一款運動發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護腰

馬騫

摘 要：現(xiàn)代人群長期處在高壓的生活和工作環(huán)境下，易產(chǎn)生身體疾病，尤其是腰椎，膝蓋等部位極易受到磨損和風(fēng)寒的折磨。很多商家生產(chǎn)了以加熱為理療方式的護膝護腰，本文查閱了當(dāng)前的護腰產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品都無法調(diào)節(jié)溫度，為滿足不同人群需求，選用低壓溫控開關(guān)實現(xiàn)了溫度調(diào)節(jié)。另外本文采用運動發(fā)電，節(jié)省能源，提高了續(xù)航能力。同時本設(shè)計可拆分為兩節(jié)，用作護膝使用，擴展了實用性。

關(guān)鍵詞：護腰;溫度調(diào)節(jié);運動發(fā)電;可拆分

中圖分類號：A41D13 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0087-02

0 引言

近年來人民生活水平日益升高，人們對個人身體健康越來越重視，各類保養(yǎng)保健產(chǎn)品層出不窮，因為當(dāng)代人群生活壓力大，節(jié)奏快，使得人們的身體和精神長期處于非健康的狀態(tài)。目前，大部分人都或多或少有些身體問題，尤其頸、肩、腰椎、膝蓋等，容易受到運動、風(fēng)寒等損傷。現(xiàn)在許多治療儀器以加熱產(chǎn)生的熱量對受損部位理療，其中最為普遍的輔助治療儀器為護膝和護腰，以其造價低、具有支撐性能和加熱效果、便攜等優(yōu)勢而廣受歡迎。由于護腰需長時間的佩戴，考慮到成本，所用的存儲電池?zé)o法支撐長時間的消耗，故本文考慮了此點后，結(jié)合運動發(fā)電技術(shù)，設(shè)計了一款運動發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護腰[1]。

1 設(shè)計背景

1.1 市場現(xiàn)狀

現(xiàn)有的護腰功能較為單一，僅有支撐和加熱功能，且僅就加熱功能來講，目前的護腰加熱方式主要分磁力加熱和電力加熱兩種。磁力加熱的護腰不能控制溫度，容易產(chǎn)生發(fā)熱溫度過高，給人灼燒感的情況。電加熱的護腰需要充電，儲電裝置，老年人在佩戴和充電時可能因操作方式存在一定的安全隱患，且在外出時，其存在電量耗盡時便不再發(fā)熱的問題，不適于外出長期佩戴，而且其溫度無法調(diào)控，不能滿足不同人群對不同溫度的需求。

現(xiàn)有市場，通過運動發(fā)電對護膝護腰進行加熱的裝置尚不存在。當(dāng)前運動發(fā)電裝置的應(yīng)用主要集中在手搖式發(fā)電的充電寶、手動發(fā)電的手電筒等領(lǐng)域，但現(xiàn)在也有裝置在鞋底的運動發(fā)電裝置，說明了其可塑性，有更多的應(yīng)用可能。

1.2 技術(shù)背景

本文針對現(xiàn)在運動發(fā)電在護腰護膝領(lǐng)域的空白，將運動發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于本款護腰的設(shè)計。運動發(fā)電的本質(zhì)還是動能向電能的轉(zhuǎn)換，由運動產(chǎn)生的抖動或是擠壓產(chǎn)生的外在動力是一個單方向的力，該動力推動內(nèi)部磁性單元運動，帶動內(nèi)部線圈朝一個方向轉(zhuǎn)動切割磁場發(fā)電，但護腰的拉伸力是朝向左右兩個不同的方向，如何解決外力朝不同方向拉伸時，使發(fā)電機的齒輪切割磁場的線圈一直按同一方向運動，文獻[2]中彈性繩的操作給予了本作者啟發(fā)，具體可參考文獻[2]。

對于現(xiàn)在護腰缺少溫控裝置，本設(shè)計參考文獻[3]，采用低壓電子溫控實現(xiàn)本設(shè)計的溫度調(diào)節(jié)，經(jīng)功能檢測其控制精度能達到0.7上下的誤差，且在低壓12V就能正常工作。在安全性，由于該裝置是低壓控制的，最高溫度也不會超過37度，可以說對于使用者來說不存在設(shè)備故障而產(chǎn)生高溫?zé)齻说那闆r，非常的適于本品的設(shè)計。

2 產(chǎn)品設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

本發(fā)明旨在設(shè)計一種運動發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護腰，為解決現(xiàn)有護腰中不能晃動發(fā)電，只能定時充電;不能控溫，調(diào)溫;運動電熱材料不夠耐熱，損耗大且不夠安全的問題。

我們在加熱護腰時可采用箔式電熱片，箔電板較輕薄，使護腰質(zhì)量輕，較為柔韌，可滿足護腰貼合人體的需要，且箔電板可承受的電壓為1.2-380V，對電壓要求低，可解決動力發(fā)電電壓不穩(wěn)定的問題。為了解決發(fā)電的問題，我們添加了動力發(fā)電機，發(fā)電機整體采用較輕薄的材料。腰部或膝部運動產(chǎn)生牽拉時，大齒輪轉(zhuǎn)動帶動小齒輪轉(zhuǎn)動發(fā)電，此設(shè)計不但節(jié)能，同時也能敦促老人進行運動。為了解決溫控的問題，我們添加了低壓控溫的裝置，用LED屏顯示當(dāng)前溫度及設(shè)定溫度，與溫度調(diào)控裝置相連。且設(shè)有分別為SET、UP、DOWN的三個按鈕，可設(shè)定溫度，根據(jù)個人要求選擇合適的溫度。護腰內(nèi)部采用保溫材料，減少熱量的散失。與身體貼合的內(nèi)側(cè)采用尼龍布[4]制作，柔軟舒適且耐磨損，抗菌效果好。護腰也可拆分為兩小部分，用兩條拉鏈相連，兩小部分可分別作為護膝，提高了產(chǎn)品實用性。

2.2 設(shè)計方案

如圖1所示，作為運動發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護腰的整體圖包括護膝主體，LED屏顯示當(dāng)前溫度，下設(shè)三個溫度設(shè)置按鈕SET、UP、DOWN，可根據(jù)個人需求進行溫度的設(shè)定，此部分選用型號為XH-W1209的低壓溫控開關(guān)實現(xiàn)，該型號的低壓溫控開關(guān)體積小，采用中央處理芯片（MCU），可控制加熱和制冷繼電器，對溫度進行升降調(diào)控，工作電壓僅12V，消耗低。安全方面，設(shè)定了最高溫和最低溫設(shè)置上限限制，避免了誤操作導(dǎo)致溫度過高燒傷使用者，又避免了溫度過低發(fā)生冰堵的可能，可以說是非常的智能化和人性化，非常滿足本設(shè)計的需求。

圖2所示的為運動發(fā)電及加熱裝置的內(nèi)部構(gòu)造圖。運動發(fā)電裝置包括N，S極磁體，螺線管，大小齒輪，轉(zhuǎn)軸，大量的彈性較強的與非彈性繩，儲電的蓄電池。彈性較強的繩子可中和晃動而產(chǎn)生的拉力，而非彈性繩牽動齒輪轉(zhuǎn)動，通過二者結(jié)合，利用人行走時左右兩側(cè)上下擺動的產(chǎn)生的牽引力，使大齒輪朝同一方向（順時針）方向轉(zhuǎn)動。接著大齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動小齒輪跟著快速的轉(zhuǎn)動，而小齒輪通過轉(zhuǎn)軸與磁鐵線圈相連，從而帶動線圈在人體擺動時朝同一方向旋轉(zhuǎn)，切割由N，S極產(chǎn)生的磁場，由電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生感應(yīng)電流，為蓄電池供電，再由蓄電池為整個低壓溫控裝置供電[5]。本文設(shè)計之所以選用了可充電式蓄電池儲能，一方面是考慮到運動發(fā)電的低效率，可能由于使用者的低運動量，而導(dǎo)致電量不足，而失去了該護腰發(fā)熱理療的主要目的功能，充電式蓄電池的存在，可以完滿解決該問題。運動發(fā)電作為一種補充式電源，增加了該產(chǎn)品的續(xù)航能力。加熱裝置中使用的箔式電熱片，箔片電阻較小且加熱功率大，加熱效率高，且其可承受的電壓為1.2-380V，對電壓要求低，可解決動力發(fā)電電壓不穩(wěn)定的問題。

圖3為整體電路圖。本設(shè)計選用軟硅橡膠高溫線AGR，具有耐高溫和抗老化的特性，且材質(zhì)較軟，適合本設(shè)計加在護腰內(nèi)使用。將運動發(fā)電裝置，與低壓溫控裝置合理分配在兩部分的可拆護腰內(nèi)進行連接。由于本設(shè)計考慮到可拆分為兩部分作為護膝使用，所以，上述所以使用的裝置將設(shè)置為兩套可獨立運行的部分，此設(shè)計雖然增加了成本，可確同時可以作為護腰護膝使用，功能復(fù)用性提高。

2.3 產(chǎn)品效果

本文所設(shè)計的運動發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護腰，經(jīng)過上述的產(chǎn)品設(shè)計，能達到下述優(yōu)秀的性能：（1）采用運動發(fā)電，節(jié)約了能源，可促進中老年人的運動，延長了單次使用時間。（2）選用的箔式電熱片發(fā)熱效率高，消耗低。（3）尼龍面料舒適透氣，可長期使用，舒適度，產(chǎn)生磨損較小，使用時限長。（4）溫度設(shè)定的加入滿足了不同人群的特定需求。

3 結(jié)語

本文設(shè)計的運動發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護腰，為現(xiàn)代護腰產(chǎn)品增添了一抹色彩，豐富了護腰產(chǎn)品類型，為解決便攜式的長時間使用儲能不足提供了新的方案，將運動發(fā)電由手搖式發(fā)電的充電寶、手動發(fā)電的手電筒等領(lǐng)域引入了護腰帶領(lǐng)域，另外實現(xiàn)了護腰的溫度可調(diào)節(jié)功能，并提高了其實用性，將護腰護膝合二為一。

參考文獻

[1] 張世武.磁石自發(fā)熱護腰帶[外觀]CN201130330766.3[P].2011.

[2] 宋世壯，徐鵬鵬，李奧博.利用人體動能的電子產(chǎn)品輔助供電系統(tǒng)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2016（12）：87-87.

[3] 賈玉雙，魯萍，賈博深，et al.低壓電子溫控碳纖維嬰兒保暖被的制作與使用[J].護理學(xué)報，2013（21）.

[4]余徐南.一種高電性能低腐蝕性阻燃增強尼龍材料及其制備方法.CN 102115595 A[P].2011.

[5] 黃曉標(biāo)，熊小蘭.電生磁、磁生電演示儀[J].物理教師，2018（1）：56-57.