一款运动发电的温度可调节的可拆分护腰

马骞

摘 要：现代人群长期处在高压的生活和工作环境下，易产生身体疾病，尤其是腰椎，膝盖等部位极易受到磨损和风寒的折磨。很多商家生产了以加热为理疗方式的护膝护腰，本文查阅了当前的护腰产品，发现现有产品都无法调节温度，为满足不同人群需求，选用低压温控开关实现了温度调节。另外本文采用运动发电，节省能源，提高了续航能力。同时本设计可拆分为两节，用作护膝使用，扩展了实用性。

关键词：护腰;温度调节;运动发电;可拆分

中图分类号：A41D13 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0087-02

0 引言

近年来人民生活水平日益升高，人们对个人身体健康越来越重视，各类保养保健产品层出不穷，因为当代人群生活压力大，节奏快，使得人们的身体和精神长期处于非健康的状态。目前，大部分人都或多或少有些身体问题，尤其颈、肩、腰椎、膝盖等，容易受到运动、风寒等损伤。现在许多治疗仪器以加热产生的热量对受损部位理疗，其中最为普遍的辅助治疗仪器为护膝和护腰，以其造价低、具有支撑性能和加热效果、便携等优势而广受欢迎。由于护腰需长时间的佩戴，考虑到成本，所用的存储电池无法支撑长时间的消耗，故本文考虑了此点后，结合运动发电技术，设计了一款运动发电的温度可调节的可拆分护腰[1]。

1 设计背景

1.1 市场现状

现有的护腰功能较为单一，仅有支撑和加热功能，且仅就加热功能来讲，目前的护腰加热方式主要分磁力加热和电力加热两种。磁力加热的护腰不能控制温度，容易产生发热温度过高，给人灼烧感的情况。电加热的护腰需要充电，储电装置，老年人在佩戴和充电时可能因操作方式存在一定的安全隐患，且在外出时，其存在电量耗尽时便不再发热的问题，不适于外出长期佩戴，而且其温度无法调控，不能满足不同人群对不同温度的需求。

现有市场，通过运动发电对护膝护腰进行加热的装置尚不存在。当前运动发电装置的应用主要集中在手摇式发电的充电宝、手动发电的手电筒等领域，但现在也有装置在鞋底的运动发电装置，说明了其可塑性，有更多的应用可能。

1.2 技术背景

本文针对现在运动发电在护腰护膝领域的空白，将运动发电技术应用于本款护腰的设计。运动发电的本质还是动能向电能的转换，由运动产生的抖动或是挤压产生的外在动力是一个单方向的力，該动力推动内部磁性单元运动，带动内部线圈朝一个方向转动切割磁场发电，但护腰的拉伸力是朝向左右两个不同的方向，如何解决外力朝不同方向拉伸时，使发电机的齿轮切割磁场的线圈一直按同一方向运动，文献[2]中弹性绳的操作给予了本作者启发，具体可参考文献[2]。

对于现在护腰缺少温控装置，本设计参考文献[3]，采用低压电子温控实现本设计的温度调节，经功能检测其控制精度能达到0.7上下的误差，且在低压12V就能正常工作。在安全性，由于该装置是低压控制的，最高温度也不会超过37度，可以说对于使用者来说不存在设备故障而产生高温烧伤人的情况，非常的适于本品的设计。

2 产品设计

2.1 设计思路

本发明旨在设计一种运动发电的温度可调节的可拆分护腰，为解决现有护腰中不能晃动发电，只能定时充电;不能控温，调温;运动电热材料不够耐热，损耗大且不够安全的问题。

我们在加热护腰时可采用箔式电热片，箔电板较轻薄，使护腰质量轻，较为柔韧，可满足护腰贴合人体的需要，且箔电板可承受的电压为1.2-380V，对电压要求低，可解决动力发电电压不稳定的问题。为了解决发电的问题，我们添加了动力发电机，发电机整体采用较轻薄的材料。腰部或膝部运动产生牵拉时，大齿轮转动带动小齿轮转动发电，此设计不但节能，同时也能敦促老人进行运动。为了解决温控的问题，我们添加了低压控温的装置，用LED屏显示当前温度及设定温度，与温度调控装置相连。且设有分别为SET、UP、DOWN的三个按钮，可设定温度，根据个人要求选择合适的温度。护腰内部采用保温材料，减少热量的散失。与身体贴合的内侧采用尼龙布[4]制作，柔软舒适且耐磨损，抗菌效果好。护腰也可拆分为两小部分，用两条拉链相连，两小部分可分别作为护膝，提高了产品实用性。

2.2 设计方案

如图1所示，作为运动发电的温度可调节的可拆分护腰的整体图包括护膝主体，LED屏显示当前温度，下设三个温度设置按钮SET、UP、DOWN，可根据个人需求进行温度的设定，此部分选用型号为XH-W1209的低压温控开关实现，该型号的低压温控开关体积小，采用中央处理芯片（MCU），可控制加热和制冷继电器，对温度进行升降调控，工作电压仅12V，消耗低。安全方面，设定了最高温和最低温设置上限限制，避免了误操作导致温度过高烧伤使用者，又避免了温度过低发生冰堵的可能，可以说是非常的智能化和人性化，非常满足本设计的需求。

图2所示的为运动发电及加热装置的内部构造图。运动发电装置包括N，S极磁体，螺线管，大小齿轮，转轴，大量的弹性较强的与非弹性绳，储电的蓄电池。弹性较强的绳子可中和晃动而产生的拉力，而非弹性绳牵动齿轮转动，通过二者结合，利用人行走时左右两侧上下摆动的产生的牵引力，使大齿轮朝同一方向（顺时针）方向转动。接着大齿轮的转动会带动小齿轮跟着快速的转动，而小齿轮通过转轴与磁铁线圈相连，从而带动线圈在人体摆动时朝同一方向旋转，切割由N，S极产生的磁场，由电磁感应原理，产生感应电流，为蓄电池供电，再由蓄电池为整个低压温控装置供电[5]。本文设计之所以选用了可充电式蓄电池储能，一方面是考虑到运动发电的低效率，可能由于使用者的低运动量，而导致电量不足，而失去了该护腰发热理疗的主要目的功能，充电式蓄电池的存在，可以完满解决该问题。运动发电作为一种补充式电源，增加了该产品的续航能力。加热装置中使用的箔式电热片，箔片电阻较小且加热功率大，加热效率高，且其可承受的电压为1.2-380V，对电压要求低，可解决动力发电电压不稳定的问题。

图3为整体电路图。本设计选用软硅橡胶高温线AGR，具有耐高温和抗老化的特性，且材质较软，适合本设计加在护腰内使用。将运动发电装置，与低压温控装置合理分配在两部分的可拆护腰内进行连接。由于本设计考虑到可拆分为两部分作为护膝使用，所以，上述所以使用的装置将设置为两套可独立运行的部分，此设计虽然增加了成本，可确同时可以作为护腰护膝使用，功能复用性提高。

2.3 产品效果

本文所设计的运动发电的温度可调节的可拆分护腰，经过上述的产品设计，能达到下述优秀的性能：（1）采用运动发电，节约了能源，可促进中老年人的运动，延长了单次使用时间。（2）选用的箔式电热片发热效率高，消耗低。（3）尼龙面料舒适透气，可长期使用，舒适度，产生磨损较小，使用时限长。（4）温度设定的加入满足了不同人群的特定需求。

3 结语

本文设计的运动发电的温度可调节的可拆分护腰，为现代护腰产品增添了一抹色彩，丰富了护腰产品类型，为解决便携式的长时间使用储能不足提供了新的方案，将运动发电由手摇式发电的充电宝、手动发电的手电筒等领域引入了护腰带领域，另外实现了护腰的温度可调节功能，并提高了其实用性，将护腰护膝合二为一。

参考文献

[1] 张世武.磁石自发热护腰带[外观]CN201130330766.3[P].2011.

[2] 宋世壮，徐鹏鹏，李奥博.利用人体动能的电子产品辅助供电系统[J].科学技术创新，2016（12）：87-87.

[3] 贾玉双，鲁萍，贾博深，et al.低压电子温控碳纤维婴儿保暖被的制作与使用[J].护理学报，2013（21）.

[4]余徐南.一种高电性能低腐蚀性阻燃增强尼龙材料及其制备方法.CN 102115595 A[P].2011.

[5] 黄晓标，熊小兰.电生磁、磁生电演示仪[J].物理教师，2018（1）：56-57.