CN105490316A - 一种电子手环及其充电方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种电子手环，包括手环本体和覆盖手环本体的外壳；手环本体为中空环状结构，手环本体内的空腔被三个或三个以上磁场隔离片分隔为三个或三个以上腔室，腔室中至少有两个为发电室且至少有一个为控制室；控制室内设有整流装置和DC-DC稳压装置；手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈，发电室内设有一磁性元件，磁性元件可在所在发电室内部空间自由运动；外壳中设有法拉电容；电子手环还包括用电装置，用电装置设于手环本体内腔室中非发电室的腔室或嵌于手环外壳；导电线圈与整流装置电连接，整流装置与DC-DC稳压装置电连接，DC-DC稳压装置与法拉电容电连接；整流装置还与用电装置电连接。

Description

一种电子手环及其充电方法和系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电子手环。

背景技术

智能手环是一种主要穿戴于手腕部位的可穿戴式智能设备，除了传统手表的时间指示或闹钟等基础功能之外，智能手环可为用户记录日常生活中的锻炼、睡眠和饮食等实时数据，并将这些数据与iOS或者Android设备同步，起到通过数据指导健康生活的作用；此外智能手环还可以提供GPS定位、影音娱乐、电子通讯等多种功能。

当前，为智能手环等便携式电子设备提供电能的主要是可充电锂电池，当锂电池电量耗尽后，用户需要使用导线以及其他电源连接为其进行充电，而这一充电过程往往需要消耗较长时间和电能，在充电期间便携式电子设备将因充电电源位置固定的限制而不便于便携使用；尤其当用户当前与充电电源距离较远或身边没有携带充电设备时，不能及时充电将导致电子设备无法使用。

现有技术中亦存在一些自发电充电设备，但多数发电效率底下、装置结构复杂、体积较大，不符合便携式或可穿戴电子设备的需求。

发明内容

为此，需要提供一种无需外加电源进行充电的可利用自身结构发电并充电、并且发电效率高、结构精简、体积微小的电子手环。

为实现上述目的，发明人提供了一种电子手环，包括手环本体和覆盖手环本体的外壳；

所述手环本体为环状结构，环状结构内有空腔，所述空腔被磁场隔离片分隔为至少两个腔室，所述腔室中至少有两个为发电室；

所述手环本体设有整流装置和DC-DC稳压装置；

所述手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈，发电室内设有一磁性元件，所述磁性元件可在所在发电室内部空间自由运动；

所述外壳中设有法拉电容；

所述电子手环还包括用电装置，所述用电装置嵌于手环外壳、嵌于手环本体、或设于手环本体内腔室中非发电室的腔室；

所述导电线圈与整流装置电连接，所述整流装置与DC-DC稳压装置电连接，所述DC-DC稳压装置与法拉电容电连接；所述整流装置还与用电装置电连接。

进一步地，所述的电子手环中，所述手环本体为中空的环状结构，其内空腔被四个磁场隔离片分隔为四个腔室，所述四个腔室之一为控制室，其余腔室为发电室，所述用电装置、整流装置和DC-DC稳压装置均设于控制室中。

进一步地，所述的电子手环中，所述控制室占手环本体内空腔总大小的比例不大于四分之一；三个发电室的大小相同。

进一步地，所述的电子手环中，所述外壳材质为硅胶、医用橡胶或形状记忆橡胶，外壳内设有矩阵形式排布的法拉电容阵列。

进一步地，所述的电子手环中，所述用电装置包括控制芯片、显示元件、通讯元件或蓄电池。

进一步地，所述的电子手环中，手环本体的断截面为矩形、梯形、圆形或椭圆形。

进一步地，所述的电子手环中，所述磁性元件为磁珠。

进一步地，所述的电子手环中，所述磁珠的直径小于手环本体的断截面的最大内切圆的直径。

进一步地，所述的电子手环中，所述磁场隔离片为形状与手环本体断截面形状吻合的铝制或铜质的片状结构。

发明人还提供了一种电子手环的充电方法，包括步骤：将上述的电子手环与电磁波发射设备接触至少三分钟，或与内置交流电圈的无线充电基座接触至少三分钟，所述电磁波发射设备或无线充电基座处于通电工作状态且功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。

发明人还提供了一种电子手环的充电系统，包括上述的电子手环以及电磁波发射设备或内置交流电圈的无线充电基座，所述电磁波发射设备或无线充电基座的功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。

区别于现有技术，上述技术方案提供的电子手环结构简单，体积微小，发电系统鲁棒性好、性能稳定，能量转换效率较高；能够免除用户更换或将电子手环摘下充电的过程，方便用户不间断地佩戴和使用电子手环；此外，在急需对手环快速充电时，可将所述电子手环与内置交流电圈的无线充电基座或电磁波发射装置接触并在5-10分钟的短时间内快速将电量充满，无需专门的导线或连接设备，且能量来源容易获得。

附图说明

图1为本发明一实施方式所述电子手环的横截面结构示意图；

图2为本发明一实施方式所述电子手环的电子元器件连接关系示意图；

图3为本发明一实施方式所述电子手环的立体结构示意图。

附图标记说明：

1-控制室

2-第一发电室

3-磁场隔离片

4-法拉电容

5-第二发电室

6-磁珠

7-导电线圈

8-第三发电室

9-控制电路板

10-硅胶外壳

11-整流装置

12-DC-DC稳压装置

13-用电装置

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1和图3，图1为本发明一实施方式所述电子手环的横截面结构示意图；图3为本发明一实施方式所述电子手环的立体结构示意图。所述电子手环包括手环本体和覆盖手环本体的硅胶外壳10；所述手环本体为中空环状结构，手环本体的断截面为矩形。手环本体内的空腔被四个磁场隔离片3分隔为四个腔室，四个腔室分别为：控制室1、第一发电室2、第二发电室5、第三发电室8；三个发电室的大小相同。所述磁场隔离片3为形状与手环本体断截面形状吻合的铝制片状结构，本实施方式中所述磁场隔离片3即为大小与手环本体断截面矩形相当的矩形铝片，所述磁场隔离片3与断截面平行地设于手环本体内空腔并固定连接与手环本体的环状结构内壁。

所述控制室1内设有整流装置11、DC-DC稳压装置12以及用电装置13中的部分器件。本实施方式中，所述电子手环的主要功能为电子手表，则用电装置13中的部分元器件如石英谐振器和集成电路设于控制室1内；液晶显示屏嵌于硅胶外壳10中并与集成电路电连接。

所述手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈7，各发电室内均设有一磁珠6，所述磁珠6的直径小于手环本体断截面的短边长，所以磁珠6可在所在发电室内部空间自由运动，同时也意味着，由每一发电室两端的磁场隔离片3限制了发电室内可供磁珠往返运动的行程。

所述硅胶外壳中设有法拉电容4，多个法拉电容4以矩阵形式排列，构成电容阵列。

请参阅图2，为本发明一实施方式所述电子手环的电子元器件连接关系示意图；所述导电线圈7与整流装置11电连接，所述整流装置11与DC-DC稳压装置12电连接，所述DC-DC稳压装置12与法拉电容4电连接；所述整流装置11还与用电装置13电连接。

本实施方式所述的电子手环中，硅胶外壳10中的法拉电容4阵列为蓄电放电装置，由于外壳体积受限，故将其设计为阵列可弯曲形式，与硅胶外壳10一体式环绕包裹在手环本体表面。导电线圈7和磁珠为6惯性充电装置，在人的手腕摆动时，磁珠6由于惯性会在每个发电室空腔内滚动，切割导电线圈7磁感线产生交流电流。交流电流通过导电线圈7接入整流装置11，整流装置11将交流电流整流为直流电流，而直流电流再通过DC-DC稳压装置12的稳压处理后输送给用电装置13。

研究表明，人类身体中，每天活动最频繁的关节就是手腕部的关节，故而本实施方式设计中采用的发电方式符合人体工程学原理，只要手部有动作发生(如走路时的摆动、写字、打字、刷牙洗脸等日常动作)，手环的三个发电室中的磁珠6都能敏锐地捕捉到能量并即时转换为电能进行存储，这种采集方式所采集到的能量相对于其他现有结构都要丰富，并且向电能的能量转换效率较高。

本实施方式中，手环本体为全中空的环状结构，也就是说手环本体内的空腔是一个完整的环状空腔。当然在某些其他实施方式中，手环本体也可以为部分中空的环状结构。但是，环状空腔的长度在很大程度上影响了发电室中磁珠6的行程，若环状空腔长度不足，则必然对发电效率和发电量产生限制。当手环本体为全中空时，可供发电室利用的空间是最大的，所以发明人认为全中空的环状结构是较优的实施方式。此外，本实施方式中，所述整流装置11与DC-DC稳压装置12设于控制室1中。其他某些实施方式中，所述整流装置11与DC-DC稳压装置12实际上也可能以注塑等方式嵌入手环本体内，即位于手环本体内非中空的部位，于是手环本体的空腔全部被发电室利用。

本实施方式中，手环本体内的空腔被四个磁场隔离片3分隔为四个腔室，四个腔室分别为：控制室1、第一发电室2、第二发电室5、第三发电室8；三个发电室的大小相同。在其他实施方式中，手环本体内的空腔也可以是被三个磁场隔离片3分隔为三个腔室，包括控制室1以及两个发电室。或者，手环本体内的空腔被五个或五个以上磁场隔离片3分隔为五个或五个以上腔室，多个腔室中有一个为控制室1，其余为发电室或单独用于放置用电装置的腔室。也就是说，用电装置可以设于电子手环中除了发电室之外的任何位置。

事实上，本实施方式中所采取的控制室和发电室数量的设计(1个控制室+3个发电室)所进行能量转换的系统冗余度和鲁棒性较之其他实施方式更高。因为在手部发生各种姿态变换时，如果只有一个发电室的话，将不可避免由于运动姿态而导致的磁珠6卡顿问题，而两个、三个或多个发电室则更容易保证发电室内的磁珠6在手部任意姿态任意运动状态下都能灵活移动，这在一方面保证了发电效率。而另一方面，如果发电室的数量大于三个时，虽然能够避免上述问题，但机械结构复杂化，并且每个磁珠6的平均行程随发电室数量的增加而相应缩短，会对转换效率有一定影响，且制造工艺的复杂也会使得生产成本相应增加，不利于产品化。此外，复杂性变高还可能降低系统的可靠性。所以，从理论上分析以及从实践上对产品实物进行考察，发明人认为每个手环本体内腔设有三个发电室的设计是相对较优的实施方式。

本实施方式中所述磁性元件为磁珠6，所述磁珠6可在所在发电室内部空间自由运动。磁性元件设置为球体有最佳的运动特性，当然在其他某些实施方式中磁性元件也可以是椭球状、块状或其他不规则形状，只要磁性元件的最大径小于空腔的最小径，即可在空腔内两片磁场隔离片所隔出的空间行程内自由运动，但非球体的其他形状不如球体滚动顺畅，且可能对内部结构造成冲击等磨损，所以磁性元件采用磁珠可能是一种较优的实施方式。

本实施方式中，所述手环本体的断截面为矩形，在其他实施方式中，所述手环本体的断截面还可以是圆形、梯形、椭圆形，甚至正六边形、正八边形等形状。由于手环本体的断截面的形状将对手环整体形状产生直接影响，设计手环外形时就决定了手环本体的断截面的大致形状。对于某些需要设计感的产品，可能断截面非圆形的设计能更满足需求，而对于常规通用的普通电子手环产品而言，断截面为矩形、梯形的环状从设计使用到加工制备都将会较为便利，实际手环产品形状较扁、佩戴时能比较贴合手部线条而不容易磕碰。

本实施方式中，覆盖手环本体的外壳为硅胶外壳10。作为与人体皮肤直接接触的结构，采用具有较好生物亲和力的硅胶不易引起皮肤过敏反应，且相对于某些材质如金属来说不易被空气氧化变质。此外，硅胶的质地也较柔软，佩戴感觉较为舒适。当然，其他实施方式中，外壳的材质也可以是医用橡胶或形状记忆橡胶等材料。医用橡胶材料常用于原料行业治疗疾病和置于人体内代替某些器官或组织，符合一定卫生标准，有NR、IIR、PU及硅橡胶等种类，除物理特性满足本发明所述电子手环的外壳需求之外，还可保证无毒和化学惰性，不引起过敏，抗老化性能好。形状记忆橡胶依靠弹性分子链的弹性来实现记忆，复原力小而复原率大、质量小、易加工、不生锈、电绝缘，能为电子手环提供额外的变形和形状记忆功能。

本实施方式中，所述用电装置13为为实现电子手表功能的各种电子元器件。在其他实施方式中，用电装置13还可以是可实现智能手环、智能手表所提供的各种功能的电子元器件如处理器、传感器、拍照及摄影设备、显示装置、通讯装置如卫星定位模块、蓝牙模块、wifi模块、红外模块、声波通讯模块等。

本实施方式中采用铝制磁场隔离3片这一电磁屏蔽装置起到隔离各个发电室磁场的作用，在其他实施方式中亦可采取其他磁场隔离装置达到这一目的，例如铜质隔离片、静电屏蔽装置或静磁屏蔽装置。

本发明另一实施方式披露了一种电子手环的充电系统，包括一电子手环以及一电磁波发射设备，所述电磁波发射设备的功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。所述电子手环包括手环本体和覆盖手环本体的外壳，外壳材质为硅胶、医用橡胶或形状记忆橡胶；所述手环本体为中空环状结构，手环本体内的空腔被三个或三个以上磁场隔离片分隔为三个或三个以上腔室，所述磁场隔离片为形状与手环本体断截面形状吻合的铝制片状结构；所述腔室中至少有两个为发电室且至少有一个为控制室；所述控制室内设有整流装置和DC-DC稳压装置；所述手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈，发电室内设有一磁性元件如磁珠，所述磁性元件可在所在发电室内部空间自由运动；所述外壳内设有矩阵形式排布的法拉电容阵列；所述电子手环还包括用电装置，所述用电装置包括控制芯片、显示元件、通讯元件或蓄电池。所述用电装置设于手环本体内腔室中非发电室的腔室或嵌于手环外壳；所述导电线圈与整流装置电连接，所述整流装置与DC-DC稳压装置电连接，所述DC-DC稳压装置与法拉电容电连接；所述整流装置还与用电装置电连接。

当所述电子手环因耗电过大或耗电过快而不及通过佩戴手环运动自身发电过程充电，或者用户急需对手环快速充电时，可将所述电子手环与所述电磁波发射设备接触，此时电子手环中的导电线圈亦会产生感应电流而进行充电，并且可在5-10分钟的短时间内快速将电量充满。

本发明另一实施方式披露了一种电子手环的充电系统，包括一电子手环以及一内置交流电圈的无线充电基座，所述无线充电基座的功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。

所述电子手环包括手环本体和覆盖手环本体的外壳，外壳材质为硅胶、医用橡胶或形状记忆橡胶；所述手环本体为中空环状结构，手环本体内的空腔被三个或三个以上磁场隔离片分隔为三个或三个以上腔室，所述磁场隔离片为形状与手环本体断截面形状吻合的铝制片状结构；所述腔室中至少有两个为发电室且至少有一个为控制室；所述控制室内设有整流装置和DC-DC稳压装置；所述手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈，发电室内设有一磁性元件如磁珠，所述磁性元件可在所在发电室内部空间自由运动；所述外壳内设有矩阵形式排布的法拉电容阵列；所述电子手环还包括用电装置，所述用电装置包括控制芯片、显示元件、通讯元件或蓄电池。所述用电装置设于手环本体内腔室中非发电室的腔室或嵌于手环外壳；所述导电线圈与整流装置电连接，所述整流装置与DC-DC稳压装置电连接，所述DC-DC稳压装置与法拉电容电连接；所述整流装置还与用电装置电连接。

当所述电子手环因耗电过大或耗电过快而不及通过佩戴手环运动自身发电过程充电，或者用户急需对手环快速充电时，可将所述电子手环与所述内置交流电圈的无线充电基座接触，此时电子手环中的导电线圈亦会产生感应电流而进行充电，并且可在5-10分钟的短时间内快速将电量充满。

发明人还提供了一种电子手环的充电方法，包括步骤：将一电子手环与电磁波发射设备接触至少三分钟，或与内置交流电圈的无线充电基座接触至少三分钟，所述电磁波发射设备或无线充电基座的功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。

所述电子手环包括手环本体和覆盖手环本体的外壳，外壳材质为硅胶、医用橡胶或形状记忆橡胶；所述手环本体为中空环状结构，手环本体内的空腔被三个或三个以上磁场隔离片分隔为三个或三个以上腔室，所述磁场隔离片为形状与手环本体断截面形状吻合的铝制片状结构；所述腔室中至少有两个为发电室且至少有一个为控制室；所述控制室内设有整流装置和DC-DC稳压装置；所述手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈，发电室内设有一磁性元件如磁珠，所述磁性元件可在所在发电室内部空间自由运动；所述外壳内设有矩阵形式排布的法拉电容阵列；所述电子手环还包括用电装置，所述用电装置包括控制芯片、显示元件、通讯元件或蓄电池。所述用电装置设于手环本体内腔室中非发电室的腔室或嵌于手环外壳；所述导电线圈与整流装置电连接，所述整流装置与DC-DC稳压装置电连接，所述DC-DC稳压装置与法拉电容电连接；所述整流装置还与用电装置电连接。

当所述电子手环因耗电过大或耗电过快而不及通过佩戴手环运动自身发电过程充电，或者用户急需对手环快速充电时，可将所述电子手环与所述内置交流电圈的无线充电基座接触，此时电子手环中的导电线圈亦会产生感应电流而进行充电，并且可在5-10分钟的短时间内快速将电量充满。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电子手环，包括手环本体和覆盖手环本体的外壳；

所述手环本体为环状结构，环状结构内有空腔，所述空腔被磁场隔离片分隔为至少两个腔室，所述腔室中至少有两个为发电室；

所述手环本体设有整流装置和DC-DC稳压装置；

所述手环本体对应于每一发电室的区段外各绕有一导电线圈，发电室内设有一磁性元件，所述磁性元件可在所在发电室内部空间自由运动；

所述外壳中设有法拉电容；

所述电子手环还包括用电装置，所述用电装置嵌于手环外壳、嵌于手环本体、或设于手环本体内腔室中非发电室的腔室；

所述导电线圈与整流装置电连接，所述整流装置与DC-DC稳压装置电连接，所述DC-DC稳压装置与法拉电容电连接；所述整流装置还与用电装置电连接。

2.如权利要求1所述的电子手环中，所述手环本体为中空的环状结构，其内空腔被四个磁场隔离片分隔为四个腔室，所述四个腔室之一为控制室，其余腔室为发电室，所述用电装置、整流装置和DC-DC稳压装置均设于控制室中。

3.如权利要求2所述的电子手环中，所述控制室占手环本体内空腔总大小的比例不大于四分之一；三个发电室的大小相同。

4.如权利要求1或2所述的电子手环中，所述外壳材质为硅胶、医用橡胶或形状记忆橡胶，外壳内设有矩阵形式排布的法拉电容阵列。

5.如权利要求1或2所述的电子手环中，所述用电装置包括控制芯片、显示元件、通讯元件或蓄电池。

6.如权利要求1或2所述的电子手环中，手环本体的断截面为矩形、圆形或椭圆形。

7.如权利要求1或2所述的电子手环中，所述磁性元件为磁珠。

8.如权利要求7所述的电子手环中，所述磁珠的直径小于手环本体的断截面的最大内切圆的直径。

9.如权利要求1或2所述的电子手环中，所述磁场隔离片为形状与手环本体断截面形状吻合的铝制或铜质的片状结构。

10.一种电子手环的充电方法，包括步骤：将权利要求1-9中任一项所述的电子手环与电磁波发射设备接触至少三分钟，或与内置交流电圈的无线充电基座接触至少三分钟，所述电磁波发射设备或无线充电基座处于通电工作状态且功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。

11.一种电子手环的充电系统，包括如权利要求1-9中任一项所述的电子手环以及电磁波发射设备或内置交流电圈的无线充电基座，所述电磁波发射设备或无线充电基座的功率至少为0.5W，频率至少为400MHz。