关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及功能性纺织品加工技术领域，尤其涉及一种关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法和应用。
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。
发明内容
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。
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。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1所示，本发明采用的改进的翼锭粗纱装置100包括翼锭粗纱机本体和增设的两组退绕装置；
所述翼锭粗纱机本体包括相邻设置并啮合形成前钳口结构的前罗拉6和前胶辊5，还包括顺次设置的锭翼顶孔7、侧孔8、空心臂11、压掌杆12、压掌叶10、筒管卷装9和芯纱筒管13；
所述退绕装置增设于所述前钳口的后方，由退绕轴、静电喷丝装置1、与所述静电喷丝装置1对应设置的静电收集板2、对称设置在所述前钳口的上、下两侧的引布辊3以及芯条导辊4构成；所述静电喷丝装置1与所述静电收集板2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3。
本发明提供了一种关节弯曲电磁感应发电的服装的制备方法，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100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8、侧孔9、空心臂10、压掌杆11、压掌叶12，最终卷绕到芯纱筒管13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。
具体对磁性纱织物进行充磁处理的方法为：先将样品放置于直径为50厘米，深度为3厘米的圆柱型充磁台内腔中，圆柱型充磁台的内腔外有充磁线圈，在9千伏、10毫秒的瞬间可以为内腔提供中心强度为3特斯拉竖直向上的瞬间磁场。
将上述磁性纱织物水平放置在充磁台内腔中充磁，冲磁完毕后平铺样品，样品内部即会存在N极竖直向上的磁场方向。含有钕铁硼磁粉的样品在充磁台内腔中被瞬间充磁到磁饱和强度，充磁后的剩磁磁场强度与样品所含的钕铁硼磁粉含量正相关。
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：以耐磨面料为基材，将步骤B1得到的所述导电丝包芯纱股线按预定图案绣缝在所述耐磨面料表面，得到柔性导电纱织物；所述图案呈一个或多个闭合回路。
最后，将步骤S4制备的所述柔性磁性纱织物与步骤S12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。
下面通过具体的实施例对本发明提供的关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法做进一步的详细描述。
实施例1
一种关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法，包括如下步骤：
S1，制备柔性纤维条带S1：将面密度为50克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为400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10mm、线密度为500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100nm、磁性粉体质量浓度为10％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100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，输出的线速度为20米/分钟，输出后的复合条带受到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800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8、侧孔9、空心臂10、压掌杆11、压掌叶12，最终卷绕到芯纱筒管13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5×5cm尺寸的织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.4T的柔性磁性纱织物。
制备柔性导电纱织物：
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：将导电丝包芯纱缠绕100圈成导电线圈，形成闭合回路，并将10个所述导电线圈串联缝制在耐磨基材上，得到5×5cm尺寸的导电纱织物，形成线圈导体；所述导电丝包芯纱内的导电长丝为铜丝，所述导电长丝的直径为0.05mm。
最后，将步骤S4制备的所述柔性磁性纱织物与步骤S12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；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。
如图2所示，其中A、A1为设置于上衣肘部内侧上向位置的柔性磁性纱织物，B、B1为设置于肘部内侧下向位置的柔性导电纱织物。
进行发电服装可穿戴式应用时，用户穿上实施例1制备的服装，通过人体肘部弯曲运动，使得柔性导电纱织物进行不平行于柔性磁性纱织物方向上的运动，实现弯曲变形斜向切割磁感线，产生电磁感应电流，以此将机械能转化为电能，然后将所述电能储存在充电适配装置中，实现自供电的充电功能。
当然，柔性磁性纱织物A、A1的位置还可以设置于上衣肘部内侧下向位置，柔性导电纱织物B、B1对应设置于上衣肘部内侧上向位置，该结构设计的发电服装在进行肘部弯曲动作时，同样能达到弯曲变形斜向切割磁感线的效果，实现自发电功能。
经测试，由本实施例生产的磁性纱织物和导电线圈织物组成的弯曲式电磁感应式发电柔性织物在测试者行走速度为1.3米/秒时，能够产生峰值电压为1.9伏特的交流感应电能，测试者行走过程产生的感应电动势图如图5所示。
实施例2
一种关节弯曲电磁感应发电的服装及其制备方法，包括如下步骤：
S1，制备柔性纤维条带S1：将面密度为100克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为500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20mm、线密度为400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500nm、磁性粉体质量浓度为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100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，输出的线速度为15米/分钟，输出后的复合条带受到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1000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8、侧孔9、空心臂10、压掌杆11、压掌叶12，最终卷绕到芯纱筒管13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10×10cm尺寸的织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.8T的柔性磁性纱织物；
制备柔性导电纱织物：
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：将导电丝包芯纱缠绕80圈成导电线圈，形成闭合回路，并将20个所述导电线圈串联缝制在耐磨基材上，得到10×10cm尺寸的柔性导电纱织物，形成线圈导体；所述的导电丝包芯纱内的导电长丝为铜丝，所述导电长丝的直径为0.1mm。
最后，将步骤S4制备的所述柔性磁性纱织物与步骤S12制备的所述柔性导电纱织物分设于所述服装本体的裤腿膝盖部内侧的相对设置的两侧；将储能单元设置于所述服装本体裤子上；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。
如图3所示，其中A2为设置于裤腿膝部内侧上向位置的柔性磁性纱织物，B2为设置于裤腿膝部内侧下向位置的柔性导电纱织物。
进行发电服装可穿戴式自供能应用时，用户穿上实施例2制备的服装，通过人体膝盖弯曲运动，使得柔性导电纱织物进行不平行于柔性磁性纱织物方向上的运动，实现弯曲变形斜向切割磁感线，产生电磁感应电流，以此将机械能转化为电能，然后将所述电能储存在锂电池中，实现自供电的充电功能。
当然，柔性磁性纱织物A2的位置还可以设置于裤腿膝部内侧下向位置，柔性导电纱织物B2对应设置于裤腿膝部内侧上向位置，该结构设计的发电服装在进行膝盖弯曲动作时，同样能达到弯曲变形斜向切割磁感线的效果，实现自发电功能。
经测试，由本实施例生产的磁性纱织物和导电线圈织物组成的弯曲式电磁感应式发电柔性织物在测试者行走速度为1.3米/秒时，能够产生峰值电压为1.4伏特的交流感应电能，测试者行走过程产生的感应电动势图如图6所示。
需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，当在垂直方向上所述服装本体自然伸展时，所述磁性纱织物的中轴线与所述导电纱织物的中轴线可以是垂直的，也可以是相互平行的，且上述两个中轴线之间的距离小于磁性纱织物和导电纱织物宽度之和的一半，在此情况下制备的服装在进行肘部和/或膝部弯曲运动时，均能弯曲变形斜向切割磁感线，产生电能。
本领域的技术人员还应当理解，本发明中磁性纱织物(见图4)和导电纱织物在服装本体上的位置设置并不限于图2至图3中所示的位置，还可以是上衣衣袖肘部和/或裤腿膝部上内侧的其它相对应位置，通过弯曲动作，均能有效产生本发明中的电磁感应效应，实现弯曲变形斜向切割磁感线产生电能，用以实现自发电的功能。
本领域的技术人员还应当理解，所述磁性粉体还可以为氧化铁磁粉、二氧化铬磁粉、钴-氧化铁磁粉、金属磁粉中的一种或多种，所述导电长丝还可以为铝丝、银丝、金丝中的一种或几种，由此制备出的磁性纱织物和导电纱织物在进行弯曲动作时，均能产生电磁感应效应，产生感应电流，用以将机械能转换为电能，实现自发电的功能。
综上所述，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，进行肘部弯曲动作和/或膝盖弯曲动作时，柔性导电纱织物在柔性磁性纱织物产生的磁场里做切割磁感线运动，产生电能，实现弯曲变形斜向切割磁感线进行发电并储能，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。本发明提供的制备方法操作简单，材料的组成、结构和性能可根据实际应用进行调控。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
