、16-3a、16-3d的磁通量减少为0，随着上蝶簧15的恢复，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量开始减少，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量从0开始增加，当到达位置0时，线圈16-1d、16-2c、16-3c的磁通量已经减为0，而线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量达到最大值，由于物体的惯性作用，磁铁组18将离开位置2继续向上运动，此后，下蝶簧22开始受压收缩，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量开始减少，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量从0开始增加，当磁铁7-1的上表面和线圈16-1b的下表面共面时(记为位置0)，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量达到最大值，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量减为0，离开位置0后，磁铁组18继续向上运动，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量开始减少，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量从0开始增加，当上蝶簧15完全被压平时(记为位置-1)，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量减少为0，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量从达到最大值，此时登山杖已落地，外壳接触地面，由于惯性作用，磁铁组18离开位置-1开始向下运动，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量开始减少，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量从0开始增加，当回到位置0时，线圈16-1a、16-1d、16-2c的磁通量减少为0，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量达到最大值，磁铁组18通过位置0后继续下移，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量开始减少，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量从0开始增加，当回到位置1时，线圈16-1b、16-2a、16-3a的磁通量减少为0，线圈16-1c、16-2b、16-3b的磁通量达到最大值；磁铁组18按位置1、位置2、位置3、位置2、位置1、位置0、位置-1、位置0、位置1这样顺序的移动一次叫做产电组合20一个基本的发电循环(可理解为转子绕定子中心轴旋转一周)；磁铁组18移动的过程中，线圈的磁通量不断地变化，线圈16产生的电动势都经过整流桥后汇总，由导线L3输出给电池13不断的充电；当总开关11-1未闭合时，登山杖所有的功能都不能被实现，与普通拐杖无异；只有当总开关11-1闭合时，才能使用照明、报警、发送位置信息等功能，总开关11-1开启后位置信息发送功能将一直开启，间隔半小时记录一次时间与位置信息，并在有信号的时候发送至服务器；当闭合照明开关11-2，led灯2将被点亮；当登山杖持有者遇到危险的时候，按下一键报警开关11-3，Led灯2将亮一秒暗一秒重复执行，并向服务器发送求救信号。
单个磁铁7的高度为h1，为使登山杖工作时发电效率最佳，要求单个磁铁7的高度h1等于单个线圈16的高度h2，即：h1＝h2；磁铁组18上两个相邻磁铁之间的距离为L，为单个磁铁7高度h1的2倍，也等于单个非磁性卡块17的长度h3，即：L＝2h1＝h3；上磁铁7-1、下磁铁7-3对应的线圈数量为4个，中磁铁7-2则对应3个线圈，可按照需求添加足够数量的磁铁，线圈16依次无间隙地绕在中空管5上；当磁铁组18位于初始位置时，上磁铁7-1的上端面和其所对应的第二个线圈的下端面共面，下磁铁7-3的下端面和其所对应的第二个线圈的上端面共面，此时的位置记为位置1；若不计蝶簧自身的质量，上蝶簧15起始承受拉力为：F＝3m1+2m2+2m3+m4，其中m1为单个磁铁7的质量，m2为单个非磁性卡块17的质量，m3为下簧卡9和上簧卡14的质量，m4为运动杆8的质量；根据胡克定律知道材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系，上蝶簧15受到拉力F后的总长度与下蝶簧22的原长相等，即要求上蝶簧15的原长要大于下蝶簧22的原长，上蝶簧15的刚度k1要大于下蝶簧22的原刚度k2。
Claims (1)
1.一种具有自激供电和救生功能的登山杖，其特征在于：磁铁组由空心磁铁与非磁性卡块间隔安装在运动杆上而组成；带孔底座与中空管之间过盈配合相连接，磁铁组从中空管上端放入并穿过底座的中心孔，下蝶簧从运动杆底部套入后卡入底座的凹槽内，并通过在运动杆下用螺钉固定的下簧卡端对下蝶簧进行纵向限位；带孔上座与中空管的配合为间隙配合，上座从运动杆上端穿入后叠在中空管的上端；上蝶簧从运动杆上端穿入并嵌入上座凹槽内，上簧卡通过螺栓和运动杆连接，与上座凹槽底面共同对上蝶簧进行纵向限位；线圈之间无间隔地绕在中空管外表面上，线圈两端接整流桥之后相互并联形成线圈组，上座和中空管上开有走线小孔，导线L3从小孔穿过并用线圈组产生的电能给电池充电；由磁铁组、线圈、中空管、弹簧和其它部件组成的产电组合从外壳的上端放入，上限位块和下限位块共同对产电组合进行限位，外壳上的上限位块上有内螺纹孔，产电组合通过螺栓固定在外壳上；电路板上有照明模块、gps定位模块、应急模块和信号发射模块，电路板用粘结剂粘接在电池上，电池则固定在仗头体上；仗头盖上有开关按钮可以嵌入的按键孔，有总开关、照明开关、一键报警开关的开关模组安装在仗头盖上壁，并导线L1与电路板相连；led灯由杖头盖和杖头体夹持固定在仗头的前部，并通过导线L2与电路板相连接；杖头由杖头盖和杖头体通过粘结剂粘接而成；仗头底部有与外壳顶部外螺纹相配合的内螺纹，杖头通过螺纹和外壳相连接；单个磁铁的高度为h1，中空管排布的单个线圈的高度h2需要和单个磁铁的高度相等，即：h1＝h2；磁铁组上两个相邻磁铁之间的距离为L，为单个磁铁高度的2倍，也等于单个非磁性卡块的长度h3，即：L＝2h1＝h3；上、下磁铁对应的线圈数量为4个，中磁铁则对应3个线圈，11个线圈依次无间隙地绕在中空管上；当磁铁组位于初始位置时，上磁铁的上端面和其所对应的第二个线圈的下端面共面，下磁铁的下端面和其所对应的第二个线圈的上端面共面，此时的位置记为位置1；若不计蝶簧自身的质量，上蝶簧起始承受拉力为：F＝3m1+2m2+2m3+m4，其中m1为单个磁铁的质量，m2为单个非磁性卡块的质量，m3为下簧卡和上簧卡的质量，m4为运动杆的质量；根据胡可定律知道材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系，上蝶簧受到拉力F后的总长度与下蝶簧的原长相等，即要求上蝶簧的原长要大于下蝶簧的原长，上蝶簧的刚度k1要大于下蝶簧的原刚度k2。
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