CN101606764B - 一种多功能发电发热鞋 - Google Patents

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Abstract

一种多功能发电发热鞋，包括鞋面、鞋底、带发热元件的鞋垫和设置在鞋底内的发电装置，发电装置包括发电部分、电能存储控制部分和输出接口，鞋垫发热元件与发电装置第一输出接口连接；发电部分包括盒体、设置于盒体内的位移部件、圆锥齿轮组、圆柱齿轮系和发电机；齿轮齿条、圆锥齿轮组和圆柱齿轮系的传动比满足发电机转速要求；电能存储控制部分包括依次连接的整流电路、输入电压检测保护电路、能量存储电路、开关控制电路和输出保护电路，整流电路输入端连接发电机输出端；输出接口至少包括连接地和第二电控开关输出端的第一输出接口。本发明可连续发热，使用前无需充电，使用中自动充电，使用简便，可作为小型用电设备备用电源和充电电源。

Description

一种多功能发电发热鞋
技术领域
本发明涉及一种具有发电功能的鞋，更具体地说，涉及一种多功能发电发热鞋。
背景技术
保暖是鞋的一大功能，在寒冷的冬季，人们需要对脚进行保暖，以防冻伤，在冬季、特别是在高纬度地区的冬季，对经常进行户外活动的人来说，脚的保暖更为重要。因为只有保暖功能、没有供热功能，在低温(如零度以下)的冬季环境里，传统的皮鞋、棉鞋、靴子等冬季用鞋已不能满足人们的保暖要求，为解决这一问题，出现了具有发热功能的发热鞋。
现有的发热鞋是在鞋的底部安装可充电电池给带有发热元件的鞋垫供电使其发热，达到保暖、供热的目的。
但是，在实际使用中，现有的发热鞋存在如下缺陷：
1、每次使用前，需要利用市电对鞋内的可充电电池进行充电，给使用带来很大麻烦；
2、鞋内可充电电池的容量是有限的，当一次充电完成后使用发热鞋，在有限的时间内电池的电能被耗尽，又需要进行再次充电，在实际使用中再次充电是难以做到的，这样，发热鞋就成立只能在部分时间内发热的发热鞋，而在电池耗尽再次充电前的时间里，与普通鞋一样不能发热，失去了发热鞋的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，克服现有发热鞋需要市电进行充电、电能耗尽后需要再次充电的缺陷，提供一种满足人们连续使用的多功能发电发热鞋。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多功能发电发热鞋，包括鞋面和鞋底，其特征在于，还包括内设发热元件的鞋垫和主体结构设置在该鞋底内的发电装置，所述发电装置包括发电部分、电能存储控制部分和输出接口；所述发电部分包括盒体、设置于该盒体内的位移部件、圆锥齿轮组、圆柱齿轮系和发电机；所述位移部件包括位于该盒体对应导向槽内、穿出该盒体底部并位于所述鞋底底面一侧的移动件、设置于所述导向槽内与该移动件配合的受压弹性件、设置在该移动件外侧壁的齿条和转动支承在该盒体结构上的第一齿轮；所述圆锥齿轮组包括相互配合、转动支承在该盒体结构上的第一圆锥齿轮和第二圆锥齿轮，该第一圆锥齿轮与所述第一齿轮同轴；所述圆柱齿轮系包括支承在该盒体结构上的多级圆柱齿轮传动，该圆柱齿轮系的输入齿轮与所述第二圆锥齿轮同轴，该圆柱齿轮系的输出齿轮连接在所述发电机的转子轴端，所述第一齿轮和齿条、圆锥齿轮组和圆柱齿轮系的传动比满足所述发电机转速要求；所述电能存储控制部分包括依次连接的整流电路、输入电压检测保护电路、能量存储电路、开关控制电路、输出保护电路，所述整流电路输入端连接所述发电机输出端；所述输出接口包括设置在所述输出保护电路输出侧的第一输出接口，所述鞋垫发热元件连接在该第一输出接口上。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述输入电压检测保护电路包括第一运算放大器、第一电控开关及相应电阻、二极管和三极管，该第一电控开关设置在该电路高电位输出端，该三极管的集电极与发射极分别与该第一电控开关连接；所述能量存储电路包括串接在该输入电压检测保护电路输出高电位端与地之间的电能存储元件；所述开关控制电路包括控制所述能量存储电路和输出保护电路之间处于连续导通状态或连续断开状态的控制开关；所述输出保护电路包括第二电控开关、第二运算放大器及相应电阻、二极管，该第二电控开关位于电路的高电位侧，该第二运算放大器控制端与该第二电控开关控制端连接。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述开关控制电路的控制开关包括串接在所述电能存储元件高电位端与所述第二电控开关之间的单刀双掷开关，所述第二电控开关处于常开状态。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述开关控制电路包括微动开关、MCU芯片或时基电路或数字逻辑门电路或触发器、三极管和相应的电阻，该微动开关串接在地和该MCU芯片或时基电路或数字逻辑门电路或触发器控制脚或端之间并设置在该发热鞋的外侧表面或内侧表面，该开关控制电路中的三极管的集电极与发射极分别与所述第二电控开关连接，该MCU芯片或时基电路或数字逻辑门电路或触发器的输出控制脚或端与该三极管基极连接。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述受压弹性件为弹簧或弹性橡胶，所述位移部件还包括导向柱，所述移动件包括容纳所述弹簧或弹性橡胶并带有底部的内腔；所述导向柱上端穿过所述盒体的对应结构通孔并包括与该盒体的对应结构通孔限位配合的上端突台，其下端穿过所述弹簧或弹性橡胶及所述移动件底部通孔并包括与该移动件底部通孔限位配合的下端突台。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述圆柱齿轮系为三级圆柱齿轮传动。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述输出接口包括第二输出接口，该第二输出接口一端连接地、另一端连接所述第一电控开关输出端；该第二输出接口设置在该发热鞋的外侧表面；所述发热鞋还包括盖扣，该盖扣一端转动连接在该发热鞋鞋体上，另一端包括与鞋体上对应的孔配合的凸起，该凸起与所述鞋体上对应孔配合时，该盖扣覆盖所述第二输出接口。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述电能存储元件为充电电池。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述电能存储控制部分设置在PCB板上，所述发电部分和所述PCB板设置在鞋跟内或鞋掌内，所述第一输出接口设置在所述盒体顶面。
在本发明的多功能发电发热鞋中，所述PCB板设置在所述盒体内。
实施本发明的多功能发电发热鞋，与现有技术比较，其有益效果是：
1、通过设置发电机和电能存储装置，将人的行走动能转换为鞋的发热电能并进行储能，使得本发明的发热鞋只要穿着者处于行走中，就能够给鞋内发热元件源源不断地供电(或储能)，从而彻底解决了现有发热鞋需要市电重复充电给使用这带来的麻烦，成为可连续发热的发热鞋；
2、使用前无需预先充电，使用中自动充电，使用极其简便；
3、设置充电接口，可以作为小型用电设备如手机、MP3、MP4、数码相机、LED手电、收音机、录放机等的室外备用电源和充电电源，对于野外作业人员，具有特别重要的意义；
4、在不需使用鞋的发热功能时，可关断鞋的发热元件供电开关，将发热鞋作为特殊电源使用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明多功能发电发热鞋的鞋底部分一种实施例的剖视图。
图2是本发明多功能发电发热鞋的鞋底部分分解立体图。
图3是本发明多功能发电发热鞋发电装置一种实施方式的分解立体图。
图4是本发明多功能发电发热鞋发电装置一种实施方式去掉盒体上盖后的主视图。
图5是图4中A-A剖视图。
图6是图4中B-B剖视图。
图7是图4中C-C剖视图。
图8是本发明多功能发电发热鞋的电路逻辑关系图。
图9是本发明多功能发电发热鞋电路图的一种实施方式。
图10是本发明多功能发电发热鞋控制开关控制方法流程图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明多功能发电发热鞋包括鞋面(图中未示出)、鞋底200、内设发热元件211的鞋垫210和主体结构设置在鞋底200的鞋跟220内的发电装置，发电装置包括发电部分、电能存储控制部分和输出接口，鞋垫发热元件211通过连接插头212连接在发电装置的第一输出接口110上。鞋垫发热元件211采用电热丝等常用发热元件。
在其它实施例中，发电装置可以设置在鞋底200的鞋掌230内，如可设置在厚底鞋的鞋掌内。
如图2至图7所示，发电部分100包括盒体(盒体包括相互配合的下盒4和上盖1)、设置于盒体内的位移部件、圆锥齿轮组、圆柱齿轮系和发电机。
位移部件包括位于盒体对应导向槽内、穿出盒体的下盒4底部并位于鞋底底面(鞋跟或鞋掌底面)一侧的移动件8、设置于导向槽内与移动件8配合的受压弹簧10和导向柱9(如采用移动限位铆钉)、设置在移动件8外侧壁的齿条81和转动支承在盒体结构上的第一齿轮6。移动件8包括容纳弹簧并带有底部的内腔，导向柱9上端穿过盒体的对应结构通孔并包括与该通孔限位配合的上端突台91，下端穿过弹簧及移动件8的底部通孔并包括与该通孔限位配合的下端突台92。
在其它实施例中，弹簧10可以用其它受压弹性元件如弹性橡胶等代替。
在其它实施例中，可以不设置导向柱9，而仅设置在盒体导槽中相互配合的移动件件与弹性受压件即可实现本发明目的。
圆锥齿轮组包括相互配合、转动支承在盒体结构上的第一圆锥齿轮5和第二圆锥齿轮51，第一圆锥齿轮5与第一齿轮6同轴。
圆柱齿轮系3包括支承在盒体结构上的多级圆柱齿轮传动，该圆柱齿轮系的输入齿轮52与第二圆锥齿轮51同轴，该圆柱齿轮系的输出齿轮2连接在发电机11的转子轴端。在本实施例中，圆柱齿轮系3为三级圆柱齿轮传动。在其它实施例中，可以采用其它级数的圆柱齿轮传动。
上述齿轮齿条、圆锥齿轮组和圆柱齿轮系的传动比满足发电机转速要求。
如图8、图9所示，电能存储控制部分包括依次连接的整流电路、输入电压检测保护电路、能量存储电路、开关控制电路、输出保护电路。
整流电路301输入端连接发电机11的输出端，整流电路采用常用的桥式整流电路如全桥整流电路等。
输入电压检测保护电路采用第一运算放大器302、第一电控开关303及相应电阻、二极管、三极管等构成，第一电控开关303设置在该电路高电位输出端，该三极管的集电极与发射极分别与第一电控开关303连接。设置第一运算放大器302的动作电压为过压保护值(本实施例设定过压保护值为5伏，在其它实施例中，可以取其它的过压保护值)。当后续电路的电能存储元件305的电压小于等于过压保护值时，第一运算放大器302控制第一电控开关303处于导通状态，对电能存储元件305进行持续充电；当后续电路的电能存储元件305的电压大于该过压保护值时，第一运算放大器302控制第一电控开关303处于断开状态，对电能存储元件305进行过充电保护。
在其它实施例中，也可以采用其它常用输入电压检测保护电路。
能量存储电路包括串接在输入电压检测保护电路输出高电位端与地之间的电能存储元件305。在本实施例中，电能存储元件305采用超级电容，在其它实施例中，电能存储元件305可以采用充电电池等电能存储元件。
开关控制电路包括控制能量存储电路和输出保护电路之间处于连续导通状态或连续断开状态的控制开关。在本实施例中，为了缩小控制开关体积，采用微动开关304、MCU芯片306和三极管、电阻等构成，微动开关304串接在地和MCU芯片306控制脚之间并设置在发热鞋的外侧表面或内侧表面，该三极管的集电极与发射极分别与后续的第二电控开关307连接，以控制第二电控开关307的通断状态(该第二电控开关307通常情况处于断开状态)，MCU芯片的输出控制脚与三极管基极连接，MCU芯片可采用PIC10F200、PIC10F202、PIC10F204、PIC10F206、PIC10F222等芯片。
如图10所示，在MCU芯片中设置开关控制程序：首先MCU芯片判断电能存储元件305电压是否达到输出值(本实施例设置为4.2伏)，未达到输出值程序返回，达到输出值MCU芯片继续判断微动开关的按下次数是否为奇数次，如按下次数为奇数次(对应于高电平)，MCU芯片控制第二电控开关导通，对发热负载进行供电；如按下次数为偶数次(对应于低电平)，MCU芯片控制第二电控开关断开，停止对发热负载的供电。
在其它实施例中，上述MCU芯片可用时基电路(如时基电路555，556等)、数字逻辑门电路(如数字逻辑门电路40系列、54系列等)、或触发器(如触发器CD4011、CD4013、LM555、LM 556、UC555、UC 556等)代替。
在其它实施例中，可直接利用串接在电能存储元件高电位端与第二电控开关之间的单刀双掷开关来实现控制开关的功能，此时要求第二电控开关处于常开状态。通常需要配置显示电能存储元件305电压状态的红绿显示灯，如红灯亮显示电能存储元件305电压未达到输出值，需继续充电，此时不操作单刀双掷开关导通；如绿灯亮显示电能存储元件305电压已达到输出值，可以操作单刀双掷开关导通对发热负载供电。当然，也可不设红绿显示灯。
输出保护电路包括位于高电位的第二电控开关307和控制端与该第二电控开关307控制端连接的第二运算放大器308和电阻、二极管等。当负载端发生短路时，第二运算放大器308控制第二电控开关307断开，以保护电能存储元件和发电机的安全。在其它实施例中，也可以采用其它输出保护电路。
输出接口包括分别连接地和第二电控开关输出端的第一输出接口110和分别连接地和第一电控开关303输出端的第二输出接口221。第二输出接口221作为备用电源接口，设置在该发热鞋的鞋跟侧面(当然，也可以设置在发热鞋的其它外侧表面)。为了保护第二输出接口221，设置盖扣222，该盖扣一端转动连接在该发热鞋鞋体上，另一端包括与鞋体上对应的孔配合的凸起，该凸起与鞋体上对应孔配合时，该盖扣覆盖第二输出接口221。第二输出接口221可以作为小型用电设备如手机、MP3、MP4、数码相机、LED手电、收音机、录放机等的室外备用电源和充电电源。
在其它实施例中，输出接口可以不设置第二输出接口，仅设置第一输出接口。
如图3所示，本实施例中将电能存储控制部分设置在PCB板7上，然后将该PCB板7与发电部分一起设置在盒体内，将第一输出接口110设置在盒体顶面，再将盒体设置在鞋跟内或鞋掌内。
在其它实施例中，PCB板可以设置在盒体外，甚至第一输出接口110也设置在盒体外，只要该第一输出接口110与鞋垫发热元件211的连接插头212连接即可。
在其它实施例中，甚至可以不采用PCB板，而直接采用电子元件构成电能存储控制部分设置在盒体内或鞋底结构内。

Claims (10)

1.一种多功能发电发热鞋，包括鞋面和鞋底，其特征在于，还包括内设发热元件的鞋垫和主体结构设置在该鞋底内的发电装置，所述发电装置包括发电部分、电能存储控制部分和输出接口；
所述发电部分包括盒体、设置于该盒体内的位移部件、圆锥齿轮组、圆柱齿轮系和发电机；所述位移部件包括位于该盒体对应导向槽内、穿出该盒体底部并位于所述鞋底底面一侧的移动件、设置于所述导向槽内与该移动件配合的受压弹性件、设置在该移动件外侧壁的齿条和转动支承在该盒体结构上的第一齿轮；所述圆锥齿轮组包括相互配合、转动支承在该盒体结构上的第一圆锥齿轮和第二圆锥齿轮，该第一圆锥齿轮与所述第一齿轮同轴；所述圆柱齿轮系包括支承在该盒体结构上的多级圆柱齿轮传动，该圆柱齿轮系的输入齿轮与所述第二圆锥齿轮同轴，该圆柱齿轮系的输出齿轮连接在所述发电机的转子轴端，所述第一齿轮和齿条、圆锥齿轮组和圆柱齿轮系的传动比满足所述发电机转速要求；
所述电能存储控制部分包括依次连接的整流电路、输入电压检测保护电路、能量存储电路、开关控制电路、输出保护电路，所述整流电路输入端连接所述发电机输出端；
所述输出接口包括设置在所述输出保护电路输出侧的第一输出接口，所述鞋垫发热元件连接在该第一输出接口上。
2.如权利要求1所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述输入电压检测保护电路包括第一运算放大器、第一电控开关及相应电阻、二极管和三极管，该第一电控开关设置在该电路高电位输出端，该三极管的集电极与发射极分别与该第一电控开关连接；
所述能量存储电路包括串接在该输入电压检测保护电路输出高电位端与地之间的电能存储元件；
所述开关控制电路包括控制所述能量存储电路和输出保护电路之间处于连续导通状态或连续断开状态的控制开关；
所述输出保护电路包括第二电控开关、第二运算放大器及相应电阻、二极管，该第二电控开关位于电路的高电位侧，该第二运算放大器控制端与该第二电控开关控制端连接。
3.如权利要求2所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述开关控制电路的控制开关包括串接在所述电能存储元件高电位端与所述第二电控开关之间的单刀双掷开关，所述第二电控开关处于常开状态。
4.如权利要求2所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述开关控制电路包括微动开关、MCU芯片或时基电路或数字逻辑门电路或触发器、三极管和相应的电阻，该微动开关串接在地和该MCU芯片或时基电路或数字逻辑门电路或触发器控制脚或端之间并设置在该发热鞋的外侧表面或内侧表面，该开关控制电路中的三极管的集电极与发射极分别与所述第二电控开关连接，该MCU芯片或时基电路或数字逻辑门电路或触发器的输出控制脚或端与该三极管基极连接。
5.如权利要求2所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述受压弹性件为弹簧或弹性橡胶，所述位移部件还包括导向柱，所述移动件包括容纳所述弹簧或弹性橡胶并带有底部的内腔；所述导向柱上端穿过所述盒体的对应结构通孔并包括与该盒体的对应结构通孔限位配合的上端突台，其下端穿过所述弹簧或弹性橡胶及所述移动件底部通孔并包括与该移动件底部通孔限位配合的下端突台。
6.如权利要求2所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述圆柱齿轮系为三级圆柱齿轮传动。
7.如权利要求2所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述输出接口包括第二输出接口，该第二输出接口一端连接地、另一端连接所述第一电控开关输出端；该第二输出接口设置在该发热鞋的外侧表面；所述发热鞋还包括盖扣，该盖扣一端转动连接在该发热鞋鞋体上，另一端包括与鞋体上对应的孔配合的凸起，该凸起与所述鞋体上对应孔配合时，该盖扣覆盖所述第二输出接口。
8.如权利要求2所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述电能存储元件为充电电池。
9.如权利要求1至8之一所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述电能存储控制部分设置在PCB板上，所述发电部分和所述PCB板设置在鞋跟内或鞋掌内，所述第一输出接口设置在所述盒体顶面。
10.如权利要求9所述的多功能发电发热鞋，其特征在于：所述PCB板设置在所述盒体内。
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