CN107744211A - 一种多功能鞋垫及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能鞋垫及其工作方法，包括具有外壳的发电装置，在外壳内设有压力传动机构、齿条传动机构与微型发电机；压力传动机构包括压板及复位弹簧，压板的一端与外壳铰接，压板的另一端朝下设有压力传动齿条；齿条传动机构包括棘轮、棘齿板、齿轮传动齿条以及小齿轮、大齿轮，小齿轮与压力传动齿条啮合，齿轮传动齿条与棘齿板转动连接，齿轮传动齿条与大齿轮啮合，棘齿板包括棘齿板本体及两个棘齿条，棘齿板在齿轮传动齿条前后移动的带动下使得两个棘齿条分别与棘轮啮合，棘轮与微型发电机的电机轴相连，微型发电机连接有导线接口。本发明使得在人行走时始终对棘轮做功使其单向旋转，进而促使微型发电机发电，保持较高的功率输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种鞋垫，特别涉及是一种多功能的发电鞋垫，尤其适用于给小型电子设备充电。
背景技术
鞋是人们生活不可或缺的，主要用途是用于行走。随着人们生活水平的提高，各式各样的鞋被设计出来，如气垫鞋，防滑鞋。
目前生活中很少有一种可以蓄电的鞋子，或鞋垫。特别是在野外活动等一些特殊的场合，人们往往会发现无法及时给手机等一些小型用电器进行有效的充电；由此专利号为：“CN200520073075.9”的中国专利公开了“带发电装置的鞋垫”，该专利旨在通过以下方式实现发电：人行走过程中通过脚后跟踏动鞋垫内的压板，压板带动跷板下旋，使跷板轴上的齿轮与传动机构中的输入端的齿轮啮合，带动斜角齿轮组转动，再通过变速齿轮组提速最后带动微型发电机发电，实现机械能到电能的转化。
上述专利结构存在的问题是：采用多个齿轮组传动，结构比较复杂，成本较高；再者，传动机构布置在壳体内，而压板布置在壳体外，两者分开布置，占据鞋垫面积较大，不利于批量化生产及模块化生产装配；最主要的是，压板复位时，存在机械能消失的空当，为了解决这个问题，该专利在微型发电机的转轴上设置惯性罗盘，在压板复位一段时间内不存在机械能的情况下，使微型发电机由于惯性罗盘的旋转作用依旧保持发电状态，但是根据能量守恒定律，这种做法存在问题以及可靠性存在质疑，在压板下压时一部分做功是给了惯性罗盘，要使惯性罗盘也同步转起来，因此消耗了一部分本可以转换为电能的动能，而在压板上升时又依靠惯性罗盘事先储备的能量给发电机转轴做功，这就基本等同于还是完全依靠压板下压时的动力给发电机转轴做功，仍然是存在机械能消失空当发电机无法获取能量的时间差；并且这种结构成本较高，不易维修更换，斜角齿轮逆向旋转时必然会给发电机的转速造成影响，因为必然会给发电机转轴逆向转动的趋势，以削弱发电能力。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供了一种结构简单、高效实用的多功能鞋垫及其工作方法，此鞋垫将人行走时的动能转化为电能，再将电能储存起来，可用作手机、MP3等电子设备的备用电源；最重要的是，本发明省去了多个齿轮的变速结构与传动结构，将压板与传动机构集成在一个外壳内，不仅利于减少体积，还利于模块化生产与批量装配；同时采用两个棘齿条在压板下压或上升复位时分别与棘轮啮合，从而使得在人行走时，始终对棘轮做功使其保持同一个方向旋转，进而促使微型发电机发电，保持较高的功率输出，也就一直保持较高的发电能力。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种多功能鞋垫，包括鞋垫本体，在鞋垫本体内设有用于将人行走时的动能转换为电能的发电装置，所述的发电装置包括外壳，在外壳内设有压力传动机构、齿条传动机构与微型发电机；所述的压力传动机构包括设置在外壳上端的压板以及外壳内的复位弹簧，压板的一端与外壳铰接，压板的另一端朝下设有压力传动齿条，复位弹簧设置在压板的另一端并与压板抵接；所述的齿条传动机构包括棘轮、棘齿板、齿轮传动齿条以及同轴设置且在周向方向保持相对固定的小齿轮与大齿轮，所述的小齿轮与压力传动齿条啮合，所述的齿轮传动齿条与棘齿板转动连接且两者均平躺设置在外壳底部，所述的齿轮传动齿条与大齿轮啮合，所述的棘齿板包括棘齿板本体及沿棘齿板本体两侧向外延伸的棘齿条，两个棘齿条相对的一侧设有与棘轮配合的棘齿，所述的棘轮设置在两个棘齿条之间，棘齿板在齿轮传动齿条前后移动的带动下使得两个棘齿条分别与棘轮啮合，且两个棘齿条上棘齿的设置使得两个棘齿条分别与棘轮啮合时均使棘轮保持同一方向转动，所述的棘轮与微型发电机的电机轴相连，微型发电机连接有导线接口。
为了减少体积，作为优选，所述的微型发电机为盘式永磁体发电机。
作为优选，所述的棘轮与微型发电机的电机轴通过单向轴承相连。这样可以确保电机轴单向旋转。
作为优选，在鞋垫本体内设有至少一层碳纤维远红外发热膜，所述的碳纤维远红外发热膜连接微型发电机的导线接口。这样使得此鞋垫具有发热功能，在寒冷的冬季使脚更加温暖。
作为优选，所述的导线接口上设有微型开关。这样可以对碳纤维远红外发热膜的发热功能进行开关控制。
为了方便对电能进行存储，作为优选，所述的导线接口连接有至少一个储能模块，所述的储能模块是由聚合物锂离子电池和电能收集转换模块构成。
作为优选，外壳上设有对压板进行限位锁定的锁止开关。当不想使用发电功能时，可通过锁止开关关闭压板。
一种基于上述多功能鞋垫的工作方法，过程如下：压板受压时压板的另一端向下运动，通过压力传动齿条使小齿轮顺时针转动，同时小齿轮通过大齿轮将动力传至齿轮传动齿条，使其向靠近微型发电机这一侧移动，同时带动棘齿板移动，由于棘轮对棘齿条的力的作用，使棘齿板微微转动并使棘齿板微微偏右，从而使棘轮与棘齿板的其中一侧棘齿条啮合，使棘轮顺时针旋转，从而带动微型发电机的电机轴同步转动；当压板失去向下的压力时，复位弹簧推动压板向上运动，通过压力传动齿条以及大、小齿轮传动，使齿轮传动齿条与棘齿板反方向移动，此时由于棘轮对棘齿条的力的作用，使棘齿板反方向微微转动并使棘齿板微微偏左，从而使棘轮与棘齿板的另一侧棘齿条啮合，使棘轮继续保持顺时针旋转，带动微型发电机的电机轴同步转动进行发电。
采用了上述技术方案的本发明的设计思想及有益效果是：
本发明在鞋垫内部内置有发电装置，该发电装置采用齿条与齿轮、棘轮与棘齿条配合，从而省去了多个齿轮的变速结构，增加了整体的强度和耐用性，同时也减小了发电装置的体积；具体的说，本发明省去了多个齿轮的变速结构与传动结构，将压板与传动机构集成在一个外壳内，不仅利于减少体积，还利于模块化生产与批量装配；同时采用两个棘齿条在压板下压或上升复位时分别与棘轮啮合，从而使得在人行走时，始终对棘轮做功使其保持同一个方向旋转，没有机械能消失的空当，进而促使微型发电机一直不间断发电，保持较高的功率输出。
具体的说，本发明的微型发电机采用盘式结构，配有多块强力永磁体发电，在较低转速下仍具有较高的功率输出；复位弹簧采用较粗的弹簧，提供较强的弹力，以使压下去和弹上来时做的功相等。因此本发明的发电装置具有较强的弹力，所以此鞋垫还可当做弹力鞋垫使用。当人们行走时不想使用此发电装置时，可将压板压下并将锁止开关滑移，此时压板便被锁止，不会再上弹。
再进一步说，鞋垫中间有一层碳纤维远红外发热膜，相较于电热丝发热，发热膜发热均匀，强度高，随意弯折鞋垫也不会损坏；鞋垫另外配置有至少一个小型储能模块，储能模块由聚合物锂离子电池和电能收集转换模块构成；储能模块可用布绑于脚踝处，当需要为其充电时，只需将鞋垫上的导线接口拉出，插在储能模块接口处，即可做到边走边充电；将其从脚踝取下，即可为手机等电子设备供电。此储能模块也可用手机充电器为其充电，作普通充电宝用。此储能模块上附有LED灯珠，以供夜间照明用。
鞋垫上的导线接口设有微型开关，可以选择下列各种模式：1.行走时为发热膜供电产热。2：行走时为储能模块充电。3：不行走时储能模块为碳纤维远红外发热膜供电产热。不接储能模块时，鞋垫上的导线接口可嵌于鞋垫中，不影响行走舒适度。
本发明通过对生活中常见物品用途特性的有机组合，形成了一个更具有实用价值的产品。此产品主要为一发电鞋垫和储能模块。通过发电鞋垫将人行走时的动能转换为电能储入锂离子电池，继而为电子设备充电。此鞋垫具有发热功能，在寒冷的冬季使人的脚更加温暖。也可当健身弹力鞋垫，储能模块还可以当作便携式手电。此款多功能鞋垫拥有的多种功能，满足了人们日常生活中多方面的需求。此外，相较于国外的发电鞋垫以及国内现有的发电鞋垫，此鞋垫具有成本低廉、性价比高的极大优势。因此，本项目产品具有很强的适应性，通用性和市场推广能力。实际可行性比较大。
附图说明
图1是本发明的发电装置内部立体构造图；
图2是本发明的发电装置的平面示意图；
图3是本发明的发电装置俯视方向的结构示意图；
图4是本发明的棘齿板的结构示意图；
图5是本发明的齿轮传动齿条的结构示意图；
图6是是本发明发电装置应用于鞋垫及鞋子内的状态示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例：本实施例关于方位的描述是基于鞋垫及发电装置在正常使用状态下描述的，左、右只是相对方位，并非特指；如图1-6所示，本实施例的一种多功能鞋垫，包括鞋垫本体21，在鞋垫本体21内设有用于将人行走时的动能转换为电能的发电装置23，如图1所示，所述的发电装置23包括外壳3，在外壳3内设有压力传动机构、齿条传动机构与微型发电机1；如图2、3所示，所述的压力传动机构包括设置在外壳3上端的压板7以及外壳1内的复位弹簧2，压板7的一端通过销轴8与外壳3铰接，压板7的另一端朝下设有压力传动齿条6，复位弹簧2设置在压板7的另一端并与压板7抵接；所述的齿条传动机构包括棘轮9、棘齿板10、齿轮传动齿条5以及同轴设置且在周向方向保持相对固定的小齿轮12与大齿轮4，所述的小齿轮12与压力传动齿条6啮合，所述的齿轮传动齿条5与棘齿板10通过销子18转动连接且两者均平躺设置在外壳3底部，所述的齿轮传动齿条5与大齿轮4啮合，如图3、4所示，所述的棘齿板10包括棘齿板本体14及沿棘齿板本体14两侧向外延伸的棘齿条15，两个棘齿条15相对的一侧设有与棘轮9配合的棘齿16，所述的棘轮9设置在两个棘齿条15之间，两个棘齿条15的间距大于棘轮9的最大直径，棘齿板10在齿轮传动齿条5前后移动的带动下使得两个棘齿条15分别与棘轮9啮合，且两个棘齿条15上棘齿的设置使得两个棘齿条15分别与棘轮9啮合时均使棘轮9保持同一方向转动，所述的棘轮9与微型发电机1的电机轴19相连，微型发电机连接有导线接口13。
外壳3上设有对压板7进行限位锁定的锁止开关17，可在不使用时对压板7进行锁定；所述的微型发电机1为盘式永磁体发电机，且所述的棘轮9与微型发电机1的电机轴19通过单向轴承相连。在鞋垫本体21内设有至少一层碳纤维远红外发热膜22，所述的碳纤维远红外发热膜22连接微型发电机1的导线接口13，所述的导线接口13上设有微型开关(未图示)。所述的导线接口13连接有至少一个储能模块(未图示)，所述的储能模块是由聚合物锂离子电池和电能收集转换模块构成。
图6为发热膜和发电装置在鞋垫中的布局图，碳纤维远红外发热膜22置于鞋垫中间层，发电装置23位于鞋子31的脚后跟处，导线接口13采用较软材质包裹，不影响鞋垫的舒适性。
微型发电机的工作过程如下：微型发电机输出的交流电经低导通压降的二极管SS34和电容的整流滤波变为直流电，经高效率的电压转换芯片TPS61202转成5V输出，为聚合物锂离子电池充电。此储能模块设有两个接口，一个是用来给锂电池充电的micro-B接口，另一个是锂电池给手机等设备充电的Type-A接口。为锂电池充电时，将拨动开关S2拨到下面，即OUT和A接通。当为手机充电时，将拨动开关S2拨到上面，即IN和A导通。开关S1用于控制LED灯的通断，可供夜间照明。
当使用储能模块来为碳纤维远红外发热膜22供电时，将拨动开关S2置于中间，同时切换鞋垫引出导线接口的模式。此储能模块也可当普通小容量充电宝用，直接用手机充电器为其充电，此时须将拨动开关S2拨到中间。静置不用时，将拨动开关S2置于中间，减少电池耗能。聚合物锂离子电池内部自带防止过充/过放/短路/过流保护电路。
Claims (8)
1.一种多功能鞋垫，包括鞋垫本体，其特征是：在鞋垫本体内设有用于将人行走时的动能转换为电能的发电装置，所述的发电装置包括外壳，在外壳内设有压力传动机构、齿条传动机构与微型发电机；所述的压力传动机构包括设置在外壳上端的压板以及外壳内的复位弹簧，压板的一端与外壳铰接，压板的另一端朝下设有压力传动齿条，复位弹簧设置在压板的另一端并与压板抵接；所述的齿条传动机构包括棘轮、棘齿板、齿轮传动齿条以及同轴设置且在周向方向保持相对固定的小齿轮与大齿轮，所述的小齿轮与压力传动齿条啮合，所述的齿轮传动齿条与棘齿板转动连接且两者均平躺设置在外壳底部，所述的齿轮传动齿条与大齿轮啮合，所述的棘齿板包括棘齿板本体及沿棘齿板本体两侧向外延伸的棘齿条，两个棘齿条相对的一侧设有与棘轮配合的棘齿，所述的棘轮设置在两个棘齿条之间，棘齿板在齿轮传动齿条前后移动的带动下使得两个棘齿条分别与棘轮啮合，且两个棘齿条上棘齿的设置使得两个棘齿条分别与棘轮啮合时均使棘轮保持同一方向转动，所述的棘轮与微型发电机的电机轴相连，微型发电机连接有导线接口。
2.根据权利要求1所述的一种多功能鞋垫，其特征是：所述的微型发电机为盘式永磁体发电机。
3.根据权利要求1所述的一种多功能鞋垫，其特征是：所述的棘轮与微型发电机的电机轴通过单向轴承相连。
4.根据权利要求1所述的一种多功能鞋垫，其特征是：在鞋垫本体内设有至少一层碳纤维远红外发热膜，所述的碳纤维远红外发热膜连接微型发电机的导线接口。
5.根据权利要求4所述的一种多功能鞋垫，其特征是：所述的导线接口上设有微型开关。
6.根据权利要求1所述的一种多功能鞋垫，其特征是：所述的导线接口连接有至少一个储能模块，所述的储能模块是由聚合物锂离子电池和电能收集转换模块构成。
7.根据权利要求1所述的一种多功能鞋垫，其特征是：外壳上设有对压板进行限位锁定的锁止开关。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述多功能鞋垫的工作方法，其特征是：压板受压时压板的另一端向下运动，通过压力传动齿条使小齿轮顺时针转动，同时小齿轮通过大齿轮将动力传至齿轮传动齿条，使其向靠近微型发电机这一侧移动，同时带动棘齿板移动，由于棘轮对棘齿条的力的作用，使棘齿板微微转动并使棘齿板微微偏右，从而使棘轮与棘齿板的其中一侧棘齿条啮合，使棘轮顺时针旋转，从而带动微型发电机的电机轴同步转动；当压板失去向下的压力时，复位弹簧推动压板向上运动，通过压力传动齿条以及大、小齿轮传动，使齿轮传动齿条与棘齿板反方向移动，此时由于棘轮对棘齿条的力的作用，使棘齿板反方向微微转动并使棘齿板微微偏左，从而使棘轮与棘齿板的另一侧棘齿条啮合，使棘轮继续保持顺时针旋转，带动微型发电机的电机轴同步转动进行发电。
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