馬騫

摘 要：現(xiàn)代人群長(zhǎng)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(hù)膝護(hù)腰，本文查閱了當(dāng)前的護(hù)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(shí)現(xiàn)了溫度調(diào)節(jié)。另外本文采用運(yùn)動(dòng)發(fā)電，節(jié)省能源，提高了續(xù)航能力。同時(shí)本設(shè)計(jì)可拆分為兩節(jié)，用作護(hù)膝使用，擴(kuò)展了實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：護(hù)腰;溫度調(diào)節(jié);運(yùn)動(dòng)發(fā)電;可拆分

中圖分類號(hào)：A41D13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)個(gè)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?yàn)楫?dāng)代人群生活壓力大，節(jié)奏快，使得人們的身體和精神長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)、風(fēng)寒等損傷?，F(xiàn)在許多治療儀器以加熱產(chǎn)生的熱量對(duì)受損部位理療，其中最為普遍的輔助治療儀器為護(hù)膝和護(hù)腰，以其造價(jià)低、具有支撐性能和加熱效果、便攜等優(yōu)勢(shì)而廣受歡迎。由于護(hù)腰需長(zhǎng)時(shí)間的佩戴，考慮到成本，所用的存儲(chǔ)電池?zé)o法支撐長(zhǎng)時(shí)間的消耗，故本文考慮了此點(diǎn)后，結(jié)合運(yùn)動(dòng)發(fā)電技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款運(yùn)動(dòng)發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護(hù)腰[1]。

1 設(shè)計(jì)背景

1.1 市場(chǎng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有的護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)腰需要充電，儲(chǔ)電裝置，老年人在佩戴和充電時(shí)可能因操作方式存在一定的安全隱患，且在外出時(shí)，其存在電量耗盡時(shí)便不再發(fā)熱的問題，不適于外出長(zhǎng)期佩戴，而且其溫度無法調(diào)控，不能滿足不同人群對(duì)不同溫度的需求。

現(xiàn)有市場(chǎng)，通過運(yùn)動(dòng)發(fā)電對(duì)護(hù)膝護(hù)腰進(jìn)行加熱的裝置尚不存在。當(dāng)前運(yùn)動(dòng)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(dòng)發(fā)電的手電筒等領(lǐng)域，但現(xiàn)在也有裝置在鞋底的運(yùn)動(dòng)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(duì)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)發(fā)電在護(hù)腰護(hù)膝領(lǐng)域的空白，將運(yùn)動(dòng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于本款護(hù)腰的設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)發(fā)電的本質(zhì)還是動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)換，由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的抖動(dòng)或是擠壓產(chǎn)生的外在動(dòng)力是一個(gè)單方向的力，該動(dòng)力推動(dòng)內(nèi)部磁性單元運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)內(nèi)部線圈朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁場(chǎng)發(fā)電，但護(hù)腰的拉伸力是朝向左右兩個(gè)不同的方向，如何解決外力朝不同方向拉伸時(shí)，使發(fā)電機(jī)的齒輪切割磁場(chǎng)的線圈一直按同一方向運(yùn)動(dòng)，文獻(xiàn)[2]中彈性繩的操作給予了本作者啟發(fā)，具體可參考文獻(xiàn)[2]。

對(duì)于現(xiàn)在護(hù)腰缺少溫控裝置，本設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[3]，采用低壓電子溫控實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的溫度調(diào)節(jié)，經(jīng)功能檢測(cè)其控制精度能達(dá)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(huì)超過37度，可以說對(duì)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(jì)。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種運(yùn)動(dòng)發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護(hù)腰，為解決現(xiàn)有護(hù)腰中不能晃動(dòng)發(fā)電，只能定時(shí)充電;不能控溫，調(diào)溫;運(yùn)動(dòng)電熱材料不夠耐熱，損耗大且不夠安全的問題。

我們?cè)诩訜嶙o(hù)腰時(shí)可采用箔式電熱片，箔電板較輕薄，使護(hù)腰質(zhì)量輕，較為柔韌，可滿足護(hù)腰貼合人體的需要，且箔電板可承受的電壓為1.2-380V，對(duì)電壓要求低，可解決動(dòng)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(dòng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)整體采用較輕薄的材料。腰部或膝部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生牽拉時(shí)，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，此設(shè)計(jì)不但節(jié)能，同時(shí)也能敦促老人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。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(gè)按鈕，可設(shè)定溫度，根據(jù)個(gè)人要求選擇合適的溫度。護(hù)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(hù)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(hù)膝，提高了產(chǎn)品實(shí)用性。

2.2 設(shè)計(jì)方案

如圖1所示，作為運(yùn)動(dòng)發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護(hù)腰的整體圖包括護(hù)膝主體，LED屏顯示當(dāng)前溫度，下設(shè)三個(gè)溫度設(shè)置按鈕SET、UP、DOWN，可根據(jù)個(gè)人需求進(jìn)行溫度的設(shè)定，此部分選用型號(hào)為XH-W1209的低壓溫控開關(guān)實(shí)現(xiàn)，該型號(hào)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(duì)溫度進(jìn)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(jì)的需求。

圖2所示的為運(yùn)動(dòng)發(fā)電及加熱裝置的內(nèi)部構(gòu)造圖。運(yùn)動(dòng)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(qiáng)的與非彈性繩，儲(chǔ)電的蓄電池。彈性較強(qiáng)的繩子可中和晃動(dòng)而產(chǎn)生的拉力，而非彈性繩牽動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過二者結(jié)合，利用人行走時(shí)左右兩側(cè)上下擺動(dòng)的產(chǎn)生的牽引力，使大齒輪朝同一方向（順時(shí)針）方向轉(zhuǎn)動(dòng)。接著大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)小齒輪跟著快速的轉(zhuǎn)動(dòng)，而小齒輪通過轉(zhuǎn)軸與磁鐵線圈相連，從而帶動(dòng)線圈在人體擺動(dòng)時(shí)朝同一方向旋轉(zhuǎn)，切割由N，S極產(chǎn)生的磁場(chǎng)，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(gè)低壓溫控裝置供電[5]。本文設(shè)計(jì)之所以選用了可充電式蓄電池儲(chǔ)能，一方面是考慮到運(yùn)動(dòng)發(fā)電的低效率，可能由于使用者的低運(yùn)動(dòng)量，而導(dǎo)致電量不足，而失去了該護(hù)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(yùn)動(dòng)發(fā)電作為一種補(bǔ)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(duì)電壓要求低，可解決動(dòng)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(jì)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(jì)加在護(hù)腰內(nèi)使用。將運(yùn)動(dòng)發(fā)電裝置，與低壓溫控裝置合理分配在兩部分的可拆護(hù)腰內(nèi)進(jìn)行連接。由于本設(shè)計(jì)考慮到可拆分為兩部分作為護(hù)膝使用，所以，上述所以使用的裝置將設(shè)置為兩套可獨(dú)立運(yùn)行的部分，此設(shè)計(jì)雖然增加了成本，可確同時(shí)可以作為護(hù)腰護(hù)膝使用，功能復(fù)用性提高。

2.3 產(chǎn)品效果

本文所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護(hù)腰，經(jīng)過上述的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能達(dá)到下述優(yōu)秀的性能：（1）采用運(yùn)動(dòng)發(fā)電，節(jié)約了能源，可促進(jìn)中老年人的運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)了單次使用時(shí)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(zhǎng)期使用，舒適度，產(chǎn)生磨損較小，使用時(shí)限長(zhǎng)。（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(jì)的運(yùn)動(dòng)發(fā)電的溫度可調(diào)節(jié)的可拆分護(hù)腰，為現(xiàn)代護(hù)腰產(chǎn)品增添了一抹色彩，豐富了護(hù)腰產(chǎn)品類型，為解決便攜式的長(zhǎng)時(shí)間使用儲(chǔ)能不足提供了新的方案，將運(yùn)動(dòng)發(fā)電由手搖式發(fā)電的充電寶、手動(dòng)發(fā)電的手電筒等領(lǐng)域引入了護(hù)腰帶領(lǐng)域，另外實(shí)現(xiàn)了護(hù)腰的溫度可調(diào)節(jié)功能，并提高了其實(shí)用性，將護(hù)腰護(hù)膝合二為一。

參考文獻(xiàn)

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