阅读说明：本技术 一种弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤及其制造方法 (Elastic potential energy driven magnetofluid motion power generation sport pants and manufacturing method thereof ) 是由 张敬敏 张敬伟 周兵 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤及其制造方法,该弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤包括裤腰与裤腿两部分,在裤腰上与双腿正面髌骨关节面所在纵轴对应的两个位置各设置有一个回力发电装置,该回力发电装置具体由两个部件组成,分别是回力装置和齿轮泵驱动磁流体发电装置；裤腿采用的面料中,在双腿正面与髌骨关节面对应的整条竖直区域编纺有与裤腿纵轴平行的高弹力纤维,该高弹力纤维纵向贯穿裤腿的上下两端,在下端通过固锁点与裤脚固定,在上端通过连接纽与驱动主动齿轮的预紧轴连接。本发明柔性的、磁流体发电的、轻质透气、安静长效、节约能源。(The invention discloses a pair of elastic potential energy driven magnetohydrodynamic motion power generation sports pants and a manufacturing method thereof, wherein the elastic potential energy driven magnetohydrodynamic motion power generation sports pants comprise a pants waist part and pants legs, two positions on the pants waist part, which correspond to longitudinal axes of patellar joint surfaces on the front sides of the two legs, are respectively provided with a return force power generation device, and the return force power generation device is composed of two parts, namely a return force device and a gear pump driven magnetohydrodynamic power generation device; in the fabric adopted by the trouser legs, high elastic fiber parallel to the longitudinal axis of the trouser legs is woven in the whole vertical area corresponding to the patellar joint surface on the front sides of the two legs, the high elastic fiber longitudinally penetrates through the upper end and the lower end of the trouser legs, the lower end is fixed with trouser legs through a fixed locking point, and the upper end is connected with a pretightening shaft of a driving gear through a connecting button. The invention is flexible, magnetic fluid power generation, light and breathable, quiet and long-acting, and saves energy.)

一种弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤及其制造方法

技术领域

本发明涉及电气服装复合装置技术领域，尤其涉及一种弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤及其制造方法。

背景技术

磁流体发电(magnetohydrodynamic power generation)通过流动的导电流体与磁场相互作用或磁性流体与磁感应线圈相互作用而产生电能。由于导电流体，在磁场中流动时切割磁力线，产生感应电动势，即直接转换成电能，所以称之为"直接发电"，其能量利用率得到显著提高，这种技术也称为"等离子体发电技术"。

越来越多的电子伴侣，例如：智能手机、MP3播放器、运动电子设备(脉搏计或者追踪器)、医疗设备(血压计、心脏起搏器、胰岛素泵)等等，让我们的生活变得越来越便捷。但是，随着智能设备变得越来越普及，它们对于电力的持续饥渴的问题也越发凸显。

现在还没有将磁流体发电应用到人们平时穿着的衣物上进行运动发电的现有技术，所有现有的运动发电装置都是要集成在其它的载体上，比如自行车、假肢、鞋底，不仅成本较高，很多时间也会增加人体负担，适用范围很窄，很大程度上阻碍了这项技术的推广应用。

因此，市面上急需一种柔性的、磁流体发电的、轻质透气、安静长效、节约能源的弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤及其制造方法。

发明内容

本发明旨在提供一种柔性的、磁流体发电的、轻质透气、安静长效、节约能源的弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤，包括裤腰与裤腿两部分，在裤腰上与双腿正面髌骨关节面所在纵轴对应的两个位置各设置有一个回力发电装置，该回力发电装置具体由两个部件组成，分别是回力装置和齿轮泵驱动磁流体发电装置，回力装置由预紧簧片、由预紧簧片通过预紧轴驱动的主动齿轮、由主动齿轮驱动的前端传动齿轮，与前端传动齿轮呈现可变连接的被动齿轮、与被动齿轮连接的势能存储簧片、与被动齿轮连接的驱动着齿轮泵驱动磁流体发电装置转子的终端齿轮，齿轮泵驱动磁流体发电装置的实质为被终端齿轮驱动的用于推动液流管路内的液体按固定方向流动的齿轮泵系统，液流管路内的液体具体为磁流体，载装磁流体的管路两侧对应位置设置有磁感应线圈，磁感应线圈通过导线连接着的固定有USB外置充电接口的锂电池充电电源；其中所述可变连接，具体为当预紧簧片释放完势能后呈自然状态时前端传动齿轮向上翘动脱离被动齿轮同时终端齿轮下压与被动齿轮连接，当预紧簧片获得弹性势能在释放为机械能的过程中因机械作用前端传动齿轮向下压实现与被动齿轮的连接同时终端齿轮上翘脱离与被动齿轮的连接；裤腿采用的面料中，在双腿正面与髌骨关节面对应的整条竖直区域编纺有与裤腿纵轴平行的高弹力纤维，该高弹力纤维纵向贯穿裤腿的上下两端，在下端通过固锁点与裤脚固定，在上端通过连接纽与驱动主动齿轮的预紧轴连接；

所述磁流体的制造方法包括以下步骤：

①原材料准备：准备铷铁硼合金Nd₁₅Fe₇₇B₈粉末10份-10.2份、镝粉1.8份-1.85份、硼铁合金Fe₈₀B₂₀粉0.55份-0.6份、铝粉0.015份-0.025份、全氟辛基乙烯20-25份、全氟聚醚油100份；

②采用粉末冶金将步骤①中准备的铷铁硼Nd₁₅Fe₇₇B₈粉末、镝粉、硼铁合金Fe₈₀B₂₀粉、铝粉熔炼烧结成新合金，再将新合金采用机械方法研磨成8000目-10000目的微粉，获得永磁微粉；

③将步骤②获得的永磁微粉通过巯基-烯烃的点击反应与步骤①准备的全氟辛基乙烯进行接枝，获得接枝永磁体；

④将步骤③获得的接枝永磁体完全投入步骤①中准备的全氟聚醚油中，振动至完全分散，即获得所需磁流体。

上述运动裤的制造方法包括以下步骤：

S1：高弹力纤维制造

①准备足量重均分子量范围为650kg/mol-720kg/mol的高等规聚1-丁烯；

②将步骤①准备的高等规聚1-丁烯在无氧环境内，进行γ射线辐照处理，辐照剂量为300kGy-500kGy，辐照处理完成后在无氧环境内静置2-3周后，采用50℃-60℃、保温8min-10min进行退火处理，获得退火改性1-丁烯；

③将步骤②获得的退火改性1-丁烯置于195℃-200℃的环境内，以1MPa/min的升压速率升压10min，然后保压3min-4min后，喷挤成直径30den-70den的纤维，即获得所需高弹力纤维；

S2：弹力面料成型

①将S1获得的高弹力纤维与聚酰胺尼龙纤维按梭织法编纺成宽度10cm-15cm的定宽面料，保持高弹力纤维始终与定宽面料的长轴平行，聚酰胺尼龙纤维穿插左右，即获得所需弹力面料；

S3：运动裤整体成型

①将S2获得的弹力面料上端通过连接纽与回力发电装置连接，将回力发电装置固定套装在裤腰弹力橡皮筋外，回力发电装置与裤腰弹力橡皮筋构成预装功能部分；

②采用聚酰胺尼龙纤维面料，裁剪后将裤腰的预装功能部分缝制在内，将回力发电装置上的固定有USB外置充电接口的直流充电电源通过涂覆有表面绝缘漆的导线引出并固定在裤腰外，裤腿部分正面与双腿正面髌骨关节面所在纵轴对应区域裁留出与弹力面料宽度相适应的缺口，缺口与垂掉在预装功能部分下的弹力面料相匹配；

③将缺口与弹力面料编纺固定，在裤脚区域进行复卷一层加固，即获得所需运动裤。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明采用的是利用高弹力的面料来实现将抬腿拉伸时的机械能转变成弹性势能，再将弹性势能释放转换成电能的原理，整个过程是柔性的而非刚性的，同时能给人们运动时的抬腿动作造成阻力，提升运动消耗能量的效率和效果，同时保护关节。(2)本发明实际借鉴了弹跳类动物(如袋鼠)筋腱在腿部所起的作用，一方面能保证裤形的固型美观，另一方面能提升裤腿的大形变区域的弹性，降低其损耗(众所周知，裤腿的正面尤其是髌骨关节面所在区域经常由于变形过大形成凸起，在清洗时就易损坏)，提升其使用寿命。(3)本发明没有应用任何高能耗或非环保的工艺技术及设备，因此本发明的工艺成本可控、环保属性好，适宜较大规模推广。(4)本发明创造性地直接将运动发电装置与运动裤整合起来，外露增设部分仅有回力发电装置，既携带方便又大大节约了成本，能够运动发电、节约能源。本发明具有柔性的、磁流体发电的、轻质透气、安静长效、节约能源的特性。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明高弹力纤维与预紧簧片连接结构的示意图；

图3为回力装置结构示意图；

图4为回力装置势能储存结构解构图；

图5为裤腿采用的面料编纺结构的微观示意图；

图6为齿轮泵驱动磁流体发电装置的结构示意图；

图中：预紧簧片1、主动齿轮2、连接纽3、高弹力纤维4、固锁点5、回力发电装置6、被动齿轮7、终端齿轮8、势能存储簧片9、液流管路10、纯铜导线11。

具体实施方式

本发明的工作原理是：人们开始运动时就是双腿分别间或抬腿及放下的循环，当人抬腿时，在高弹力纤维4的绷紧拉力下，预紧簧片1吸收机械能转换成成弹性势能，开始收紧，当人腿抬至高点开始放下时，预紧簧片1弹性势能开始释放，带动主动齿轮2旋转，主动齿轮2旋转带动前端传动齿轮向下压实现与被动齿轮7的连接，同时终端齿轮8被联动抬起脱离被动齿轮7，前端传动齿轮将主动齿轮2旋转的机械能传递至被动齿轮7，带动被动齿轮7旋转，势能存储簧片9吸收机械能转换成成弹性势能，开始收紧，预紧簧片1的弹性势能释放完毕后，主动齿轮2停止旋转，失去下压力的前端传动齿轮向上翘起，脱离被动齿轮7，同时终端齿轮8被联动连接上被动齿轮7，此时势能存储簧片9开始释放弹性势能带动被动齿轮7旋转，将机械能通过终端齿轮8传递给齿轮泵驱动磁流体按统一方向流动，磁感应线圈被动切割磁感线发电，发出的为直流电，通过导线引出至直流充电电池，实现运动发电。

实施例1：

一种弹性势能驱动磁流体运动发电运动裤，包括裤腰与裤腿两部分，在裤腰上与双腿正面髌骨关节面所在纵轴对应的两个位置各设置有一个回力发电装置6，该回力发电装置6具体由两个部件组成，分别是回力装置和齿轮泵驱动磁流体发电装置，回力装置由预紧簧片1、由预紧簧片通过预紧轴驱动的主动齿轮2、由主动齿轮2驱动的前端传动齿轮，与前端传动齿轮呈现可变连接的被动齿轮7、与被动齿轮7连接的势能存储簧片9、与被动齿轮7呈现可变连接的驱动着齿轮泵驱动磁流体发电装置转子的终端齿轮8，齿轮泵驱动磁流体发电装置的实质为被终端齿轮8驱动的用于推动液流管路10内的液体按固定方向流动的齿轮泵系统，液流管路10内的液体具体为磁流体，载装磁流体的管路两侧对应位置设置有磁感应线圈11，磁感应线圈11通过导线连接着的固定有USB外置充电接口的锂电池充电电源；其中所述可变连接，具体为当预紧簧片1释放完势能后呈自然状态时前端传动齿轮向上翘动脱离被动齿轮7同时终端齿轮8下压与被动齿轮7连接，当预紧簧片1获得弹性势能在释放为机械能的过程中因机械作用前端传动齿轮向下压实现与被动齿轮7的连接同时终端齿轮8上翘脱离与被动齿轮7的连接；裤腿采用的面料中，在双腿正面与髌骨关节面对应的整条竖直区域编纺有与裤腿纵轴平行的高弹力纤维4，该高弹力纤维4纵向贯穿裤腿的上下两端，在下端通过固锁点5与裤脚固定，在上端通过连接纽3与驱动主动齿轮2的预紧轴连接；

所述磁流体的制造方法包括以下步骤：

①原材料准备：准备铷铁硼合金Nd₁₅Fe₇₇B₈粉末1g-1.02g、镝粉0.18g-0.185g、硼铁合金Fe₈₀B₂₀粉55mg-60mg、铝粉1.5mg-2.5mg、全氟辛基乙烯2g-2.5g、全氟聚醚油10g；

②采用粉末冶金将步骤①中准备的铷铁硼Nd₁₅Fe₇₇B₈粉末、镝粉、硼铁合金Fe₈₀B₂₀粉、铝粉熔炼烧结成新合金，再将新合金采用机械方法研磨成8000目-10000目的微粉，获得永磁微粉；

③将步骤②获得的永磁微粉通过巯基-烯烃的点击反应与步骤①准备的全氟辛基乙烯进行接枝，获得接枝永磁体；

④将步骤③获得的接枝永磁体完全投入步骤①中准备的全氟聚醚油中，振动至完全分散，即获得所需磁流体。

上述运动裤的制造方法包括以下步骤：

S1：高弹力纤维4制造

①准备足量重均分子量范围为700kg/mol的高等规聚1-丁烯；

②将步骤①准备的高等规聚1-丁烯在无氧环境内，进行γ射线辐照处理，辐照剂量为420kGy，辐照处理完成后在无氧环境内静置18天后，采用55℃、保温9min进行退火处理，获得退火改性1-丁烯；

③将步骤②获得的退火改性1-丁烯置于195℃-200℃的环境内，以1MPa/min的升压速率升压10min，然后保压3.5min后，喷挤成直径40den的纤维，即获得所需高弹力纤维4；

S2：弹力面料成型

①将S1获得的高弹力纤维4与聚酰胺尼龙纤维按梭织法编纺成宽度10cm-15cm的定宽面料，保持高弹力纤维4始终与定宽面料的长轴平行，聚酰胺尼龙纤维穿插左右，即获得所需弹力面料；

S3：运动裤整体成型

①将S2获得的弹力面料上端通过连接纽3与回力发电装置6连接，将回力发电装置6固定套装在裤腰弹力橡皮筋外，回力发电装置6与裤腰弹力橡皮筋构成预装功能部分；

②采用聚酰胺尼龙纤维面料，裁剪后将裤腰的预装功能部分缝制在内，将回力发电装置6上的固定有USB外置充电接口的直流充电电源通过涂覆有表面绝缘漆的导线引出并固定在裤腰外，裤腿部分正面与双腿正面髌骨关节面所在纵轴对应区域裁留出与弹力面料宽度相适应的缺口，缺口与垂掉在预装功能部分下的弹力面料相匹配；

③将缺口与弹力面料编纺固定，在裤脚区域进行复卷一层加固，即获得所需运动裤。

根据本实施例生产的运动裤，穿着于人体时其重量与普通运动服并无明显差异，且透气性仍良好，在人体剧烈运动时(如慢跑健身时)，其机械能转换成电能的效率约为18％-25％，本发明磁流体的磁性指标为B_T＝0.8T-1.0T，H_cj＝900kA/m-1100kA/m，(BH)_max＝150-170kJ/m³；本发明所采用的高弹力纤维4的拉伸强度为33MPa-40MPa、断裂伸长率约为1000％、软化温度大于80℃，形状固定率(Rf)分别为82％-97％，形状恢复率(Rr)为92-97％。下同。

实施例2：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

S1：高弹力纤维4制造

①准备足量重均分子量为720kg/mol的高等规聚1-丁烯；

②将步骤①准备的高等规聚1-丁烯在无氧环境内，进行γ射线辐照处理，辐照剂量为500kGy，辐照处理完成后在无氧环境内静置2周后，采用50℃、保温8min进行退火处理，获得退火改性1-丁烯；

③将步骤②获得的退火改性1-丁烯置于195℃-200℃的环境内，以1MPa/min的升压速率升压10min，然后保压3min后，喷挤成直径70den的纤维，即获得所需高弹力纤维4；

实施例3：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

S1：高弹力纤维4制造

①准备足量重均分子量范围为650kg/mol的高等规聚1-丁烯；

②将步骤①准备的高等规聚1-丁烯在无氧环境内，进行γ射线辐照处理，辐照剂量为300k，辐照处理完成后在无氧环境内静置3周后，采用60℃、保温10min进行退火处理，获得退火改性1-丁烯；

③将步骤②获得的退火改性1-丁烯置于195℃-200℃的环境内，以1MPa/min的升压速率升压10min，然后保压4min后，喷挤成直径30den的纤维，即获得所需高弹力纤维4；

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。