CN105896876A - 踏步做功穿戴发电机 - Google Patents

Abstract

一种踏步做功穿戴发电机，发电通道(1)安装在弹性桶(4)的法兰(4-1)上，由固定螺栓(2)固定，弹性桶(4)的弹性片(4-2)、桶底(4-3)套入在波形弹簧(5)内圆中，发电通道(1)的上位棱台轭铁(1-2a)与下位棱台轭铁(1-2b)小端相向安装，上位棱台轭铁(1-2a)与下位棱台轭铁(1-2b)之间安装隔磁平垫(1-5)，矩形永磁体(1-1a)N磁极与矩形永磁体(1-1b)S磁极相向安装在下位棱台轭铁的带定位凸矩形孔(1-2c)中，金属流体灌注在矩形永磁体(1-1a)N磁极与矩形永磁体(1-1b)S磁极相向安装的带定位凸矩形孔(1-2c)中，踏步做功时，金属流体在矩形永磁体(1-1a)、矩形永磁体(1-1b)与弹性桶(4)之间往复运动，往复运动的金属流体与矩形永磁体成切割磁力线效应，这种切割磁力线效应即形成电流输出。

Description

踏步做功穿戴发电机

技术领域

本发明涉及一种穿戴装配，特别是一种踏步做功穿戴发电机。

背景技术

自从2012年谷歌发布谷歌眼镜概念以来，各种可穿戴设备风起云涌，掀起了一场可穿戴设备风暴，且愈演愈烈，随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，智能穿戴设备种类逐渐丰富，穿戴式智能设备已经从概念走向商用化，谷歌眼镜、苹果手表、三星智能腕表、耐克的燃料腕带、传感器智能服装、太阳能充电背包等穿戴式智能设备大量涌现，智能穿戴技术已经渗透到健身、医疗、娱乐、安全、盲人引路、财务等众多领域。有预测，未来穿戴设备将传感器、轻巧且长续航供电电源、远程医疗数据技术三大科技产业将产生积极影响。针对穿戴设备高速发展，穿戴设备所需的长续航电源显得尤为重要，特别是军队单兵所需的电子信息化装备，战士长时间在室外执行任务，无处可以获得充电补充，携带能量大的电池势必带来体力负荷增大，踏步做功穿戴发电机为单兵装备提供了可以长续航时间供电的新技术。

与本发明技术目的相近的CN104009608A一种人体足部机械能发电装置，采用发电线圈匝组(2)，磁体活塞结构，这种固体运动结构公差配合要求高，在滥用条件下及其容易损坏；CN101721007B复合发电鞋，行走时，由于脚的摆动，磁球或磁滚柱在曲形非磁性绝缘管内滚动，线圈切割磁球或磁滚柱的磁力线实现发电，这种结构一旦出现磁球或磁滚柱滚动空间的绝缘管被踩踏变形，就会失效，而且这种布置在整个鞋底曲形非磁性绝缘管内，持续的受踩踏重力负荷是很容易发生变形的；CN 102488350A行走式发电磁疗鞋，行走的踩踏动作，使转子磁铁在外层线圈中旋转产生电流，和普通定转子发电机大致相同。CN200969905具有发电功能的鞋组，该技术方案采用条状永久磁铁，在绕有线圈内管在鞋底中水平方向布置，随着人的行走运动作水平方向滑移，通过这种滑移达到磁感效应产生电流。CN2011040533自动充电式电热保健鞋，该技术方案采用长方形永久磁铁，在绕有线圈的方形架子在鞋底中垂直方向布置，随着人的行走运动作垂直方向上下运动在绕有线圈的方形架子，通过这种上下运动于绕有线圈的方形架子达到磁感效应产生电流。上述三种技术方案都存在磁体与线圈之间刚性间隙配合问题，为了适应人体运动滥用条件，必须使配合间隙足够大，否则容易因配合间隙小，在滥用条件下线圈变型，线圈变型之后，运动的磁体就会因变型的线圈被卡住而失 效。但是，为了避免线圈变型被卡，将线圈与运动磁体之间刚性间隙足够大，线圈与运动磁体间隙越大励磁效率就会越低，大至一定的尺寸时，就不会有电流输出。

发明内容

本发明就是要针对现有各类适用于穿戴使用发电机的缺陷，提出一种踏步做功穿戴发电机，本发明踏步做功穿戴发电机克服前面所述的固体励磁的刚形体配合所存在的问题，采用金属流体与永磁体配合的技术方案，依据法拉第的电磁感应定律，磁场中的导体在垂直于磁场的方向运动时，在磁场和导体运动的正交方向上产生电场，如图15所示，金属流体通过左右分布两块矩形永磁体之间通道时，负载R、上下分布的导电电极有电流通过。两块矩形永磁体和导电电极即组成了发电通道，发电通道安装在弹性桶的法兰上，使发电通道与弹性桶的内容积组成一体密闭空间，当弹性桶的在弹性范围内升缩时，发电通道与弹性桶的内容积组成一体的密闭空间就会随着弹性桶的升缩变大或变小，发电通道与弹性桶相直通式安装，发电通道顶端安装踏板封盖，使得发电通道与弹性桶构成密封容器，弹性桶灌注金属流体物质。

所述的矩形永磁体、安装在上位棱台轭铁、下位棱台轭铁的带定位凸矩形孔中，两块矩形永磁体N磁极与S磁极相向对称安装，两块对称矩形永磁体由于上位棱台轭铁和下位棱台轭铁的带定位凸矩形孔的定位凸限位作用，使得两块矩形永磁体相向之间形成了金属流体通道矩形孔。导电电极安装在金属流体通道矩形孔内，相向安装，导电电极采用铜芯漆包线制造，漆包层是绝缘层。

所述的矩形永磁体是长方体，轴向是长方型，S磁极、N磁极位于轴向是长方型长轴方向。上位棱台轭铁与下位棱台轭铁之间安装隔磁板。

所述的隔磁平垫采用铁氧体磁粉混于聚合物制造。

所述的弹性桶，由法兰、弹性片、桶底组成，弹性片外圆与弹性片内圆之间是弹性片凸弧，相邻弹性片的弹性片外圆焊接连接密封结构、相邻弹性片的弹性片内圆同样焊接连接密封结构，组成管型弹性结构，一端焊接法兰、另一端焊接桶底，组成弹性桶。弹性片凸弧，构成弹性片的弹性变形功能结构，弹性片外圆与弹性片内圆之间的长度是变形区，弹性片外圆与弹性片内圆之间的长度越大，可变形范围越大，弹性桶长度方向增长的长度也就越大，且弹性桶容积增加就越大。当弹性桶受到压缩时，弹性桶长度减小，弹性桶容积减小，当弹性桶卸压缩时，弹性桶长度增长，弹性桶容积增大。

所述的弹性片采用不锈钢sus316或不锈钢AM350材料制造。

发电通道安装在弹性桶的法兰上，当踏板封盖被踏步做工时，弹性桶受到压缩时，弹性桶长度减小，弹性桶容积减小，弹性桶内的金属流体上升，进入发电通道的金属流体通道矩 形孔，踏步移开时，弹性桶卸压缩，弹性桶长度增长，弹性桶容积增大，发电通道内的金属流体回流至弹性桶增大容积内，灌注在弹性桶内金属流体弹性桶受压缩进入金属流体通道矩形孔，弹性桶卸压缩时从金属流体通道矩形孔回落至弹性桶内。

当踏步连续重复做工时，金属流体通道矩形孔内的金属流体往复运动于金属流体通道矩形孔和弹性桶内，往复运动的金属流体在矩形永磁体和矩形永磁体之间形成切割磁力线效应，矩形永磁体和矩形永磁体法拉第效应的电磁感应，这种切割磁力线效应即形成电流输出。

为了避免弹性桶被压缩至极限影响弹性桶的使用寿命，弹性桶套入在波形弹簧内圆中，波形弹簧的工作高度限制了弹性桶被压缩范围。

所述的金属流体是铟镓合金，24％铟76％镓组成的合金，在室温下是液体。

本发明踏步做功穿戴发电机克服前面所述的固体励磁的刚形体配合所存在的问题，采用金属流体与永磁体配合的技术方案，通过弹性桶变容积技术，波形弹簧缓冲保护技术，踏步做功穿戴发电机安装在鞋底部位，适应在滥用条件下长期使用，特别是军队信息化装备所需的长续航时间供电的新技术有着重要的意义。

附图说明

图1是本发明踏步做功穿戴发电机主视图，图中，1发电通道、2固定螺栓、3踏板封盖、4弹性桶，桶内灌注金属流体，5波形弹簧、6弹簧座。

图2是本发明踏步做功穿戴发电机的发电通道主视图，图中，1-2a是上位棱台轭铁、1-2b是下位棱台轭铁、1-5隔磁平垫。

图3是图2的仰视图，图中，1-1a矩形永磁体、1-1b矩形永磁体、1-3a导电电极、1-3b导电电极、1-4金属流体通道矩形孔。

图4是图3的B-B剖视图，图中，1-2a上位棱台轭铁、1-2b是下位棱台轭铁、1-5隔磁平垫、1-4金属流体通道矩形孔、1-3b导电电极。

图5是图3A-A剖视图，图中，1-1a矩形永磁体、1-1b矩形永磁体、1-2a上位棱台轭铁、1-2b是下位棱台轭铁、1-3a导电电极、1-3b导电电极、1-4金属流体通道矩形孔、1-5隔磁平垫。

图6是图2C-C剖视图，图中，1-1a矩形永磁体、1-1b矩形永磁体、1-2b是下位棱台轭铁、1-3a导电电极、1-3b导电电极、1-4金属流体通道矩形孔。

图7是棱台轭铁示意图，图7中，1-2k固定螺栓孔、1-2c带定位凸矩形孔、1-2m定位凸。

图8是图7的D-D剖视图

图9是矩形永磁体外形示意图

图10是图9的左视图，图中S极与N极沿长轴布置

图11是弹性桶结构示意图，图中，4-1法兰、4-2弹性片、4-3桶底。

图12是弹性片示意图

图13是图12E-E剖视图，图中，4-2a弹性片外圆、4-2b弹性片内圆、4-2c弹性片凸弧。

图14是发电通道3D示意图，图中，1-1a矩形永磁体、1-1b矩形永磁体、1-2a上位棱台轭铁、1-2b是下位棱台轭铁、1-3a导电电极、1-3b导电电极、1-4金属流体通道矩形孔、1-5隔磁平垫。

图15是本发明踏步做功穿戴发电机的电通道原理图，图中，1-1a矩形永磁体、1-1b矩形永磁体、1-3a导电电极、1-3b导电电极、R负载。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明

如图1所示，发电通道1安装在弹性桶4的法兰4-1上，由固定螺栓2锁紧固定，弹性桶4的弹性片4-2、桶底4-3套入安装在波形弹簧5内圆中，波形弹簧5套入安装在波形弹簧座6内。波形弹簧5能起到缓冲弹性桶4受压缩，从而起到保护弹性桶4的作用。发电通道1安装在弹性桶4相互垂直安装，踏板封盖3安装于顶端。

所述的发电通道1由矩形永磁体1-1a、矩形永磁体1-1b、上位棱台轭铁1-2a、下位棱台轭铁1-2b、导电电极1-3a、导电电极1-3b、金属流体通道矩形孔1-4、隔磁平垫1-5组成。

如图2所示，上位棱台轭铁1-2a与下位棱台轭铁1-2b小端相向安装，上位棱台轭铁1-2a与下位棱台轭铁1-2b之间安装隔磁平垫1-5。

所述的隔磁平垫1-5采用铁氧体磁粉混于聚合物制造。

如图3、图4所示，矩形永磁体1-1a、矩形永磁体1-1b安装在上位棱台轭铁1-2a、下位棱台轭铁1-2b的带定位凸矩形孔1-2c中，矩形永磁体1-1aN磁极与矩形永磁体1-1bS磁极相向安装。由于上位棱台轭铁1-2a、下位棱台轭铁1-2b的带定位凸矩形孔1-2c的定位凸1-2m隔离矩形永磁体1-1a、矩形永磁体1-1b安装限位，使得矩形永磁体1-1a、矩形永磁体1-1b相向之间形成了金属流体通道矩形孔1-4。

导电电极1-3a、导电电极1-3b固定在金属流体通道矩形孔1-4内，相向安装在矩形永磁体1-1a、矩形永磁体1-1b左右两侧，导电电极1-3a、导电电极1-3b采用铜芯漆包线制造，漆包层是绝缘层。

如图7、图8所示，上位棱台轭铁1-2a和下位棱台轭铁1-2b的带定位凸矩形孔1-2c的定位凸1-2m，限位矩形永磁体1-1a和矩形永磁体1-1b的安装位置，使得矩形永磁体1-1a 和矩形永磁体1-1b之间形成金属流体通道矩形孔1-4。

如图9所示，矩形永磁体1-1a和矩形永磁体1-1b是条形矩形体，如图10所示，条形矩形体的轴向是长方型，S磁极、N磁极位于轴向是长方型长轴方向。

如图11、图12、图13所示，弹性桶4，由法兰4-1、弹性片4-2、桶底4-3组成，弹性片外圆4-2a与弹性片内圆4-2b之间是弹性片凸弧4-2c，相邻弹性片4-2的弹性片外圆4-2a焊接连接密封结构、相邻弹性片4-2的弹性片内圆4-2b焊接连接密封结构组成管型弹性结构，弹性片凸弧4-2c构成弹性片4-2的弹性变形结构，弹性片外圆4-2a与弹性片内圆4-2b之间的长度是变形区，弹性片外圆4-2a与弹性片内圆4-2b之间的长度越大，可变形范围越大，可变形范围越大，弹性桶4长度方向增长的长度就越大，弹性桶4长度方向增长的长度就越大，弹性桶4容积增加就越大。当弹性桶4受到压缩时，弹性桶4长度减小，弹性桶4容积减小，当弹性桶4卸压缩时，弹性桶4长度增长，弹性桶4容积增大。

所述的弹性片4-2采用不锈钢sus316或不锈钢AM350材料制造。

如图1、图14所示，发电通道1安装在弹性桶4的法兰4-1上，当踏板封盖3被踏步做工时，弹性桶4受到压缩时，弹性桶4长度减小，弹性桶4容积减小，弹性桶4内的金属流体上升，进入发电通道1的金属流体通道矩形孔1-4，踏步移开时，弹性桶4卸压缩，弹性桶4长度增长，弹性桶4容积增大，弹性桶4内的金属流体回流至弹性桶4增大容积内，进入发电通道1的金属流体通道矩形孔1-4内的金属流体流出金属流体通道矩形孔1-4。

当踏步连续重复做工时，金属流体通道矩形孔1-4内的金属流体往复运动于金属流体通道矩形孔1-4和弹性桶4内，往复运动的金属流体在矩形永磁体1-1a和矩形永磁体1-1b之间形成切割磁力线效应，矩形永磁体1-1a和矩形永磁体1-1b法拉第效应的电磁感应，这种切割磁力线效应即形成电流输出。

如图2、图4、图5、图13所示，电流输出通过导电电极1-3a、导电电极1-3b输出至负载。

所述的金属流体是铟镓合金，24％铟76％镓组成的合金，在室温下是液体。

Claims (3)

1.一种踏步做功穿戴发电机包括发电通道(1)、固定螺栓(2)、踏板封盖(3)、弹性桶(4)桶内灌注金属流体，波形弹簧(5)、弹簧座(6)，其特征是，发电通道(1)安装在弹性桶(4)的法兰(4-1)上，由固定螺栓(2)锁紧固定，弹性桶(4)的弹性片(4-2)、桶底(4-3)套入安装在波形弹簧(5)内圆中，波形弹簧(5)套入安装在波形弹簧座6内。

2.按权利要求1所述的踏步做功穿戴发电机，其特征是，发电通道(1)包括矩形永磁体(1-1a)、矩形永磁体(1-1b)、上位棱台轭铁(1-2a)、下位棱台轭铁(1-2b)、导电电极(1-3a)、导电电极(1-3b)、金属流体通道矩形孔(1-4)、隔磁平垫(1-5)，上位棱台轭铁(1-2a)与下位棱台轭铁(1-2b)小端相向安装，上位棱台轭铁(1-2a)与下位棱台轭铁(1-2b)之间安装隔磁平垫(1-5)，矩形永磁体(1-1a)、矩形永磁体(1-1b)安装在上位棱台轭铁(1-2a)、下位棱台轭铁(1-2b)的带定位凸矩形孔(1-2c)中，矩形永磁体(1-1a)N磁极与矩形永磁体(1-1b)S磁极相向安装，所述的隔磁平垫(1-5)采用铁氧体磁粉混于聚合物制造。

3.按权利要求1所述的踏步做功穿戴发电机，其特征是，弹性桶(4)，由法兰(4-1)、弹性片(4-2)、桶底(4-3)，弹性片外圆(4-2a)与弹性片内圆(4-2b)之间是弹性片凸弧(4-2c)，相邻弹性片(4-2)的弹性片外圆(4-2a)焊接连接密封结构、相邻弹性片(4-2)的弹性片内圆(4-2b)焊接连接密封结构组成管型弹性结构，所述的弹性片(4-2)采用不锈钢sus316、不锈钢AM350其中一种材料制造。