CN109247660A - 无源发热鞋垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源发热鞋垫，包括鞋垫本体、压电能量收集单元和发热单元；压电能量收集单元包括第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件和压电能量收集电路；第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件分别设于鞋垫本体内与人体脚跟部和脚掌部对应处，包括顺次设置的上缓冲层、压电薄膜层和下缓冲层，上缓冲层与下缓冲层相靠近的一侧设有按压凸起；压电能量收集电路设置在鞋垫本体上与人体脚心部对应处，其输入端分别与第一压电能量收集组件和第二压电能量收集组件中的压电薄膜层的输出端相连；发热单元的输入端与压电能量收集单元相连。本发明利用压电能量收集单元收集行走时产生的能量，并用于为发热单元供能，从而达到鞋垫发热的效果。

Description

无源发热鞋垫
技术领域
本发明属于穿戴设备技术领域，具体涉及一种无源发热鞋垫。
背景技术
目前，现有技术中的自发热鞋垫主要包括三种类型：(1)在鞋垫内填充铁粉、蛭石、碳粉等合成物，利用其与氧气和水蒸汽反应产生热量，这种鞋垫使用时的发热时间和温度提升受到填充物的填充量以及与其接触的水份量的影响，当化学反应结束时该鞋垫便失去了发热功能，且填充物鞋垫对舒适度有一定的影响；(2)将托玛琳(turmaline)等能够产生微弱电流具有热电和压电的双重电效应的天然矿物质嵌入到鞋垫中，使得鞋垫在使用过程中产生热量。鞋垫的发热时长有了较大的提升，默认为鞋垫可终生发热，且一般在设计鞋垫时会考虑到人体穴位，将矿物质嵌入在对应的位置，对按摩穴位起到一定的效果，但是矿物质能够发出的热量非常的少，若皮肤不与其直接接触，则很难感受到其有热量产生；(3)由外挂电池和加热电阻丝组成，通过在鞋垫中嵌入加热电阻丝，然后通过绑在脚踝上的移动电源为其供电，从而实现发热的功能。这种鞋垫虽然可以持续发出较高的热量，且可通过调节电源来控制温度，但是发热时间受移动电源电量的限制，且外挂的移动电源及裸露的电源线给使用者行走带来了很大不便。
发明内容
为了同时克服现有技术中的发热鞋垫不能持续供热、发热量低以及电池外挂造成不便等问题，本发明提出一种无源发热鞋垫，利用压电能量收集单元收集行走时产生的能量，并用于为发热单元供能，从而达到鞋垫发热的效果。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种无源发热鞋垫，包括鞋垫本体，还包括设于鞋垫本体内的压电能量收集单元和发热单元；
所述压电能量收集单元包括第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件和压电能量收集电路；所述第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件分别设置在鞋垫本体内与人体脚跟部和脚掌部对应处，二者均包括相对设置的上缓冲层和下缓冲层；所述上缓冲层与下缓冲层之间设有压电薄膜层，二者相靠近的一侧设置有按压凸起；所述压电能量收集电路设置在鞋垫本体上与人体脚心部对应处，其输入端分别与第一压电能量收集组件和第二压电能量收集组件中的压电薄膜层的输出端相连，采集压电薄膜层输出的电能；
所述发热单元设于压电能量收集单元的顶面，其输入端与压电能量收集单元的输出端相连，接收压电能量收集单元的供电实现发热。
作为本发明的进一步改进，所述压电能量收集电路包括整流桥、能量采集芯片、稳压二极管和直流电源；
所述压电薄膜层采用的是压电薄膜片，记第一压电能量收集组件内的压电薄膜层为第一压电薄膜片PVDF1，第二压电能量收集组件内的压电薄膜层为第二压电薄膜片PVDF2；
所述第一压电薄膜片PVDF1的输出端与所述能量采集芯片的其中一个输入端相连；
所述第二压电薄膜片PVDF2的输出端与整流桥的输入端相连，所述整流桥的输出端与所述能量采集芯片的另一个输入端相连；所述直流电源与稳压二极管串联后也与能量采集芯片相连；当第二压电薄膜片PVDF2供电不稳定时，由所述直流电源和稳压二极管为能量采集芯片的持续供电；
所述能量采集芯片的输出端与发热单元的输入端相连，为发热单元供电。
作为本发明的进一步改进，所述无源发热鞋垫还包括吸汗层，所述吸汗层覆盖在发热单元的上表面。
作为本发明的进一步改进，所述上缓冲层和下缓冲层相靠近的一侧交错设置有按压凸起。
作为本发明的进一步改进，所述按压凸起呈半球状或者锯齿状。
作为本发明的进一步改进，所述发热单元为发热电阻丝或发热片。
作为本发明的进一步改进，所述发热单元为一体式结构。
作为本发明的进一步改进，所述发热单元分为两部分，分别设于第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件的上缓冲层顶面。
作为本发明的进一步改进，所述压电能量收集电路的外侧设有防护件，所述防护件包括相对设置的脚心部上缓冲层和脚心部下缓冲层，所述压电能量收集电路设于脚心部上缓冲层和脚心部下缓冲层之间。
一种无源发热鞋，包括鞋本体，还包括上述任意一项所述的无源发热鞋垫，所述无源发热鞋垫设于鞋本体内。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供一种无源发热鞋垫，通过自发电供热实现了持续供热；通过由于发热层采用的是发热电阻丝发热，从而实现较高的发热量；通过嵌入式压电能量收集单元发电，解决了供电问题，无需外挂电池。
进一步地，本发明提供一种无源发热鞋垫，可以为使用者提供吸汗、舒适等功能。
附图说明
图1是本发明一种实施例的整体结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3(a)是本发明中压电薄膜层在踩压前的结构示意图；
图3(b)是本发明中压电薄膜层在踩压后的结构示意图；
图4是本发明的电路原理图。
其中：1-第一压电能量收集组件，2-第二压电能量收集组件，3-压电能量收集电路，4-上缓冲层，5-下缓冲层，6-压电薄膜层，7-按压凸起，8-发热单元，9-脚心部上缓冲层，10-脚心部下缓冲层，11-吸汗层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
为了克服现有技术中的发热鞋垫不能持续供热、发热量低以及电池外挂造成不便等问题，本发明的核心是提供一种无源发热鞋垫，通过自发电供热实现了持续供热；通过发热电阻丝发热，实现了较高的发热量；通过嵌入式压电能量收集单元发电解决了供电问题，无需外挂电池。本发明的另一核心是提供一种具有上述无源发热鞋垫的鞋，通过自发电供热实现了持续供热；通过电阻丝发热实现较高的发热量；通过嵌入式压电能量收集单元发电解决了供电问题，无需外挂电池。
实施例1
参照图1和图2，图1为本发明一种实施例的整体结构示意图；图2为图1所示实施例的剖视图；
该无源发热鞋垫包括：
鞋垫本体；
设于鞋垫本体内的还包括设于鞋垫本体内的压电能量收集单元和发热单元8；
所述压电能量收集单元包括第一压电能量收集组件1、第二压电能量收集组件2和压电能量收集电路3；所述第一压电能量收集组件1、第二压电能量收集组件2分别设置在鞋垫本体内与人体脚跟部和脚掌部对应处，二者均包括相对设置的上缓冲层4和下缓冲层5，在本实施例中，所述上缓冲层4和下缓冲层5均由具有一定弹性材料做成，如硅胶、橡胶、泡沫等材料；所述上缓冲层4与下缓冲层5之间设有压电薄膜层6，在本实施例中，所述压电薄膜层6为压电薄膜片，为了能够产生更大的形变，上缓冲层4与下缓冲层5相靠近的一侧交错设置有按压凸起7；图3(a)和图3(b)分别为压电薄膜层6在踩压前后的状态图，在图3(a)和图3(b)中，忽略上缓冲层4的自重，在使用者踩压前如图3(a)所示，上缓冲层4与下缓冲层5对压电薄膜层6没有施加力的作用，压电薄膜层6处于自然长度状态；使用者踩压后如图3(b)所示，上缓冲层4与下缓冲层5均向压电薄膜层6处挤压，压电薄膜层6受到力的作用产生拉升形变。在使用者行走时，不断的对无源发热鞋垫进行踩压，压电薄膜层6持续的形变产生持续的交流电压；
所述压电能量收集电路3设置在鞋垫本体上与人体脚心部对应处，其输入端分别与第一压电能量收集组件1和第二压电能量收集组件2中的压电薄膜层6的输出端相连，采集压电薄膜层6输出的电能；由于压电能量收集电路3设置在人体脚心下方，因此，在使用者静止站立时受到的压力最小，在使用者行走时受到的冲击力最低，故压电能量收集电路3放置于此处对其内部的电气设备具有一定的保护作用；进一步地，所述压电能量收集电路3的外侧设有防护件，所述防护件是由具有一定弹性材料做成的脚心部上缓冲层9和脚心部下缓冲层10，用于实现对压电能量收集电路3起到一定的保护作用。
具体地，如图4所示，在本实施例中，所述压电能量收集电路3包括整流桥M1、能量采集芯片(本实施例中采用的是市面上可以购买的LTC3588芯片)、稳压二极管D1和直流电源(5V电池)；
所述压电薄膜层6采用的是压电薄膜片，记第一压电能量收集组件内的压电薄膜层为第一压电薄膜片PVDF1，第二压电能量收集组件内的压电薄膜层为第二压电薄膜片PVDF2；
所述第一压电薄膜片PVDF1的输出端与所述能量采集芯片的其中一个输入端相连；PVDF1交变形变产生的电能通过LTC3588能量收集芯片后可实现对图4中负载LOAD的供能(即本发明中的发热单元)；
所述第二压电薄膜片PVDF2的输出端与整流桥M1的输入端相连，所述整流桥M1的输出端与能量采集芯片的另一个输入端相连，第二压电薄膜片PVDF2由于在行走时的持续交变形变产生的交流电流通过整流桥M1后转为直流电继而为能量收集芯片LTC3588供电；所述直流电源与稳压二极管D1串联后也与能量采集芯片相连；当第二压电薄膜片PVDF2供电不稳定时，由所述直流电源结合稳压二极管保障能量采集芯片的持续供电；
所述能量采集芯片的输出端与发热单元8相连，为发热单元供电。
所述发热单元8设于压电能量收集单元的顶面，其输入端与压电能量收集单元中的压电能量收集电路3的输出端相连，接收压电能量收集电路3的供电实现发热。具体地，在本实施例中的发热单元8为分为两部分，可以是发热电阻丝构成，或者是发热片，分别平行于第一压电能量收集组件1、第二压电能量收集组件2中的上缓冲层设置；在本实施例的其他实施例方式中，所述发热单元8可以为一体式结构，平铺于压电能量收集单元的顶表面。
综上所述：本发明的无源发热鞋垫的具体工作原理为：
通过对设于脚跟部处的第一压电能量收集组件1中的压电薄膜层6和设于脚掌部处的第一压电能量收集组件2中的压电薄膜层6交变变形产生的电能处理收集后，为发热单元供电，实现无源发热鞋垫发热的功能。
实施例2
基于实施例1，如图2所示，所述无源发热鞋垫还包括吸汗层11，所述吸汗层11覆盖在发热单元8和压电能量收集单元的上表面，具体地，在本实施例中，吸汗层11通过胶接或烘培等方式固定在发热单元的上表面和压电能量收集单元的上缓冲层上表面，在本实施例的其他实施方式中，还可以是其他的现有技术中的固定方式来实现固定，在本发明中不做过多的赘述，所述吸汗层11为具有良好吸汗、除臭等性能的布质材料。
综上所述：本实施例的无源发热鞋垫的工作原理是：
发热单元8在获得压电能量收集单元持续供电后通过吸汗层11将产生的热量传递到使用者脚上，最终起到为脚部加热的效果。
与现有技术相比：
本发明提供一种无源发热鞋垫，通过自发电供热实现了持续供热；通过由于发热层采用的是发热电阻丝发热，从而实现较高的发热量；通过嵌入式压电能量收集单元发电，解决了供电问题，无需外挂电池。
实施例3
进一步地，本发明提供一种无源发热鞋，包括鞋本体，还包括实施例1或2中的无源发热鞋垫，所述无源发热鞋垫设于鞋本体内，可以为使用者提供吸汗、舒适等功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种无源发热鞋垫，包括鞋垫本体，其特征在于：还包括设于鞋垫本体内的压电能量收集单元和发热单元；
所述压电能量收集单元包括第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件和压电能量收集电路；所述第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件分别设置在鞋垫本体内与人体脚跟部和脚掌部对应处，二者均包括相对设置的上缓冲层和下缓冲层；所述上缓冲层与下缓冲层之间设有压电薄膜层，二者相靠近的一侧设置有按压凸起；所述压电能量收集电路设置在鞋垫本体上与人体脚心部对应处，其输入端分别与第一压电能量收集组件和第二压电能量收集组件中的压电薄膜层的输出端相连，采集压电薄膜层输出的电能；
所述发热单元设于压电能量收集单元的顶面，其输入端与所述压电能量收集单元中的压电能量收集电路的输出端相连，接收压电能量收集单元的供电实现发热。
2.根据权利要求1所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述压电能量收集电路包括整流桥、能量采集芯片、稳压二极管和直流电源；
所述压电薄膜层采用的是压电薄膜片，记第一压电能量收集组件内的压电薄膜层为第一压电薄膜片PVDF1，第二压电能量收集组件内的压电薄膜层为第二压电薄膜片PVDF2；
所述第一压电薄膜片PVDF1的输出端与所述能量采集芯片的其中一个输入端相连；
所述第二压电薄膜片PVDF2的输出端与整流桥的输入端相连，所述整流桥的输出端与所述能量采集芯片的另一个输入端相连；所述直流电源与稳压二极管串联后也与能量采集芯片相连；当第二压电薄膜片PVDF2供电不稳定时，由所述直流电源和稳压二极管为能量采集芯片的持续供电；
所述能量采集芯片的输出端与发热单元的输入端相连，为发热单元供电。
3.根据权利要求1或2所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述无源发热鞋垫还包括吸汗层，所述吸汗层覆盖在发热单元的上表面。
4.根据权利要求1所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述上缓冲层和下缓冲层相靠近的一侧交错设置有按压凸起。
5.根据权利要求1或4所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述按压凸起呈半球状或者锯齿状。
6.根据权利要求1所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述发热单元为发热电阻丝或发热片。
7.根据权利要求1所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述发热单元为一体式结构。
8.根据权利要求1所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述发热单元分为两部分，分别设于第一压电能量收集组件、第二压电能量收集组件中的上缓冲层顶面。
9.根据权利要求1所述的一种无源发热鞋垫，其特征在于：所述压电能量收集电路的外侧设有防护件，所述防护件包括相对设置的脚心部上缓冲层和脚心部下缓冲层，所述压电能量收集电路设于脚心部上缓冲层和脚心部下缓冲层之间。
10.一种无源发热鞋，包括鞋本体，其特征在于：还包括权利要求1至9任意一项所述的无源发热鞋垫，所述无源发热鞋垫设于鞋本体内。
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