CN116808561A - 一种轮滑运动鞋 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮滑运动鞋，属轮滑运动鞋与新能源技术领域。主要包括鞋本体、轮支架、滚轮和轮轴，至少一个轮支架立壁的内外两侧装有发电单元和电路板，滚轮由轮体和轴套构成，轮体内嵌有激励器；发电单元由线圈、励磁体和内壳体构成，内壳体的底壁上设有同轴的内筒和外筒，内筒与外筒围成线圈槽，线圈槽为环形槽；线圈置于线圈槽内，励磁体置于内筒腔中；线圈的轴线与轮轴及滚轮的轴线平行；滚轮相对轮轴和轮支架转动时激励器与励磁体交替地靠近与分离并产生大小交替变化吸引力；激励器离开励磁体的过程中给励磁体施加转动力矩，励磁体快速自转且其两个磁极及磁场方向快速交替变化，切割磁力线并发电，电能经导线输送到电路板。

Description

一种轮滑运动鞋

技术领域

本发明属于轮滑运动鞋与新能源技术领域，具体涉及一种轮滑运动鞋。

背景技术

轮滑运动鞋已经逐渐成为人们休闲娱乐和健身的运动设施。为了提高轮滑运动鞋的智能性和操控性，人们越来越青睐于具有定位跟踪、速度监测、灯光或声音警示等功能的智能型轮滑运动鞋，而目前这类电控轮滑运动鞋的电能只能采用电池供应，无端地增加了鞋的体积和重量；最关键的是，在野外或长距离滑行时易因电池电量耗尽而丧失某些功能。因此，急需开发一种具有自行发电供电的轮滑运动鞋，不仅可以解决其自身智能系统的供电问题，还可为手机等便携式电子设备充电。

发明内容

本发明提出一种轮滑运动鞋，主要包括鞋本体、轮支架、滚轮和轮轴，鞋本体安装在轮支架横板上，滚轮套在轮轴上，轮轴安装在轮支架立壁上，轮支架立壁上安装有电路板和发电单元，发电单元由线圈、励磁体和内壳体构成。

滚轮由轮体和轴套构成，轮体套在轴套的外缘上，轮体经注塑方法套在轴套上，轮体内缘的凸环嵌入到轴套外缘上的环槽内；滚轮的轮体内镶嵌有激励器，轮体内镶嵌有一组长的或两组短的激励器，两组激励器分别均布在两个不同的轴截面上，两组激励器分别靠近轮体的左右两侧；激励器为立方体、柱体或球体，激励器由铁磁性材料制成，激励器的材料为铁、钴、镍等金属或永磁体；激励器为永磁体时，其磁极均沿轮体的轴向配置或均沿轮体的圆周方向布置；轮体的材料为橡胶或塑料，轴套为非铁磁性材料，轴套的材料为金属或高强度塑料。

激励器为永磁体且其磁极均沿轮体的轴向配置时，两组激励器中的两个轴向相邻的激励器的磁极配置方向相同，即所述两个激励器的异性磁极相对，同一组激励器中圆周方向相邻的两个激励器的磁极配置方向相反，即两个激励器的异性磁极位于轮体的同一个轴截面内。

激励器为永磁体且其磁极均沿轮体的圆周方向布置时，两组激励器中的两个轴向相邻的激励器的磁极配置方向相反，即所述两个激励器的异性磁极沿轮体的轴向相对，同一组激励器中圆周方向相邻的两个激励器的磁极配置方向相同，即两个激励器的异性磁极相互靠近。

轮轴由轴体及所述轴体两端的螺柱构成，轴体和螺柱为一体结构，轮轴的材料为非铁磁性材料。

滚轮经轴套孔裝在轮轴的轴体上并由两个内螺母轴向定位，滚轮可绕轴体自由转动；两个内螺母安装在轮轴两端的螺柱上并分别顶靠在轴体的两侧，滚轮位于两个内螺母之间且可与内螺母相对转动；轮轴经两个内螺母和两个外螺母安装在轮支架立壁上，轮轴两端的螺柱分别位于两个轮支架立壁的卡槽内，内螺母和外螺母将轮轴压接在轮支架立壁上。

至少一个轮支架立壁的内外两侧分别安装有发电单元和电路板，轮支架立壁与滚轮相邻的一侧为内侧，轮支架立壁远离滚轮的一侧为外侧；电路板安装在外壳体内，外壳体经螺钉安装在轮支架立壁的外侧；发电单元由线圈、励磁体和内壳体构成，线圈为环形结构，励磁体为球体，励磁体的材料为永磁体，内壳体的底壁上设有同轴的内筒和外筒，外筒的端部设有法兰，外筒比内筒长，内筒与外筒围成线圈槽，线圈槽为环形槽；线圈置于线圈槽内，励磁体置于内筒腔中；内壳体的法兰经螺钉安装在轮支架立壁上，内筒与轮支架立壁之间设有垫片，垫片将励磁体和线圈与轮支架立壁隔开；线圈的轴线与轮轴及滚轮的轴线平行。

本发明中，轴套、轮轴、轮支架、外壳体及内壳体的材料均为非铁磁性材料。

轮滑运动鞋组装后，激励器和励磁体的几何中心到轮轴轴线的距离相等，位于滚轮同一轴截面上的两个在圆周方向上相邻的激励器间的最小距离需满足：一个激励器与相邻一侧励磁体间的距离最近、作用力最大时，另一个激励器与所述的励磁体之间无相互作用力，即二者间的作用力为零。

人们穿戴轮滑运动鞋滑行时，滚轮相对轮轴和轮支架连续转动，激励器与励磁体交替地靠近与分离，激励器与励磁体间产生交替变化作用力；因励磁体为非固定的、可自由转动的球体，故激励器与励磁体间逐渐靠近及逐渐离开的过程中二者间均产生吸引力，激励器离开励磁体的过程中给励磁体施加转动力矩，励磁体快速自转且其两个磁极及磁场方向快速交替变化，线圈因切割磁力线而发电。

本发明中，发电单元产生的电能经导线输送到电路板，多个发电单元发电时分别采用独立的导线及整流桥输出到电路板；电路板上设有能量管理与存储单元、声控单元及信息发射单元。

本发明中，为获得较佳的发供电能力，线圈与励磁体的参数关系为：δ=T/D=0.6±0.4，η=V/D=2.25±0.75,β=U/D=1.3±0.7, 其中，D为励磁体直径， T、V和U分别为线圈的壁厚、外径和高度。

不同于现有电磁发电依靠激励器运动引起的磁场强度变化发电，本发明中发电单元发电主要是依靠励磁体自转改变磁场强度发电的，激励器的功能主要是驱动励磁体快速自转；本发明中，励磁体自转过程中磁场强度最大时的磁场方向与线圈轴线平行，线圈内磁场方向变化引起的磁场强度的变化梯度大且励磁体受激一次可产生多次转动、线圈多次切割磁力线，故发电能力强，输出电压高、电量大。

优势与特色：具有自发电功能，便于实现市区滑行的灯光和声音警示、以及野外滑行运动的定位跟踪，还可作为便携产品的电源；发电单元非接触拨动激励，结构及激励方式简单、机械可靠性高，一次激励可实现多次发电且磁力线梯度变化快，发电量电量大、输出电压高。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中轮滑运动鞋的系统构成简图；

图2是图1中的Y-Y剖视图；

图3是图2的X-X剖视图；

图4是本发明一个较佳实施例中激励器为轴向配置永磁体时的滚轮结构示意图；

图5是本发明一个较佳实施例中轮轴的结构示意图；

图6是本发明一个较佳实施例中线圈架的结构示意图；

图7是图6中右视图；

图8是本发明一个较佳实施例中激励器为周向配置永磁体时的滚轮结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种轮滑运动鞋，主要包括鞋本体D、轮支架B、滚轮A和轮轴C，鞋本体D安装在轮支架横板b1上，滚轮A套在轮轴C上，轮轴C安装在轮支架立壁b2上，轮支架立壁b2上安装有电路板p和发电单元E，发电单元E由线圈x、励磁体y和内壳体z构成。

滚轮A由轮体a1和轴套a2构成，轮体a1套在轴套a2的外缘上，轮体a1经注塑方法套在轴套a2上，轮体a1内缘的凸环a11嵌入到轴套a2外缘上的环槽内；滚轮A的轮体a1内镶嵌有激励器w，滚轮A的轮体a1内镶嵌有一组长的或两组短的激励器w，两组激励器w分别均布在两个不同的轴截面上，两组激励器w分别靠近轮体a1的左右两侧；激励器w为立方体、柱体或球体，激励器w由铁磁性材料制成，激励器w的材料为铁、钴、镍等金属或永磁体；激励器w为永磁体时，其磁极均沿轮体a1的轴向配置或均沿轮体a1的圆周方向布置；轮体a1的材料为橡胶或塑料，轴套a2为非铁磁性材料，轴套a2的材料为金属或高强度塑料。

激励器w为永磁体且其磁极均沿轮体a1的轴向配置时，两组激励器w中的两个轴向相邻的激励器w的磁极配置方向相同，即所述两个激励器w的异性磁极相对，同一组激励器w中圆周方向相邻的两个激励器w的磁极配置方向相反，即两个激励器w的异性磁极位于轮体a1的同一个轴截面内。

激励器w为永磁体且其磁极均沿轮体a1的圆周方向布置时，两组激励器w中的两个轴向相邻的激励器w的磁极配置方向相反，即所述两个激励器w的异性磁极沿轮体a1的轴向相对，同一组激励器w中圆周方向相邻的两个激励器w的磁极配置方向相同，即两个激励器w的异性磁极相互靠近。

轮轴C由轴体c1及所述轴体c1两端的螺柱c2构成，轴体c1和螺柱c2为一体结构，轮轴C的材料为非铁磁性材料。

滚轮A经轴套孔a3裝在轮轴C的轴体c1上并由两个内螺母f轴向定位，滚轮A可绕轴体c1自由转动；两个内螺母f安装在轮轴C两端的螺柱c2上并分别顶靠在轴体c1的两侧，滚轮A位于两个内螺母f之间且可与内螺母f相对转动；轮轴C经两个内螺母f和两个外螺母g安装在轮支架立壁b2上，轮轴C两端的螺柱c2分别位于两个轮支架立壁b2的卡槽内，内螺母f和外螺母g将轮轴压接在轮支架立壁b2上。

至少一个轮支架立壁b2的内外两侧分别安装有发电单元E和电路板p，轮支架立壁b2与滚轮A相邻的一侧为内侧，轮支架立壁b2远离滚轮A的一侧为外侧；电路板p安装在外壳体d内，外壳体经螺钉安装在轮支架立壁b2的外侧；发电单元E由线圈x、励磁体y和内壳体z构成，线圈x为环形结构，励磁体y为球体，励磁体y的材料为永磁体，内壳体z的底壁z1上设有同轴的内筒z3和外筒z2，外筒z2的端部设有法兰z6，外筒z2比内筒z3长，内筒z3与外筒z2围成线圈槽z5，线圈槽为环形槽；线圈x置于线圈槽z5内，励磁体y置于内筒腔z4中；内壳体z的法兰z6经螺钉安装在轮支架立壁b2上，内筒z3与轮支架立壁b2之间设有垫片h，垫片h将励磁体y和线圈x与轮支架立壁b2隔开；线圈x的轴线与轮轴C及滚轮A的轴线平行；轮支架B、外壳体d及内壳体z的材料均为非铁磁性材料。

轮滑运动鞋组装后，激励器w和励磁体y的几何中心到轮轴C轴线的距离相等，位于滚轮A同一轴截面上的两个在圆周方向上相邻的激励器w间的最小距离需满足：一个激励器w与相邻一侧励磁体y间的距离最近、作用力最大时，另一个激励器w与所述的励磁体y之间无相互作用力，即二者间的作用力为零。

人们穿戴轮滑运动鞋滑行时，滚轮A相对轮轴C和轮支架B连续转动，激励器w与励磁体y交替地靠近与分离，激励器w与励磁体y间产生交替变化作用力；因励磁体y为非固定的、可自由转动的球体，故激励器w与励磁体y间逐渐靠近及逐渐离开的过程中二者间均产生吸引力，激励器w离开励磁体y的过程中给励磁体y施加转动力矩，励磁体y快速自转且其两个磁极及磁场方向快速交替变化，线圈因切割磁力线而发电。

本发明中，发电单元E产生的电能经导线输送到电路板p，多个发电单元E发电时分别采用独立的导线及整流桥输出到电路板p；电路板p上设有能量管理与存储单元、声控单元及信息发射单元。

本发明中，为获得较佳的发供电能力，线圈x与励磁体y的参数关系为：δ=T/D=0.6±0.4，η=V/D=2.25±0.75,β=U/D=1.3±0.7, 其中，D为励磁体y的直径， T、V和U分别为线圈x的壁厚、外径和高度。

不同于现有电磁发电依靠激励器运动引起的磁场强度变化发电，本发明中发电单元E发电主要是依靠励磁体y转动改变磁场强度发电的，激励器w的功能主要是驱动励磁体快速自转；本发明中，励磁体y转动过程中磁场强度最大时的磁场方向与线圈轴线平行，线圈x内磁场方向变化引起的磁场强度的变化梯度大且励磁体y受激一次可产生多次转动、线圈x多次切割磁力线，故发电能力强，输出电压高、电量大。

Claims (2)

1.一种轮滑运动鞋，主要包括鞋本体、轮支架、滚轮和轮轴，鞋本体装在轮支架横板上，滚轮裝在轮轴上，轮轴装在轮支架立壁上，至少一个轮支架立壁的内外两侧分别安装有发电单元和电路板，滚轮由轮体和轴套构成，轮体经注塑方法套在轴套上，轮体内镶嵌有激励器，电路板上设有能量管理与存储单元、声控单元及信息发射单元，激励器由铁磁性材料制成，激励器为永磁体时，其磁极沿轮体的轴向或圆周方向布置；发电单元由线圈、励磁体和内壳体构成，内壳体装在轮支架立壁上，励磁体为用磁性的球体，内壳体的底壁上设有同轴的内筒和外筒，内筒与外筒围成线圈槽；其特征在于：线圈置于线圈槽内，励磁体置于内筒腔中；线圈的轴线与轮轴及滚轮的轴线平行；滚轮相对轮轴和轮支架转动时激励器与励磁体交替地靠近与分离并产生大小交替变化的作用力；激励器离开励磁体的过程中给励磁体施加转动力矩，励磁体快速自转且其两个磁极及磁场方向快速交替变化，励磁体受激一次可产生多次转动、线圈多次切割磁力线并发电，发电单元产生的电能经导线输送到电路板。

2.根据权利要求1所述的一种轮滑运动鞋，其特征在于：轮体的材料为橡胶或塑料，轴套、轮轴、轮支架及内壳体的材料均为非铁磁性材料。