用于自发电腕戴式可穿戴设备的冲击能量采集器制造技术

公开了一种能够使用压电和/或电磁能量采集器从手腕运动中采集动能的可穿戴设备。设备的第一部分穿戴在用户身上，设备的第二部分可抵靠第一部分移动以增强移动振幅和频率。抵靠第一部分移动以增强移动振幅和频率。抵靠第一部分移动以增强移动振幅和频率。

【技术实现步骤摘要】
用于自发电腕戴式可穿戴设备的冲击能量采集器


[0001]本专利技术涉及可穿戴设备领域。特别地，本专利技术涉及能够从穿戴者的移动中产生电力的可穿戴设备。

技术介绍

[0002]智能手表和腕带等腕戴式(wrist
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worn)智能电子设备，如物联网设备，由于其多功能性以及在监测设备穿戴者的健康和安全方面的实用性，正变得越来越流行。这些可穿戴设备通常由具有有限电力存储容量的电化学电池供电。然而，这些电化学电池会造成严重的环境问题，可能影响人类和动物的健康。例如，如果电池在遗忘的设备中放置太长时间，则会出现电池酸液泄漏的可能性，这将会腐蚀设备中的内部电路。
[0003]必须频繁更换电池也很麻烦，更换电池通常伴随重新设置或重新初始化设备的需要，诸如将当前数据重新输入到设备中的微处理器的存储器中，等等。
[0004]已经提出开发自发电(self
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powered)、智能、手腕可穿戴的设备，该设备能够从穿戴这些设备的用户的手的移动中采集能量。通常是在手的速度变化或移动方向变化中产生力，这些力能够在这些设备中转换成电能。通常，在这些设备中设有基于移动的发电机。基于移动的发电机从用户移动施加的力中产生电能。产生的电力通常被存储在设备内部的电池中，同时，电池内部存储的能量用于运行所述设备。
[0005]然而，从手部移动或任何用户移动中提取能量并不容易，因为大多数用户移动具有低频率和大幅度。正常人在其日常事务中行走时他的手移动的距离通常过大，这意味着手改变或颠倒方向需要太长时间。其次，手并不是一整天都在不停地移动的紧张(jittery，抖动)的身体部位。
[0006]所以，对于典型的需要能量供应的大多数手穿戴智能设备来说，在一天的过程中手方向的变化通常不足以频繁到能用作基于移动的发电机产生能量所需的足够力源。
[0007]因此，希望对现有技术提出改进，提供采集足够能量以向可穿戴设备供电的改进可能性。此外，希望从手或其他身体部位的低频率和大幅度移动中提高能量的采集效率或产量。

技术实现思路

[0008]在第一方面，本专利技术提出了一种能够携带在人的身体部位上的设备，该设备包括被配置为紧固在用户的身体上的第一部分；与第一部分成一体的第二部分；第二部分相对于第一部分能弹性地移动；至少一个基于运动的发电机，布置成与第二部分的移动相互作用，以便从第二部分的移动中产生电力。
[0009]换句话说，通过用于制造或生产第二部分或用于将第二部分与第一部分相连接的弹性结构或弹性材料，本专利技术提供了以下可能性：第二部分能够相对于第一部分摆动，特别是当第一部分已移动并停止，或已改变移动方向时。换句话说，第二部分被布置为能移动地固定到第一部分，以使得响应于第一部分的移动，第二部分的移动是欠阻尼的(under
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damped)。
[0010]第二部分相对于第一部分的移动自由性提供了以下可能性：即使第一部分已经停止在一个方向上移动，第二部分也可以在该一个方向上继续移动。最后，在该方向上移动的第二部分被第一部分阻止并推向沿相反方向移动。当第二部分到达沿相反方向的移动极限时，第二部分再次弹回或被推回原始方向。以这种方式，在第一部分改变移动方向之后，第二部分相对于第一部分来回移动多次，从而产生摆动。第二部分摆动得越多，第二部分中基于移动的发电机就能越多地用于产生电力。
[0011]优选地，第二部分的重量大于第一部分的重量。第二部分的重量越大，在第二部分中由第二部分相对于第一部分来回摆动或移动所消散(dissipate)的能量就越多。这增加了安装在第二部分上的基于运动的发电机可能经历的移动量，以使用基于运动的发电机产生电力。
[0012]可选地，基于运动的发电机是电磁换能器；所述电磁换能器具有磁体和感应线圈，所述磁体和感应线圈能够通过第二部分的移动而相对于彼此移动。或者，基于运动的发电机包括一个或多个压电元件。本领域技术人员将理解，电磁换能器和压电元件是不同类型的基于运动的发电机。
[0013]使用压电元件优于电磁换能器的优点在于，压电元件可以更小，并且更容易安装在许多设备中看不见的地方。
[0014]优选地，压电元件固定到第二部分以与第二部分一起移动。或者，压电元件固定到第一部分，使得第二部分能够移动以直接地、或间接地撞击或冲击到压电元件上。
[0015]通常，当第一部分和第二部分在一个轨迹中移动时，在第一部分在轨迹上逆向时，第二部分能够继续在轨迹中移动，直到第二部分的移动由第二部分与第一部分的连接而被停止或阻止，此时这导致第二部分在方向上逆转以追随第一部分的轨迹，仅在第二部分要超过第一部分时又被第一部分阻止，在这种情况下，第二部分在轨迹上再逆转。第二部分的这种移动的多次重复产生第二部分相对于第一部分的摆动。
[0016]在一些实施例中，第一部分是用于围绕身体部位穿戴的带；这些实施例包括固定到所述带的壳体；第二部分是壳体中的能移动压电元件。可选地，第一部分是用于环绕身体部位的带；第二部分是用于环绕身体部位的带；第二部分的直径大于第一部分的直径；使得第一部分比第二部分更紧地包围身体部位，以使第二部分能够相对于第一部分移动。
[0017]通常，可以与本专利技术的实施例一起使用的身体部位是用户的手腕。除了手腕，还能使用其他身体部位，诸如脚踝、二头肌、颈部、腰部或躯干。
[0018]优选地，第二部分是计时设备；第一部分是容纳计时设备的壳体；计时设备通过在壳体内能移动而相对于第一部分能移动；并且压电元件固定到第一部分，即，压电元件固定到壳体。
[0019]因而，本专利技术通过提供增加机械冲击或加速度的频率和可能性来提供改进能量采集的可能性。
附图说明
[0020]参考附图便于进一步描述本专利技术，附图示出了本专利技术的可能布置，其中相同的整数表示相同的部分。本专利技术的其它布置是可能的，因此附图的具体性不应被理解为取代本
专利技术前面描述的一般性。
[0021]图1是用于自发电腕戴式可穿戴设备的带有能移动壳体的双带冲击能量采集器的等距视图；
[0022]图2是具有一个腕带和一个能移动壳体的另一个示例性实施例的等距视图；
[0023]图3a
‑
图3c显示了壳体布置的三种布局；
[0024]图4a
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图4b显示了压电元件在壳体上的布局；
[0025]图5a
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图5b显示了电磁换能器在壳体上的布局；
[0026]图6显示了示例性实施例的能量流；
[0027]图7是图1中的示例性实施例的原型；
[0028]图8a和图8b是图7中的原型在人手抖动运动中的实验结果；
[0029]图9显示了本专利技术的另一个实施例；以及
[0030]图10显示了本专利技术的又一个实施例。
具体实施方式
[0031]图1是配置为穿戴在人的手腕上的设备10的等距视图。设备10包括需要被供电以运行的电子部件。例如，图1中所示的设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够携带在人的身体部位上的设备，所述设备包括：第一部分，其被配置为紧固在用户的身体上；第二部分，其与所述第一部分成一体；所述第二部分相对于所述第一部分能弹性地移动；至少一个基于运动的发电机，布置成与所述第二部分的移动相互作用，以从所述第二部分的移动中产生电力。2.根据权利要求1所述的能够携带在人的身体部位上的设备，其中，所述基于运动的发电机是电磁换能器；所述电磁换能器具有磁体和感应线圈，所述磁体和感应线圈能够由于所述第二部分的移动而相对于彼此移动。3.根据权利要求1所述的能够携带在人的身体部位上的设备，其中，所述基于运动的发电机是压电元件。4.根据权利要求3所述的能够携带在人的身体部位上的设备，其中，所述压电元件固定到所述第二部分以与所述第二部分一起移动。5.根据权利要求3所述的能够携带在人的身体部位上的设备，其中，所述压电元件固定到所述第一部分，以使得所述第二部分能够移动以冲击到所述压电元件上。6.根据权利要求3所述的能够携带在人的身体部位上的设备，其中，所述第二部分相对于所述第一部分能弹性地移动，使得：当所述第一部分和所述第二部分在一个轨迹中移动时，在所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨征保，王标，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：