技术摘要：
本发明提供了一种关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法和应用。本发明将磁性粉体均匀分散于纱线中，并利用纺织技术得到柔性磁性纱织物；然后将柔性磁性纱织物和柔性导电纱织物分别对应缝制在服装本体的衣袖肘部内侧和/或裤腿膝盖内侧的相对设置的两侧，进行肘部弯曲  全部
背景技术：
电磁感应现象是指穿过闭合回路的磁通量发生变化而产生感应电动势的现象，它 不仅揭示了电与磁之间的内在联系，为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，同时也为 人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上具有重要的意义。在这一现象首次被法 拉第发现之后，以电磁感应为原理的自发电装置开始陆续面世，并逐渐成为一种重要的能 量收集装置。目前主流的无线充电设备就是利用电磁感应原理制得，并且已经开始广泛应 用。而电磁自发电装置主要是利用电磁感应原理，将人体活动(如手臂的摆动、膝盖的运动 等)中产生的机械能收集起来，并通过磁体和线圈转化为电能，从而实现自发电的目的。因 此，如果能将电磁自发电装置应用在无线充电领域，就能够随时随地对电子设备进行充电， 且不会消耗电网中的电量。 目前，可穿戴技术及可穿戴器件的研究和产品开发比较热门，但可穿戴器件产品 大多需要依靠从外部供电或与储能装置等进行配套工作才能正常使用，推广使用受到一定 的限制。因此，可穿戴器件的研发重点和难点为在保证可穿戴产品轻质和柔性的基础上，具 有便捷自充电功能的电能来源。 申请号为CN201510549363.5的发明专利公开了一种穿戴式发电装置、穿戴式可发 电衣服及发电的方法。该穿戴式可发电衣服包括至少一个磁体单元、至少一个电磁感应单 元，以及与至少一个电磁感应单元电连接的储能单元；其中，磁体单元和电磁感应单元分别 设置为可穿戴于动物体的不同部位，在动物体运动时通过改变磁体单元和电磁感应单元的 相对位置，使穿过电磁感应单元的磁通量发生变化产生感应电流；储能单元用于将电磁感 应单元所产生的感应电流转换为电能储存。但是该方法的不足之处在于：电磁感应单元线 圈和磁体单元需要粘合或者粘贴到衣服上，会导致衣服的柔性差，且质量较重，不能很好地 满足柔性可穿戴服装的要求。 即，在已有的电磁材料中，导电线圈和磁体基本为硬质材料，且质量较重，很难做 成纤维状或织物状。有鉴于此，需要制作更轻量化以及更好柔性的电磁材料，并将电磁自发 电装置顺利应用在可穿戴器件上。从而解决目前可穿戴器件需要依靠从外部供电或与储能 装置等配套工作才能正常使用的缺陷，有助于其朝着轻量化、便捷化及智能化等方向进一 步发展。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有优异柔性和自发电性能 的关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法和应用。 为了实现上述发明目的，本发明提供了一种关节弯曲电磁感应发电的服装，包括 4 CN 111588105 A 说　明　书 2/9 页 服装本体和储能单元，所述关节弯曲电磁感应发电的服装还包括设置在所述服装本体上的 柔性磁性纱织物与柔性导电纱织物；所述柔性磁性纱织物由高强耐磨经纱、磁性纬纱交织 形成；所述磁性纬纱呈芯-鞘结构，包括磁性纱芯和紧密缠绕在所述磁性纱芯外周的纱鞘 层；所述磁性纱芯由复合纤维条带包裹连续、均匀、线性排布的磁性粉体构成，所述纱鞘层 由耐磨、高强、柔软的纤维紧密包缠构成；所述柔性导电纱织物包括耐磨织物基材和缝制在 所述耐磨织物基材上形成闭合回路的导电丝包芯纱； 所述柔性磁性纱织物与所述柔性导电纱织物分设于所述服装本体的衣袖肘部内 侧的相对设置的两侧和/或所述服装本体的裤腿膝盖内侧的相对设置的两侧； 当在垂直方向上所述服装本体自然伸展时，所述柔性磁性纱织物表面上的中轴线 与所述柔性导电纱织物表面上的中轴线在同一条直线上或者相互平行； 当穿着所述关节弯曲电磁感应发电的服装进行肘部弯曲动作和/或膝盖弯曲动作 时，所述柔性导电纱织物进行不平行于所述柔性磁性纱织物平面方向上的运动，以使所述 柔性导电纱织物在所述柔性磁性纱织物产生的磁场里做切割磁感线运动，产生电磁感应电 流，以将机械能转化为电能，然后将所述电能储存在设置于所述服装本体上的储能单元中。 优选的，所述柔性磁性纱织物中，所述磁性粉体的质量比例为10～70％，所述磁性 粉体为钕铁硼磁粉、钕镍钴磁粉、氧化铁磁粉、二氧化铬磁粉、钴-氧化铁磁粉、金属磁粉中 的一种或多种。 优选的，所述柔性磁性纱织物的制备包括充磁后处理过程，所述磁性纱织物的磁 性强度为0.1～0.8T。 优选的，所述导电丝包芯纱内的导电长丝为铜丝、铝丝、银丝、金丝、碳纤维长丝中 的一种或几种；所述导电长丝的直径为0.01～1mm。 优选的，所述储能单元为锂离子电池和充电适配装置；所述储能单元与所述服装 本体的连接方式为可拆卸连接。 同时，本发明还公开了上述关节弯曲电磁感应发电的服装的制备方法，其特征在 于：所述柔性磁性纱织物的制备方法，包括如下步骤： S1，制备柔性纤维条带S1：将面密度为2～100克/平方米的无纺布柔性面材分切成 线密度为10～800克/千米的柔性纤维条带S1； S2，制备复合纤维条带S2’：对磁粉进行去磁化处理，将宽度为10～20mm、线密度为 10～1000克/千米的纤维条带S2放入反应容器内，通过原位聚合导电聚合物，在所述纤维条 带上生长导电聚合物，牵拉、烘干干燥处理后，得到带有导电聚合物的复合纤维条带；将所 述复合纤维条带浸入磁性粉体粒径为10～1000nm、磁性粉体质量浓度为1～15％的分散液 中进行浸轧处理，使得分散液中的所述磁性粉体挤压在原位聚合后的所述复合纤维条带的 结构面中，烘干干燥，使得所述纤维条带的结构面中生长所述导电聚合物并在所述导电聚 合物外层覆盖有所述磁性粉体，得到复合纤维条带S2’； S3，制备磁性纱：将一对柔性纤维条带S1的筒管卷装和一个复合纤维条带S2’的筒 管卷装分别放置在所述改进的翼锭粗纱装置上增设的两组所述退绕装置上，一对柔性纤维 条带S1的筒管卷装分别位于复合纤维条带S2’的筒管卷装的两侧，两根柔性纤维条带S1与 一根复合纤维条带S2’在所述前钳口处相互重合，且复合纤维条带S2’位于两根柔性纤维条 带S1的中部，形成夹心状的复合条带，复合条带从所述前钳口输出，输出后的复合条带受到 5 CN 111588105 A 说　明　书 3/9 页 翼锭加捻和卷绕牵拉，加捻作用力立体扭转所述复合条带，增强所述柔性纤维条带S1与中 间的所述复合纤维条带S2’之间的包缠抱合，牵拉作用力牵引所述复合条带内部纤维及复 合纤维条带S2’长度方向伸展、复合纤维条带S2’在复合条带中沿径向被均匀包缠包覆，经 加捻牵伸后的复合条带形成细度为40～2000特克斯的复合纱条，复合纱条依次经翼锭粗纱 机的旋转翼锭的锭翼顶孔、侧孔、空心臂、压掌杆、压掌叶，最终卷绕到芯纱筒管上，得到呈 芯-鞘结构的磁性纱； S4，制备柔性磁性纱织物：以步骤S3制备的所述磁性纱作为纬纱，高强耐磨纱线为 经纱织造得到预定尺寸的织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.1～0.8T的柔性磁性纱 织物。 优选的，所述柔性导电纱织物的制备方法，包括如下步骤： S11、导电丝包芯纱股线的制备：以导电长丝为芯丝，外包短纤维制备导电丝包芯 纱，再将两根所述导电丝包芯纱捻合形成扭矩平衡的导电丝包芯纱股线； S12、导电线圈织物的绣制：将导电丝包芯纱在耐磨基材上缝制形成呈闭合回路的 柔性导电线圈，得到柔性导电纱织物。 优选的，在步骤S3中，所述磁性纱采用改进的翼锭粗纱装置进行制备；所述改进的 翼锭粗纱装置包括翼锭粗纱机主体和增设的两组退绕装置； 所述翼锭粗纱机主体包括相邻设置并啮合形成前钳口结构的前罗拉和前胶辊，以 及顺次设置的锭翼顶孔、侧孔、空心臂、压掌杆、压掌叶、筒管卷装和芯纱筒管； 所述退绕装置设于所述前钳口的后方，由退绕轴、静电喷丝装置、与所述静电喷丝 装置对应设置的静电收集板、对称设置在所述前钳口上、下两侧的引布辊以及芯条导辊构 成；所述静电喷丝装置与所述静电收集板之间形成静电喷丝区，所述静电喷丝区的后方设 置有退绕辊，所述静电喷丝区的前方设置有所述引布辊。 优选的，将制备的所述柔性磁性纱织物与制备的所述柔性导电纱织物分设于所述 服装本体的衣袖肘部内侧的相对设置的两侧和/或所述服装本体的裤腿膝盖内侧的相对设 置的两侧；将储能单元设置于所述服装本体上；所述储能单元与所述柔性导电纱织物电性 连接，制备得到关节弯曲电磁感应发电的服装； 当穿着该关节弯曲电磁感应发电的服装进行肘部弯曲动作和/或膝盖弯曲动作 时，所述柔性导电纱织物进行不平行于所述柔性磁性纱织物平面方向上的运动，实现弯曲 变形斜向切割磁感线，产生电能。 为了实现上述发明目的，本发明还提供了上述关节弯曲电磁感应发电的服装在自 供能可穿戴服装、军工服装、航空服装、航海服装、野外科考服装、运动探险服装、消防服装、 医疗防护服装中的应用。 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 1.本发明提供的关节弯曲电磁感应发电的服装中，1)通过原位聚合导电聚合物和 浸轧磁性粉体分散液联合改进的翼锭粗纱装置的纺织工艺制备出的柔性磁性纱织物中，磁 性粉体结构稳定、分布均匀，且具备轻质和柔性的优点；通过调节磁性粉体的质量配比可获 得不同大小的感应电能；2)柔性导电纱织物采取柔性导电长丝进行缠绕串联制备导电线圈 组，并且缝制在服装本体上，使其具备一定的柔性和较好的机械性能，柔性舒适且轻便耐 磨，不易在使用过程中摩擦受损。 6 CN 111588105 A 说　明　书 4/9 页 本发明通过将柔性磁性纱织物与柔性导电纱织物设置于人体动作频繁的部位(肘 部和膝部)，利用肘部和膝部的弯曲时，柔性磁性纱织物和柔性导电纱织物的相对位置发生 改变，使得柔性导电纱织物进行不平行于柔性磁性纱织物平面方向上的运动，实现弯曲变 形斜向切割磁感线，产生电磁感应电流，以此将人体的运动机械能转化为电能，用以实现自 发电功能。且肘部和膝部的弯曲动作是日常生活中(特别是在户外运动中)频繁出现的动 作，本发明提供的自发电服装实现了机械能的利用，有效解决了目前可穿戴器件需要依靠 从外部供电或与储能装置等配套工作才能正常使用的缺陷，实现了自供能；另外，本发明仅 是将柔性磁性纱织物与柔性导电纱织物设置于动作频繁的部位，充分利用了机械能的同 时，最大限度保留了服装的舒适性，有助于可穿戴器件朝着柔性化、轻量化、便捷化及智能 化等方向进一步发展。 2.本发明提供的关节弯曲电磁感应发电的服装的制备方法，操作简单，材料的组 成、结构和发电性能可根据实际应用进行调控。 3.本发明提供的关节弯曲电磁感应发电的服装能够将人体机械能宏量地转换为 电能，在制备军工、航空、航海、野外科考、运动探险、消防、医疗防护等服装领域具备巨大的 应用前景。 附图说明 图1为本发明采用的改进的翼锭粗纱装置的结构示意图。 图2为本发明实施例1提供的关节弯曲电磁感应发电的服装上衣肘部的结构示意 图。 图3为本发明实施例2提供的关节弯曲电磁感应发电的服装裤腿膝部的结构示意 图。 图4是实施例1纺出的磁性纱线和编制的柔性磁性织物实物光学图。 图5是本发明实施例1中由测试者行走产生的感应电动势图； 图6是本发明实施例2中由测试者行走产生的感应电动势图； 附图标记： 100、改进的翼锭粗纱装置；1、静电喷丝装置；2、静电收集板；3、引布辊；4、芯条导 辊；5、前胶辊；6、前罗拉；7、锭翼顶孔；8、侧孔；9、筒管卷装；10、压掌叶；11、空心臂；12、压掌 杆；13、芯纱筒管； S1、柔性纤维条带；S2’、复合纤维条带； A、A1、A2：柔性磁性纱织物；B、B1、B2：柔性导电纱织物。