CN108577015A - 一种用于穿戴式设备的发电装置和一种鞋底 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于穿戴式设备的发电装置和一种鞋底，该发电装置包括管状轨道、线圈和磁体，所述线圈固定缠绕在管状轨道的外围，所述磁体安装在管状轨道内，所述磁体与管状轨道的侧壁之间留有缝隙，所述管状轨道两端设有缓冲组件，所述管状轨道的内壁设有特氟龙层，所述线圈设有至少两个抽头；该鞋底包括鞋底本体、储能模块、整流模块、传感器以及若干个发电装置，任意一个发电装置的长度方向均与鞋底本体的长度方向平行或者形成一个小于10°的夹角。本发明的发电装置未采用易损部件，结构简单，可靠性强。本发明可以广泛应用于穿戴式设备领域。
Description
技术领域
本发明涉及穿戴式设备领域，尤其是一种用于穿戴式设备的发电装置和一种鞋底。
背景技术
随着技术迅速发展，可穿戴式设备以及其他使用微功率嵌入式处理器或传感器的使用日渐普遍，其功耗也有所降低。一些嵌入式处理器的休眠状态电流低至数微安乃至零点几个微安，工作状态电流也仅有数毫安，而部分专为可穿戴式设备等微型设备设计的数字信号输出型传感器，其工作电流也在零点几微安到数百微安不等。但由于微量能量俘获技术并未足够成熟，尽管微功耗嵌入式处理器及微型传感器的功耗大幅度下降，现有的可穿戴式设备及其他微型设备仍难以脱离电池供电，给使用带来一定不便的同时，产生的种类繁多的废弃电池也对环境构成了威胁，尤其是广泛用于长时间，微功率放电的氧化银纽扣电池以及一次性锂电池，在造成环境污染的同时，由于纽扣电池或其他小微型电池集中回收十分困难，还造成了贵金属以及日渐稀缺的锂元素资源的浪费。
国内外针对微量动能进行回收均有较多研究，现有的方式一般为采用压电晶体将振动、按压的动能转化为电能实现回收，也有基于电磁感应原理的。但压电晶体成本较高，且由于使用了薄片形的陶瓷材料，较为脆弱，寿命一般在数万次到数十万次之间，而现有的基于电磁感应原理发电的技术需要使用具有弹性的组件，不仅结构复杂而且可靠性低，例如微型弹簧等，在震动强烈或震动频繁的使用场景下，容易出现疲劳，机械强度下降等问题，损坏发电组件。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种结构简单且可靠性高的用于穿戴式设备的发电装置和一种具有结构简单且可靠性高的发电装置的鞋底。
本发明所采取的第一种技术方案是：
一种用于穿戴式设备的发电装置，包括管状轨道、线圈和磁体，所述线圈固定缠绕在管状轨道的外围，所述磁体安装在管状轨道内，所述磁体与管状轨道的侧壁之间留有缝隙，所述磁体的所述管状轨道两端设有缓冲组件，所述管状轨道的内壁设有特氟龙层，所述线圈设有至少两个抽头。
进一步，所述管状轨道为圆柱形管体，所述磁体为圆柱体或者为椭球体，所述磁体在长度方向上的截面直径小于管状轨道在长度方向上的截面直径，所述磁体的长度大于管状轨道在长度方向上的截面直径。
进一步，所述磁体为钕铁硼强磁。
进一步，所述线圈外设有磁屏蔽层。
进一步，所述磁屏蔽层外还设有防水层。
本发明所采取的第二种技术方案是：
一种鞋底，包括鞋底本体、储能模块、整流模块、传感器以及若干个发电装置，所述若干个发电装置的输出端均与整流模块的输入端连接，所述整流器的输出端与储能模块的输入端连接，所述储能模块的输出端与传感器的输入端连接，任意一个发电装置的长度方向均与鞋底本体的长度方向平行或者形成一个小于10°的夹角。
本发明发电装置的有益效果是：包括管状轨道、线圈和磁体，所述线圈固定缠绕在管状轨道的外围，所述磁体安装在管状轨道内，磁体在人体运动的带动下与相对于线圈发生相对运动，从而产生电能，所述磁体与管状轨道的侧壁之间留有缝隙，在磁体相对轨道侧壁相对运动时能够让空气产生流动，避免磁体两端存在压差而导致磁体不能流畅地在管状轨道中滑动，所述管状轨道两端设有缓冲组件，能够吸收一部分磁体撞击管状轨道两段时的动能，避免磁体撞击管状轨道时碎裂，所述管状轨道的内壁设有特氟龙层，特氟龙层能够给磁体提供一个光滑的接触面，使得磁体与管状轨道之间能够长期保持低摩擦力的状态，本发明的发电装置未采用易损部件，结构简单，可靠性强。
本发明鞋底的有益效果是：鞋底本体、储能模块、整流模块、传感器以及若干个发电装置，而所述发电装置包括管状轨道、线圈和磁体，所述线圈固定缠绕在管状轨道的外围，所述磁体安装在管状轨道内，磁体在人体运动的带动下与相对于线圈发生相对运动，从而产生电能，所述磁体与管状轨道的侧壁之间留有缝隙，在磁体相对轨道侧壁相对运动时能够让空气产生流动，避免磁体两端存在压差而导致磁体不能流畅地在管状轨道中滑动，所述管状轨道两端设有缓冲组件，能够吸收一部分磁体撞击管状轨道两段时的动能，避免磁体撞击管状轨道时碎裂，所述管状轨道的内壁设有特氟龙层，特氟龙层能够给磁体提供一个光滑的接触面，使得磁体与管状轨道之间能够保持低摩擦力的状态，本发明的发电装置未采用易损部件，结构简单，可靠性强，此外，本鞋底中任意一个发电装置的长度方向均与鞋底本体的长度方向平行或者形成一个小于10°的夹角，使得当鞋底跟随人体发生运动时，发电装置中的磁体能够相对于线圈进行往复运动，充分利用人体运动所带来的动能，能够使鞋底持续产生电能和进行数据采集。
附图说明
图1为本发明一种用于穿戴式设备的发电装置的横截面示意图；
图2为本发明一种用于穿戴式设备的发电装置的立体结构示意图；
图3为本发明一种鞋底的结构意图；
图4为本发明一种鞋底的模块框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1和图2，一种用于穿戴式设备的发电装置，包括管状轨道100、线圈200和磁体300，所述线圈200固定缠绕在管状轨道100的外围，所述磁体300安装在管状轨道100内，所述磁体300与管状轨道100的侧壁之间留有缝隙，所述管状轨道100两端设有缓冲组件400，所述管状轨道100的内壁设有特氟龙层500，所述线圈200设有至少两个抽头600。
其中，为了方便生产，缓冲组件400可以先贴合在盖子900上，再将盖子900安装在管状轨道100的两端。所述缓冲组件400可以采用海绵或者软塑料制成。本实施例设置缓冲组件400，能够避免磁体300因撞击管状轨道100的两端而碎裂，使得本实施例的发电装置更加耐用，可靠性更强。
特氟龙层500用于增加管状轨道100内部的光滑程度，特氟龙具有光滑的特性，特氟龙即使在磨损的情况下，仍然能够保持较高的光滑程度，一方面可以提升发电装置的发电效率，另一方面可以提升发电装置的寿命。
磁体300与管状轨道100的侧壁之间留有缝隙，可以在磁体300相对管状轨道100运动时，保证空气能够流动，从而避免磁体300由于管状轨道100两端的气压不同而损失大量动能。
本发明的工作原理为：当安装在穿戴式设备内的发电装置跟随人体运动时(例如随人的手脚往复摆动)，发电装置的运动速度发生周期性变化，由于磁体300与管状轨道100之间的摩擦力较小，且两者之间留有空隙，因此当发电装置的运动速度发生变化时，由于存在惯性，磁体300会相对于固定缠绕在管状轨道100外围的线圈200进行往复运动，从而使线圈持续产生感应电压，穿戴式设备的电子组件910可以通过线圈200的抽头600获取电能。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述管状轨道100为圆柱形管体，所述磁体300为圆柱体或者为椭球体，所述磁体的直径小于管状轨道的直径，所述磁体的长度大于管状轨道的直径。其中，若磁体为圆柱体，磁体的直径是指圆柱体的直径，磁体的长度是指圆柱体的高；若磁体的椭球体，则磁体的直径是指椭球体短轴，磁体的长度是指椭球体的长轴。如果磁体的长度小于管状轨道的直径，可能会导致磁体翻滚，若发生磁体翻滚，则无法保证磁场方向的一致性，使得发电装置的效率大打折扣，因此本实施例磁体与管状轨道之间的尺寸关系能够保证磁体不会翻滚。此外，磁体的形状采用圆柱体或者椭球体，能够有效地避免磁体在管状轨道中卡住，增加发电装置的可靠性。在本实施例中，圆柱体应该包括圆柱体的变体，例如将一个圆柱体的边角磨圆，形成一个圆角的圆柱体，那么这种情况也应当属于圆柱体的范畴。所述管状轨道和磁体采用横截面为圆形的形状，能够减少两者的接触面积，降低摩擦力。在另一些实施例中，所述管状轨道可以采用如六棱柱等棱柱形状，磁芯也可以采用与管状轨道形状相同的棱柱形。
进一步作为优选的实施方式，所述磁体为钕铁硼强磁。铝铁硼强磁能够产生较强的磁场，使得发电装置的发电效率更高。
参照图1和图2，进一步作为优选的实施方式，所述线圈200外设有磁屏蔽层700。在采用钕铁硼强磁作为磁体的情况下，穿戴式设备内的多个发电装置之间的磁体容易相互干扰(如相互吸引或排斥，阻碍磁体运动)，降低发电效率。同时钕铁硼强磁产生的磁场可能会干扰电子组件的正常工作，而在线圈外设置磁屏蔽层可以有效地防止上述情况的发生。所述磁屏蔽层可以采用坡莫合金制成，坡莫合金具有较强的磁屏蔽能力。
参照图1和图2，进一步作为优选的实施方式，所述磁屏蔽层700外还设有防水层800。本实施例设置防水层800，能够保证穿戴式设备局部进水的情况下维持正常发电。所述防水层可以用塑料制成。
本发明中的发电装置可以应用于鞋底、智能手环或者智能手表等穿戴式设备。
参照图3和图4，一种鞋底，包括鞋底本体M01、储能模块、整流模块、传感器以及若干个发电装置M02，所述发电装置M02为如图1和图2所示的用于穿戴式设备的发电装置，所述若干个发电装置的输出端均与整流模块的输入端连接，所述整流器的输出端与储能模块的输入端连接，发电装置的输出端具体指线圈的抽头，所述发电装置的输出端由至少两个抽头构成。所述储能模块的输出端与传感器的输入端连接。如图3所示，任意一个发电装置M02的长度方向均与鞋底本体的长度方向平行或者形成一个小于10°的夹角。
其中，发电装置的长度方向是指管状轨道的长度方向，鞋底的长度方向可以定义为鞋底放置在地面时，鞋底在水平面上的投影中相距最远的两点连线的方向(从鞋跟到鞋头或者从鞋头到鞋跟的方向均可)。本领域技术人员可以根据实际需要调整发电装置在鞋底中的朝向。优选地，各发电装置可以相互平行设置，并且平行于水平面。
在本实施例中，整流模块用于将发电装置输出的电能进行整流，由于磁芯运动是往复的，因此线圈中必然会产生两个方向的电流，此时，需要对发电装置输出的电流进行整流，所述整流模块可以采用二极管搭建而成或者采用现有的整流桥实现。
所述储能模块用于存储发电装置产生的电量，例如可以采用超级电容或者其他充电电池等。根据实际情况，本领域技术人员可以在储能模块中设置必要的电源管理IC。
所述传感器用于采集人体数据，传感器根据实际应用的不同，可以选用不同的传感器，如体温传感器、心跳传感器或者压力传感器等等。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种用于穿戴式设备的发电装置，其特征在于：包括管状轨道、线圈和磁体，所述线圈固定缠绕在管状轨道的外围，所述磁体安装在管状轨道内，所述磁体与管状轨道的侧壁之间留有缝隙，所述管状轨道两端设有缓冲组件，所述管状轨道的内壁设有特氟龙层，所述线圈设有至少两个抽头。
2.根据权利要求1所述的一种用于穿戴式设备的发电装置，其特征在于：所述管状轨道为圆柱形管体，所述磁体为圆柱体或者为椭球体，所述磁体的直径小于管状轨道的直径，所述磁体的长度大于管状轨道的直径。
3.根据权利要求1所述的一种用于穿戴式设备的发电装置，其特征在于：所述磁体为钕铁硼强磁。
4.根据权利要求1所述的一种用于穿戴式设备的发电装置，其特征在于：所述线圈外设有磁屏蔽层。
5.根据权利要求4所述的一种用于穿戴式设备的发电装置，其特征在于：所述磁屏蔽层外还设有防水层。
6.一种鞋底，其特征在于：包括鞋底本体、储能模块、整流模块、传感器以及若干个发电装置，所述发电装置为如权利要求1所述的用于穿戴式设备的发电装置，所述若干个发电装置的输出端均与整流模块的输入端连接，所述整流器的输出端与储能模块的输入端连接，所述储能模块的输出端与传感器的输入端连接，任意一个发电装置的长度方向均与鞋底本体的长度方向平行或者形成一个小于10°的夹角。
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