CN108451096A - 一种自发电恒温鞋垫 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自发电恒温鞋垫，包括：位于第一鞋垫体和第二鞋垫体之间的压电陶瓷，至少两个按压点分别位于压电陶瓷的上下两侧，且按压点在水平面上的投影不重叠；对压电陶瓷产生的电能进行幅值和相位调整的调整模块；储存调整电路输出电能的储能模块；以及，利用储能模块中的电能发热给自发电恒温鞋垫供暖的发热模块。本发明的自发电恒温鞋垫具有高效，便捷，可清洗等多种特点，同时其发出的电量除了储存和发热脚部保暖外，还可用来照明、对手机充电等其他多种用途。

Description

一种自发电恒温鞋垫

技术领域

本发明涉及一种鞋垫，特别是涉及一种自发电恒温鞋垫。

背景技术

随着社会技术的快速发展和人类生活水平的提高，越来越多的人长时间保持坐姿，这势必会导致下肢血液流通不畅，再加上不注意脚部的运动与保暖，常常会使脚部冰凉。特别是在冬天，脚部会有冻僵，麻木等不适感觉，而在女性身上尤为明显，因此足部加热取暖非常重要。此外，在我国的北方，冬季户外气候严寒，对于需要长时间处于户外环境中的人，足部保暖也尤为重要。

为了解决上述问题，市面上出现了电加热功能的鞋子，但是这种电加热功能的鞋子销量并不太好。原因在于，这类产品存在以下问题：1、电加热功能的鞋子采用外接电源，需要连接电源插槽才能使用，因此，必须在有电源插槽的地方使用，不便于走动和移动，使用地点受限；同时使用的过程中鞋子始终与外接电源连接，由于外接电源的电压比较大，安全性较差，存在漏电的危险。2、电加热功能的鞋子采用电池充电，则需要较长的时间进行充电；同时电池中的电量有限，不适于长时间户外使用。3、电加热功能的鞋子样式设计单一，对于爱美的女性而言美观性和舒适性不够，选择余地也比较小。4、电加热功能的鞋子不便清洗，容易损坏内部电路结构，造成安全隐患。

因此，如何解决现有电加热功能的鞋子存在的样式单一、不便清洗、需要较长的时间充电、安全性较差、美观性和舒适性不良等问题，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自发电恒温鞋垫，用于解决现有技术中电加热功能的鞋子存在的样式单一、不便清洗、需要较长的时间充电、安全性较差、美观性和舒适性不良等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自发电恒温鞋垫，所述自发电恒温鞋垫至少包括：

压电陶瓷，位于第一鞋垫体和第二鞋垫体之间，所述第一鞋垫体与所述第二鞋垫体的内侧至少设置有两个按压点，所述按压点分别位于所述压电陶瓷的上下两侧，且所述按压点在水平面上的投影不重叠，通过脚部挤压所述按压点使所述压电陶瓷发生形变进而产生电能；

调整模块，连接于所述压电陶瓷的输出端，用于对所述压电陶瓷产生的电能进行幅值和相位的调整；

储能模块，连接于所述调整电路的输出端，用于将储存所述调整电路输出的电能；

以及发热模块，连接于所述储能模块的输出端，利用所述储能模块中的电能发热给所述自发电恒温鞋垫供暖。

优选地，所述按压点至少设置为三个，分别位于所述压电陶瓷的上下两侧，位于上侧的按压点与位于下侧的按压点在水平面上的投影交错分布。

更优选地，所述按压点的高度设定为使所述压电陶瓷的形变小于30°。

更优选地，所述第一鞋垫体及所述第二鞋垫体为防水层，所述压电陶瓷及所述调整模块位于所述第一鞋垫体与所述第二鞋垫体之间。

优选地，所述调整模块包括降压电路及整流电路；所述降压电路连接所述压电陶瓷的输出端，用于将所述压电陶瓷产生的交流电降压至所述储能模块能接受的安全范围；所述整流电路连接于所述降压电路的输出端，用于将所述降压电路输出的交流电转换为直流电。

优选地，所述储能模块还包括一USB输出端口。

更优选地，所述储能模块为可拆卸部分。

更优选地，所述调整电路的输出端及所述发热装置的输入端设置有防水涂层。

优选地，所述发热模块包括柔性发热片及温度控制单元；所述柔性发热片接收所述储能模块中的电能产生热量；所述温度控制模块连接于所述柔性发热片与所述储能模块之间，用于控制所述自发电恒温鞋垫的温度，当所述自发电恒温鞋垫的温度超过设定值时将所述柔性发热片断电以达到恒温效果。

更优选地，所述温度控制模块中的感温装置为热敏电阻。

优选地，所述自发电恒温鞋垫还包括第三鞋垫体，所述第三鞋垫体采用柔软材质，设置于所述自发电恒温鞋垫的上表面，以提高舒适度体验。

如上所述，本发明的自发电恒温鞋垫，具有以下有益效果：

1、本发明的自发电恒温鞋垫采用压电陶瓷进行内部自发热，通过日常生活通勤中的行走、奔跑，甚至坐姿时的重心改变提供能量，无需外接电源和充电，节约能源，且使用地点和使用时长不限。

2、本发明的自发电恒温鞋垫在压电陶瓷的上下侧设置按压点，以此加剧压电陶瓷的形变，飞跃性的提升了压电陶瓷的发电效率；保证了产品持久性；发电不再局限于运动，即使坐姿，只要脚部重心变化既能达到发电效果；只要脚部对鞋垫整体有下压的趋势，无论压电陶瓷在何处都能有效发电，不再局限于脚掌或脚跟处。

3、本发明的自发电恒温鞋垫设计为鞋垫，适用于各类普通鞋子，适用范围广，适配性高。

4、本发明的自发电恒温鞋垫对内部电路及外接接口进行防水处理，可清洗，大大提高了自发电恒温鞋垫的实用性。

5、本发明的自发电恒温鞋垫中产生的电能被储存，没有用掉的电能还可用于手机充电、照明等用途，实用性大大提高。

附图说明

图1显示为本发明的自发电恒温鞋垫的结构示意图。

图2显示为本发明的自发电恒温鞋垫的按压点的一种实施方式示意图。

图3显示为图2的按压点工作原理示意图。

图4显示为本发明的自发电恒温鞋垫的按压点的另一种实施方式示意图。

图5显示为图4的按压点工作原理示意图。

图6显示为本发明的自发电恒温鞋垫中压电陶瓷与调整模块的分布示意图。

图7～图8显示为本发明的自发电恒温鞋垫中按压点的分布示意图。

元件标号说明

1 压电陶瓷

21 第一鞋垫体

22 第二鞋垫体

3 按压点

4 调整模块

5 储能模块

6 发热模块

7 第三鞋垫体

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

压电陶瓷是一种能够将机械能转化成电能的功能陶瓷材料，对压电陶瓷施加机械应力，引起材料内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷，通过回路而形成电流，因此对压电陶瓷的挤压可以用于产生电能。当对压电陶瓷器件进行周期性的挤压时，可产生同频率的周期性的电信号，并且挤压时力越大，产生的电信号的幅值越大，对应的电能也越多。

人们在走路和跑步时，对鞋底会产生周期性的挤压，本发明将压电陶瓷制成鞋垫放置在鞋内，便可利用人走路时对鞋底内压电陶瓷器件的周期性挤压而产生电能，将这部分电能储存起来并利用该电能在需要时通过电阻丝发热来保持鞋内脚部的保暖和保健。

实施例一

如图1～图3所示，本实施例提供一种自发电恒温鞋垫，所述自发电恒温鞋垫至少包括：

压电陶瓷1、第一鞋垫体21、第二鞋垫体22、按压点3、调整模块4、储能模块5以及发热模块6。

如图1所示，所述压电陶瓷1位于所述第一鞋垫体21和所述第二鞋垫体22之间，所述第一鞋垫体21及所述第二鞋垫体22的内侧设置有按压点3，通过脚部挤压所述按压点3使所述压电陶瓷1发生形变进而产生电能。

具体地，如图1及图2所示，所述第一鞋垫体21位于所述压电陶瓷1的上侧，所述第二鞋垫体22位于所述压电陶瓷1的下侧。所述第一鞋垫体21及所述第二鞋垫体22的内侧设置有按压点3，在本实施例中，所述按压点3的数量设定为两个，在实际使用中，所述按压点3的数量可增加以进一步提高发电效率。所述第一鞋垫体21及所述第二鞋垫体22的内侧各设置一按压点3，所述按压点3分别位于所述压电陶瓷1的上下两侧，这两个按压点3交错分布，在水平面上的投影不重叠。

具体地，如图3所示，所述按压点3的高度可用于控制所述压电陶瓷1的形变程度，保证所述自发电恒温鞋垫恒温性能的持久性，其高度可根据所述按压点3不同的位置进行设定，以使所述压电陶瓷1不超出形变范围为宜。在本实施例中，所述按压点3设置为使所述压电陶瓷的形变小于30°的高度。当脚部对所述自发电恒温鞋垫施加压力时，所述压电陶瓷1的两侧由于受到按压点3的作用，使得所述压电陶瓷1呈倾斜状态，形变加剧；相较于不设置按压点3单纯的通过脚部落地时对于所述压电陶瓷1的按压来使其形变的情况，本实施例中的压电陶瓷的发电效率得到了飞跃性的提。单纯的通过脚部落地时对于所述压电陶瓷1的按压来使其形变的情况中，用于提供鞋垫舒适性的柔软层已经将大部分冲力吸收，即使直接按压所述压电陶瓷1，其发出的电量也只是电信号级别，多层叠加效果也并不明显。

如图1所示，所述调整模块4连接于所述压电陶瓷1的输出端，用于对所述压电陶瓷1产生的电能进行幅值和相位的调整。

具体地，在本实施例中，所述调整模块4位于所述第一鞋垫体21和所述第二鞋垫体22之间，在实际使用中，所述调整模块4可根据实际需要进行具体位置的设定，不以本实施例为限。

具体地，所述调整模块4包括降压电路及整流电路。所述降压电路连接所述压电陶瓷1的输出端，用于将所述压电陶瓷1产生的交流电降压至所述储能模块5能接受的安全范围，在本实施例中，所述降压电路将所述压电陶瓷1产生的交流电的幅值降低至220V以内，在实际使用中可根据电池的性能调节所述压电陶瓷1输出电能的安全范围，不以本实施例为限。所述整流电路连接于所述降压电路的输出端，用于将所述降压电路输出的交流电转换为比较平滑的直流电。经过所述调整模块4调整后的电能可安全有效的输入所述储能模块5中。

如图1所示，所述储能模块5连接于所述调整电路4的输出端，用于将储存所述调整电路4输出的电能。

具体地，如图1所示，在本实施例中，所述储能模块5位于所述自发电恒温鞋垫的外侧，不位于所述第一鞋垫体21和所述第二鞋垫体22之间，在实际使用中，所述储能模块5可根据实际需要进行具体位置的设定，不以本实施例为限。

如图1所示，所述发热模块6连接于所述储能模块5的输出端，利用所述储能模块5中的电能发热给所述自发电恒温鞋垫供暖。

具体地，在本实施例中，所述发热模块6位于所述第一鞋垫体21的上侧。

具体地，所述发热模块6包括柔性发热片及温度控制单元。所述柔性发热片接收所述储能模块5中的电能产生热量，所述柔性发热片可均匀分布于所述第一鞋垫体21的表面，也可集中分布于脚掌及脚跟处。所述温度控制模块连接于所述柔性发热片与所述储能模块5之间，用于控制所述自发电恒温鞋垫的温度，当所述自发电恒温鞋垫的温度超过设定值时将所述柔性发热片断电以达到恒温效果，在本实施例中，所述温度控制模块中的感温装置为热敏电阻。

如图1所示，所述自发电恒温鞋垫还包括第三鞋垫体7。

具体地，所述第三鞋垫体7采用柔软材质，设置于所述自发电恒温鞋垫的上表面，以提高舒适度体验。

实施例二

如图4～图8所示，本实施例提供一种自发电恒温鞋垫，所述自发电恒温鞋垫与实施例一类似，不同之处在于，所述按压点设置为三个。

具体地，如图4所示，所述第一鞋垫体21的内侧设置有一个按压点3，所述第二鞋垫体22的内侧设置有两个按压点3，即所述压电陶瓷1的上侧设置有一个按压点3、下侧设置有两个按压点3；位于上侧的按压点3与位于下侧的按压点3在水平面上的投影交错分布，从所述自发电恒温鞋垫宽度方向上的垂直截面看，所述压电陶瓷1上侧的按压点3位于下侧两个按压点3之间。

具体地，如图5所示，当脚部对所述自发电恒温鞋垫施加压力时，所述压电陶瓷1的两侧及中间由于受到按压点3的作用，使得所述压电陶瓷1呈“V”字形，相较于实施例一形变加剧，产生的电能更多，发电效率更高。

在实际使用中，所述自发电恒温鞋垫中设置有多个压电陶瓷1及多组按压点3，如图6～图8所示，在本实施例中，所述自发电恒温鞋垫中设置有五个压电陶瓷1、五组按压点3及两个调整模块4。如图7所示，所述第一鞋垫体21上设置有五个按压点3，分别位于五个压电陶瓷1的上侧，如图8所示，所述第二鞋垫体22上设置有十个按压点3，两两为一对分别位于五个压电陶瓷1的下侧，所述第一鞋垫体21上的一个按压点与所述第二鞋垫体22上的两个按压点为一组。

在实际使用，可将每组按压点3的数量设定为更多，不以实施例一及实施例为限，在此不一一赘述。所述压电陶瓷1上下侧的按压点3在水平面上的投影交错分布，不限于一一相间的交错分布。

实施例一与实施例二中设置的按压点可飞跃性的提升了压电陶瓷的发电效率；通过按压点的不同高度可以控制压电陶瓷的形变程度，保证了产品持久性；同时发电不再局限于运动，即使坐姿，只要脚部重心变化既能达到发电效果；此外，由于只要脚部对鞋垫整体有下压的趋势，因此无论压电陶瓷在何处都能有效发电，不再局限于脚掌或脚跟处。

实施例三

本实施例提供一种自发电恒温鞋垫，所述自发电恒温鞋垫与实施例一类似，不同之处在于，所述第一鞋垫体21及所述第二鞋垫体22为防水层。

具体地，所述压电陶瓷1、所述调整模块4及所述储能模块5位于所述第一鞋垫体21与所述第二鞋垫体22之间；所述发热模块6与所述储能模块5连接，位于所述第二鞋垫体22的上层，各端口进行防水处理。通过防水层的设置，所述自发电恒温鞋垫可进行清洗，不会因进水导致电路短路、漏电等问题。

实施例四

本实施例提供一种自发电恒温鞋垫，所述自发电恒温鞋垫与实施例一类似，不同之处在于，所述储能模块还包括一USB输出端口，用于为USB接口的用电设备供电。

具体地，所述储能模块不设置于所述第一鞋垫体21与所述第二鞋垫体22之间，所述储能模块5位于所述自发电恒温鞋垫的外侧，可进行拆卸，当需要进行手机充电和照明时可将所述储能模块5拆卸下来使用。

进一步，当所述第一鞋垫体21及所述第二鞋垫体22设置为防水层时，所述调整电路4的输出端及所述发热装置6的输入端设置有防水涂层。进行清洗时所述调整电路4的输出端及所述发热装置6的输入端也不会进水。

如上所述，本发明的自发电恒温鞋垫通过按压点的设计飞跃性的提升了压电陶瓷的发电效率，保证了产品持久性；只要脚部重心变化既能达到发电效果；只要脚部对鞋垫整体有下压的趋势，无论压电片在何处都能有效发电，不局限于脚掌或脚跟处。由于本发明的自发电恒温鞋垫自身囊括了发电功能，长达数小时的充电时间被省去；日常生活，通勤中的行走、奔跑，甚至坐姿时的重心改变会为产品提供能量；鞋垫内部达成了一个循环，自我工作，用户不用再在其上投入精力。本发明的自发电恒温鞋垫的基础功能是加热，不仅适用于工作者与学生，更适用于对于续航性有更高要求的登山者等。事实上，由于本发明的自发电恒温鞋垫发电的高效性，其还有众多延伸功能；比如用于紧急时的手机充电，夜跑时也可以将LED灯接于其上，使夜跑变得更加安全；甚至可以用于第三世界，在缺乏发电设施的地区，大量的运动可以提供大量的电量，而大量的电量配合LED灯可以成为可靠的光亮来源。

综上所述，本发明提供一种自发电恒温鞋垫，包括：压电陶瓷，位于第一鞋垫体和第二鞋垫体之间，所述第一鞋垫体与所述第二鞋垫体的内侧至少设置有两个按压点，所述按压点分别位于所述压电陶瓷的上下两侧，且所述按压点在水平面上的投影不重叠，通过脚部挤压所述按压点使所述压电陶瓷发生形变进而产生电能；调整模块，连接于所述压电陶瓷的输出端，用于对所述压电陶瓷产生的电能进行幅值和相位的调整；储能模块，连接于所述调整电路的输出端，用于将储存所述调整电路输出的电能；以及发热模块，连接于所述储能模块的输出端，利用所述储能模块中的电能发热给所述自发电恒温鞋垫供暖。本发明的自发电恒温鞋垫具有高效，便捷，可清洗等多种特点，同时其发出的电量除了储存和发热脚部保暖外，还可用来照明、对手机充电等其他多种用途。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种自发电恒温鞋垫，其特征在于，所述自发电恒温鞋垫至少包括：

压电陶瓷，位于第一鞋垫体和第二鞋垫体之间，所述第一鞋垫体与所述第二鞋垫体的内侧至少设置有两个按压点，所述按压点分别位于所述压电陶瓷的上下两侧，且所述按压点在水平面上的投影不重叠，通过脚部挤压所述按压点使所述压电陶瓷发生形变进而产生电能；

调整模块，连接于所述压电陶瓷的输出端，用于对所述压电陶瓷产生的电能进行幅值和相位的调整；

储能模块，连接于所述调整电路的输出端，用于将储存所述调整电路输出的电能；

以及发热模块，连接于所述储能模块的输出端，利用所述储能模块中的电能发热给所述自发电恒温鞋垫供暖。

2.根据权利要求1所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述按压点至少设置为三个，分别位于所述压电陶瓷的上下两侧，位于上侧的按压点与位于下侧的按压点在水平面上的投影交错分布。

3.根据权利要求1或2所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述按压点的高度设定为使所述压电陶瓷的形变小于30°。

4.根据权利要求1或2所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述第一鞋垫体及所述第二鞋垫体为防水层，所述压电陶瓷及所述调整模块位于所述第一鞋垫体与所述第二鞋垫体之间。

5.根据权利要求1所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述调整模块包括降压电路及整流电路；所述降压电路连接所述压电陶瓷的输出端，用于将所述压电陶瓷产生的交流电降压至所述储能模块能接受的安全范围；所述整流电路连接于所述降压电路的输出端，用于将所述降压电路输出的交流电转换为直流电。

6.根据权利要求1所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述储能模块还包括一USB输出端口。

7.根据权利要求1或6所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述储能模块为可拆卸部分。

8.根据权利要求7所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述调整电路的输出端及所述发热装置的输入端设置有防水涂层。

9.根据权利要求1所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述发热模块包括柔性发热片及温度控制单元；所述柔性发热片接收所述储能模块中的电能产生热量；所述温度控制模块连接于所述柔性发热片与所述储能模块之间，用于控制所述自发电恒温鞋垫的温度，当所述自发电恒温鞋垫的温度超过设定值时将所述柔性发热片断电以达到恒温效果。

10.根据权利要求9所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述温度控制模块中的感温装置为热敏电阻。

11.根据权利要求1所述的自发电恒温鞋垫，其特征在于：所述自发电恒温鞋垫还包括第三鞋垫体，所述第三鞋垫体采用柔软材质，设置于所述自发电恒温鞋垫的上表面，以提高舒适度体验。