CN106388117A - 一种基于压电发电的保暖鞋 - Google Patents
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Abstract
一种基于压电发电的保暖鞋，包括鞋底和鞋面，鞋底内设有空腔体，空腔体内安装有均与电路板连接的多个压电发电装置、电荷采集装置、温度控制装置，压电发电装置包括基板、粘合在基板上的压电片、设置在压电片上方的活动板、盖合在空腔体上的盖板，活动板的两端均通过弹性板与空腔体的内壁连接，活动板的底部嵌设有凸出设置用于移动挤压压电片发电的椭球体，盖板下方设有施力给弹性板使其变形带动活动板移动的压条。本发明当活动板左右被拉动时，椭球体经过压电片对其进行多次挤压，将机械能转化为电能，提高发电量。本发明结构简单，使用方便，充分而高效地将人体行走过程中浪费地能量转换成电能，成本低，易于大量生产。
Description
技术领域
本发明属于压电发电装置，涉及一种基于压电发电的保暖鞋。
背景技术
严冬季节，人们都希望在室外时能够与室内一样温暖。而且，人的身体各个部位的耐寒程度不同。通常时，脚部较低，故脚部取暖对人体保暖十分重要。
目前市面上提供的保暖鞋除保温材料外多以蓄电池、USB接口的电源充电供电发热为主，但这种每次取暖需找电源充电，比较麻烦。另外现在很多专利公开在在鞋底安装压电发电装置的结构，但是存在不能保证产电集电高效的缺点。
发明内容
本发明提供了一种产电集电高效、结构简单、制造安装方便、成本低的基于压电发电的保暖鞋。
本发明采用的技术方案是：
一种基于压电发电的保暖鞋，包括鞋底和鞋面，鞋底内设有空腔体，空腔体内安装有均与电路板连接的多个压电发电装置、电荷采集装置、温度控制装置，其特征在于：压电发电装置包括基板、粘合在基板上的压电片、设置在压电片上方的活动板、盖合在空腔体上的盖板，活动板的两端均通过弹性板与空腔体的内壁连接，活动板的底部嵌设有凸出设置用于移动挤压压电片发电的椭球体，盖板下方设有施力给弹性板使其变形带动活动板移动的压条。本发明通过脚踩盖板施力给弹性板，弹性板的变形带动活动板移动，活动板底部的椭球体经过压电片和基板，造成挤压，使压电片受压变形发电；在弹性板在不受力恢复形变时，再一次带动活动板移动，压电片再一次在椭球体挤压下发电，使得保暖鞋的压电发电装置在走动过程中一直在发电，给电路板供电取暖，多余的电储存在电荷采集装置内供不运动或运动量不大时释放供电给电路板取暖，通过提高周期内的挤压发电次数来提高机械能的转换率，提高发电量。同时椭球体对压电片的挤压降低压电片的磨损并且产电几乎均匀稳定。
进一步，空腔体内安装有间隔分布的多个压电片，中间两个压电片的间隔比两边相邻压电片的间隔大。由于脚对盖板的力是不均匀的，从而弹性板的变形程度也不同，为了确保每次运动都能产生电量，因此在空腔体内设置多个压电片。
进一步，活动板设有前后两个，其外端均通过两个弹性板连接于空腔体的内壁上。当弹性板受力变形时，带动活动板分别往两端移动，带动椭球体挤压压电片发电；当弹性板不受力恢复形变时，带动活动板分别往中间移动，带动椭球体再次挤压压电片发电，提高压电片的发电效率。
进一步，活动板底部设有矩阵形式排列的椭球体，相邻压电片的间隔内均设有一排椭球体，保证每次运动椭球体至少会经过一个压电片进行挤压发电，以保证压电发电装置能够持续发电。
进一步，椭球体与鞋底相切设置，以保证椭球体在移动过程中能够对压电片进行挤压。
进一步，鞋底空腔体内壁上设有防水及阻燃薄膜层。
进一步，电路板采用碳纤维发热材料，其设置在鞋垫和盖板之间。
进一步，盖板与空腔体间隙配合，在人体走动时盖板能很好得将力施加给弹性板。
本发明的有益效果：通过多个椭球体同时挤压压电片使之产生较大形变，另弹性板的弯曲与恢复带动活动板来回运动即来回对压电发电装置挤压使周期内发电次数提高，这样就将人体浪费的能量重新被人体所高效利用。该装置结构简单，易于制造，方便安装，成本低，更重要的可以大大提高电荷利用率，特别适合于寒冷时期体寒人群及外出活动的人群。
附图说明
图1是本发明的分解示意图。
图2是本发明的压电发电装置结构示意图。
图3是本发明的压电发电装置的上部结构示意图。
图4是本发明的压电发电装置的下部结构示意图。
图5是本发明的压电发电装置的爆炸剖面示意图。
图6是本发明的压电发电装置的剖面示意图。
图7是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参见图1-7，一种基于压电发电的保暖鞋，包括鞋底9和鞋面，鞋底9内设有空腔体3，鞋底空腔体3内壁上设有防水及阻燃薄膜层，空腔体3内安装有均与电路板连接的多个压电发电装置、电荷采集装置7、温度控制装置8，电路板采用碳纤维发热材料，其设置在鞋垫和盖板之间，压电发电装置包括基板2、粘合在基板2上的压电片1、设置在压电片1上方的活动板4、盖合在空腔体3上的盖板6， 活动板4的两端均通过弹性板5与空腔体3的内壁连接，活动板4的底部嵌设有凸出设置用于移动挤压压电片1发电的椭球体10，盖板6与空腔体3间隙配合，在人体走动时盖板能很好得将力施加给弹性板，盖板6下方设有施力给弹性板5使其变形带动活动板4移动的压条11。本发明通过脚踩盖板6施力给弹性板5，弹性板5的变形带动活动板4移动，活动板4底部的椭球体10经过压电片1和基板2，造成挤压，使压电片1受压变形发电；在弹性板5在不受力恢复形变时，再一次带动活动板4移动，压电片1再一次在椭球体10挤压下发电，使得保暖鞋的压电发电装置在走动过程中一直在发电，给电路板供电取暖，多余的电储存在电荷采集装置7内供不运动或运动量不大时释放供电给电路板取暖，通过提高周期内的挤压发电次数来提高机械能的转换率，提高发电量。同时椭球体10对压电片1的挤压降低压电片的磨损并且产电几乎均匀稳定。
本实施例空腔体3内安装有间隔分布的十个压电片1，中间两个压电片1的间隔比两边相邻压电片1的间隔大。由于脚对盖板6的力是不均匀的，从而弹性板5的变形程度也不同，为了确保每次运动都能产生电量，因此在空腔体3内设置多个压电片1。
本实施例活动板4设有前后两个，其外端均通过两个弹性板5连接于空腔体3的内壁上。当弹性板5受力变形时，带动活动板4分别往两端移动，带动椭球体10挤压压电片1发电；当弹性板5不受力恢复形变时，带动活动板4分别往中间移动，带动椭球体10再次挤压压电片1发电，提高压电片1的发电效率。本实施例弹性板5是一弹性铁片。
本实施例活动板4底部设有矩阵形式排列的椭球体10，相邻压电片1的间隔内均设有一排椭球体10，保证每次运动椭球体10至少会经过一个压电片1进行挤压发电，以保证压电发电装置能够持续发电。椭球体10与鞋底相切设置，以保证椭球体10在移动过程中能够对压电片1进行挤压。
本发明使用时，当人行走时，脚不断对盖板6施加向下的力，进而传递给弹性板5，弹性板5发生弹性形变弯曲变形，拉动与之固定相连的活动板4向两端运动，活动板4下端突出的椭球体10经过压电片1与基板2，造成挤压，使压电片1受压变形发电；当脚离地后，由于弹性板5要恢复形变，则推动活动板4向中间运动，压电片1再一次受到挤压发电。
考虑到脚对盖板的力及弹性板的变形程度，在鞋底空腔设有十个小型压电发电装置，椭球体10刚好分布在两个小型压电发电装置之间，以保证每次运动椭球至少会经过一个小型压电发电装置。由此可见，通过这种结构可以提高在周期内挤压发电的次数不仅提高机械能的转化率，而且提高压电装置的使用率，进而提高发电量。与压电发电装置进行挤压的是光滑的椭球状物体，所以在挤压前后磨损较少，且逐渐与之接触挤压使得产电几乎均匀稳定。这种结构简单，成本低，易与生产安装。小型压电装置用导线串联，利用电路板（图中未显示）作为电荷方向的运动的载体，所有装置均与电路板相连，压电发电装置将产生的电荷通过电路板被电荷采集装置7（如锂电池）收集。本装置采用碳纤维发热材料做成电路板放置于鞋底盖板上，碳纤维有防潮防湿的有点且电量利用率高发热效果好，同时温度控制装置8设定人体足部最适宜的温度，利用反馈工作原理，检测温度并控制在设定温度范围内。从而可以保证行走时运动转化的电能一部分供足部取暖，且温度适宜，一部分多余的电荷存储当不运动或运动量不大时释放保暖。
Claims (8)
1.一种基于压电发电的保暖鞋，包括鞋底和鞋面，鞋底内设有空腔体，空腔体内安装有均与电路板连接的多个压电发电装置、电荷采集装置、温度控制装置，其特征在于：压电发电装置包括基板、粘合在基板上的压电片、设置在压电片上方的活动板、盖合在空腔体上的盖板，活动板的两端均通过弹性板与空腔体的内壁连接，活动板的底部嵌设有凸出设置用于移动挤压压电片发电的椭球体，盖板下方设有施力给弹性板使其变形带动活动板移动的压条。
2.根据权1所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：空腔体内安装有间隔分布的多个压电片，中间两个压电片的间隔比两边相邻压电片的间隔大。
3.根据权1所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：活动板设有前后两个，其外端均通过两个弹性板连接于空腔体的内壁上。
4.根据权1所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：活动板底部设有矩阵形式排列的椭球体，相邻压电片的间隔内均设有一排椭球体。
5.根据权4所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：椭球体与鞋底相切设置。
6.根据权1~5之一所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：鞋底空腔体内壁上设有防水及阻燃薄膜层。
7.根据权6所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：电路板采用碳纤维发热材料，其设置在鞋垫和盖板之间。
8.根据权7所述的一种基于压电发电的保暖鞋，其特征在于：盖板与空腔体间隙配合。
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