CN113170947A - 一种发电式供电鞋底 - Google Patents

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王世杰
高翔
张恩瑞
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Abstract

本发明涉及一种发电式供电鞋底，属于小型发电及储电技术领域，包括鞋底本体，鞋底本体的后部设有踩踏装置和发电装置，踩踏装置包括踏板，踏板的前端与鞋底本体转动连接，踏板的后端下方设有弹性连接件和齿条，弹性连接件的另一端与鞋底本体连接，齿条通过多级齿轮传动机构驱动发电装置的转子高速旋转，以将步行时所产生的势能转换为电能储存在位于鞋底本体上且与发电装置连接的储电装置内，进而满足人们随身电子产品的用电需求。

Description

一种发电式供电鞋底
技术领域
本发明属于小型发电及储电技术领域，涉及一种发电式供电鞋底，尤其涉及一种基于电磁感应原理的发电鞋底。
背景技术
随着移动时代的来临，人们生活逐渐离不开各种移动电子设备。而移动电子设备的电能一旦耗尽则无法继续使用，这种情况会给日常生活造成诸多不便。充电宝为现阶段普及度最高的移动电源之一，但使用时需要提前充电，且存储的电量有限，在一些紧急情况下难以做到随时满足需求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种发电式供电鞋底，以满足人们随身电子产品的用电需求，使得供应随身电子产品的用电变得更加方便。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种发电式供电鞋底，包括鞋底本体，鞋底本体的后部设有踩踏装置和发电装置，踩踏装置包括踏板，踏板的前端与鞋底本体转动连接，踏板的后端下方设有弹性连接件和齿条，弹性连接件的另一端与鞋底本体连接，齿条与固定在水平传动转轴上的小传动齿轮啮合以增速，水平传动转轴转动连接在鞋底本体上，水平传动转轴上还固定有圆周速率大于小传动齿轮的大锥齿轮以实现增速，大锥齿轮与固定在竖直传动转轴上且角速度大于大锥齿轮的小锥齿轮啮合以实现换向和增速，竖直传动转轴上还固定有圆周速率大于小锥齿轮的加速齿轮以实现增速，加速齿轮与固定在发电轴上的发电齿轮啮合，发电轴上设置有磁铁以形成发电装置的转子，转子内侧还设有线圈以形成发电装置的定子，线圈固定在鞋底本体上，发电轴转动连接在鞋底本体上；还包括设置在鞋底本体上与发电装置连接具有充电接口的储电装置。
可选地，所述加速齿轮与发电齿轮之间还设有增速传动机构，增速传动机构包括与竖直传动轴平行设置的增速传动轴，增速传动轴上固定有角速度大于加速齿轮的衔接小齿轮和圆周速率大于衔接小齿轮的衔接大齿轮，衔接小齿轮与加速齿轮啮合，衔接大齿轮与发电齿轮啮合。
可选地，所述弹性连接件为两组，分别设置在踏板的两侧；齿条为两组，分别设置在踏板的两侧且位于弹性连接件朝向踏板前端的一侧。
可选地，所述弹性连接件为弹簧。
可选地，所述鞋底本体的周向设有太阳能发电板，太阳能发电板与储电装置连接。
可选地，所述储电装置上设有指示装置以标识其使用状态，指示装置包括用于标识电量充满的第一指示装置和用于标识供电状态的第二指示装置。
可选地，所述发电齿轮与发电轴之间还设有使发电轴仅能单向旋转的发电传动机构，以使发电装置能够用于直流发电；发电传动机构包括用于固定发电齿轮的过渡轴和驱动发电轴单向旋转的棘轮机构。
可选地，所述过渡轴位于空心结构的发电轴内且与其同轴，过渡轴两端伸出发电轴且下端转动连接在鞋底本体上，上端与发电齿轮固定连接；发电轴的下端转动连接在鞋底本体上；棘轮机构为内啮合棘轮机构，包括棘轮和位与棘轮内侧的棘爪，棘轮固定在发电轴上，棘爪转动连接在过渡轮的上端面，过渡轮位于发电齿轮的下方且与过渡轴固定连接。
可选地，所述储电装置的电路为具有发电、储电、供电功能的集成电路。
可选地，所述储电装置设有过电保护电路，以使储电装置满电量时及时与发电装置断开。
可选地，所述充电接口位于鞋底本体的侧边，用于连接移动设备以实现对移动设备的充电；储电装置上还设有输电接口，输电接口位于鞋底本体的侧边，用于连接外接电源以实现对储电装置的充电。
本发明的有益效果在于：通过七级加速使得转子的转速更高，增大了切割磁感线产生的电流，提高了发电效率；通过设置太阳能发电板，实现了发电的多样性，进一步提高了鞋底的发电效率，且充分利用了环境中的能量；集发电、储电及供电功能一体，适用场景更广。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明一种发电式供电鞋底的结构示意图；
图2为踩踏装置的结构示意图；
图3为传动装置的结构示意图；
图4为发电装置的结构示意图一；
图5为发电装置的结构示意图二；
图6为电路板所在位置示意图。
附图标记：踩踏装置1、踏板101、踏板转轴102、左侧齿条103、右侧齿条104、左侧弹簧105、右侧弹簧106、发电装置2、棘轮201、过渡轴202、底座203、棘爪204、棘爪柱205、切割装置206、连接结构207、铜线圈208、磁铁209、发电轴210、指示装置3、第一指示灯301、左指示灯302、电路板4、鞋底本体5、输电模块6、充电模块7、太阳能发电板9、输电接口601、大封闭装置602、充电接口701、小封闭装置702、传动装置8、大锥齿轮801、右侧小传动齿轮802、水平传动转轴803、小锥齿轮804、加速齿轮805、衔接小齿轮806、发电齿轮807、衔接大齿轮808、增速传动轴809、左侧小传动齿轮810。
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。需要说明的是，以下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，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图6，一种发电式供电鞋底，包括鞋底本体5，鞋底本体5的后部设有踩踏装置1和发电装置2，踩踏装置1包括踏板101，踏板101的前端通过踏板转轴102与鞋底本体5转动连接，踏板101的后端下方设有弹性连接件和齿条，弹性连接件的另一端与鞋底本体5连接，齿条的另一端为自由端，齿条与固定在水平传动转轴803上的小传动齿轮啮合以实现增速，水平传动转轴803转动连接在鞋底本体5上，水平传动转轴803上还固定有圆周速率大于小传动齿轮的大锥齿轮801以实现增速，大锥齿轮801与固定在竖直传动转轴上且角速度大于大锥齿轮801的小锥齿轮804啮合以实现换向和增速，竖直传动转轴上还固定有圆周速率大于小锥齿轮804的加速齿轮805以实现增速，加速齿轮805与固定在发电轴上的发电齿轮807啮合，发电轴上设置有磁铁209以形成发电装置2的转子，转子的内侧设有线圈以形成发电装置2的定子，线圈固定在鞋底本体5上，发电轴转动连接在鞋底本体5上；还包括设置在鞋底本体5上与发电装置2连接具有充电接口701的储电装置。本发明的储电装置设有过电保护电路，以使储电装置满电量时及时与发电装置2断开。
本发明中踩踏装置1通过齿条带动多级齿轮传动以驱动发电装置2的转子高速旋转，以实现将步行时所产生的势能转换为电能储存在位于鞋底本体5上且与发电装置2连接的储电装置内，进而满足人们随身电子产品的用电需求。
为了进一步提高转子的转速，提高发电装置的效率，本发明在加速齿轮805与发电齿轮807之间还设有增速传动机构，增速传动机构包括与竖直传动轴平行设置的增速传动轴809，增速传动轴809上固定有角速度大于加速齿轮805的衔接小齿轮806和圆周速率大于衔接小齿轮806的衔接大齿轮808，衔接小齿轮806与加速齿轮805啮合，衔接大齿轮808与发电齿轮807啮合。
本发明的弹性连接件为两组，分别设置在踏板101的两侧；齿条为两组，分别设置在踏板101的两侧且位于弹性连接件朝向踏板101前端的一侧。弹性连接件优选弹簧。
为了提高发电效率，本发明在鞋底本体5的周向设有太阳能发电板9，太阳能发电板9与储电装置连接。在白日行走时，还可以通过太阳能发电板9为鞋底额外输入电流
本发明的储电装置上设有指示装置以标识其使用状态，指示装置包括用于标识电量充满的第一指示装置和用于标识供电状态的第二指示装置，第一指示装置和第二指示装置可为指示灯。
为了能实现直流发电，本发明在发电齿轮807与发电轴之间还设有使发电轴仅能单向旋转的发电传动机构，发电传动机构包括用于固定发电齿轮807的过渡轴202和驱动发电轴单向旋转的棘轮机构。本发明可实现直流发电，其电路的信号处理较交流发电更为简单，发电稳定性更好。
为了使结构更为紧凑，本发明的棘轮机构为内啮合棘轮机构，过渡轴202位于空心结构的发电轴内且与其同轴，过渡轴202两端伸出发电轴且下端转动连接在鞋底本体上，上端与发电齿轮固定连接；发电轴的下端转动连接在鞋底本体上；棘轮机构包括棘轮201和位与棘轮201内侧的棘爪204，棘轮201固定在发电轴上，棘爪204转动连接在过渡轮的上端面，过渡轮位于发电齿轮的下方且与过渡轴202固定连接。
本发明中的充电接口701位于鞋底本体5的侧边，用于连接移动设备以实现对移动设备的充电；储电装置上还设有输电接口601，输电接口601位于鞋底本体5的侧边，用于连接外接电源以实现对储电装置的充电。
本发明中储电装置的电路为具有发电、储电、供电功能的集成电路。通过集成电路实现集发电、储电、供电功能于一体，不仅最大化利用鞋底空间，还丰富了产品的功能。将元器件集合到一起，能够减少外电信号干扰，提升运行速度。
本发明通过转子切割磁感线进行发电，并且通过七级加速使得转子的转速更高，增大了切割磁感线产生的电流，提高了发电效率；通过在鞋底本体5的周向设置太阳能发电板9，使得在白日行走时，还可以将太阳能转换为电能收集起来，进一步提高了鞋底的发电效率。本发明能够将步行时所产生的势能转换为电能，并进行储存以便后续输出使用，通过正常步行即可发电，不仅方式便捷，还节能环保。储电装置采用充电宝式储电设计，设有输电接口601，能够连接外接电源以实现对储电装置的充电；还配有充电接口701，能够对移动设备充电，方便连接各类电子产品，达到随时随需供电的效果，使得供应随身电子产品的用电变得更加方便。
实施例1
一种发电式供电鞋底，参见图1，包括鞋底本体5、踩踏装置1、传动装置8、太阳能发电板9、发电装置2、电路板4。
鞋底本体5周向环绕有太阳能发电板9，后部设置有踩踏装置1，内部设置有传动装置8，发电装置2及电路板4；鞋底本体5左侧设置有输电接口601与充电接口701，右侧设置有指示装置3。
参见图2，踩踏装置1包括踏板101，踏板转轴102，左侧齿条103，右侧齿条104，左侧弹簧105，右侧弹簧106。
踏板101分为前端与后端。左侧齿条103和右侧齿条104位于踏板101的下方且靠近后端。左侧弹簧105和右侧弹簧106也位于踏板101的下方同时位于左侧齿条103和右侧齿条104的后方。且左侧弹簧105及右侧弹簧106的上部均与踏板101固接，下部均与鞋底本体5固接。
踏板转轴102位于踏板101前端，连接鞋底本体5与踏板101。
左侧齿条103及右侧齿条104分别与左侧小传动齿轮810及右侧小传动齿轮802相啮合。当踏板101被踩下时，左侧齿条103及右侧齿条104将带动左侧小传动齿轮810及右侧小传动齿轮802转动。
左侧弹簧105及右侧弹簧106，上部与踏板101固接，下部与鞋底本体5固接。左侧弹簧105及右侧弹簧106在踏板101被踩下时会被压缩，在踏板101被踩踏之后，将通过弹力使踏板101恢复原位。
参见图3，传动装置8包括右侧小传动齿轮802，左侧小传动齿轮810，水平传动转轴803，小锥齿轮804，大锥齿轮801，加速齿轮805，衔接小齿轮806，衔接大齿轮808，增速传动轴809，发电齿轮807。
右侧小传动齿轮802及左侧小传动齿轮810分别与左侧齿条103及右侧齿条104104啮合。
水平传动转轴803与右侧小传动齿轮802、左侧小传动齿轮810及大锥齿轮801固接，并且与鞋底本体5相连接。
大锥齿轮801位于水平传动转轴803中部，且与小锥齿轮804啮合。小锥齿轮804位于大锥齿轮801下部，且在加速齿轮805上部中心处。加速齿轮805与小锥齿轮804固接，且位于小锥齿轮804下部。衔接小齿轮806与加速齿轮805啮合，且位于增速传动轴809下部。衔接大齿轮808位于增速传动轴809上部。增速传动轴809与鞋底本体5底部固接。增速传动轴809连接衔接小齿轮806与衔接大齿轮808，使其同轴心转动。发电齿轮807位于过渡轴202上部，且与衔接大齿轮808啮合。
参见图4、图5，发电装置2包括过渡轴202，底座203，棘爪204，棘爪柱205，棘轮201，连接结构207，切割装置206，铜线圈208，磁铁209，发电轴210。
棘轮201固定在空心的发电轴上，发电轴套在过渡轴202上且转动连接在鞋底本体5上。
底座203固定在鞋底本体5上，过渡轴202穿过底座203转动连接在鞋底本体5上，且位于底座203中心处，过渡轴202上部与发电齿轮807相接。
棘爪柱205位于过渡轮203的边缘处，且与棘爪204相套。棘爪204在逆时针方向与棘轮201相切，在顺时针方向与棘轮201相抵。
切割装置206位于开设在棘轮201的内腔中，与连接结构207固接，连接结构207固定在鞋底本体5上。铜线圈208位于切割装置206与连接结构207之间，与电路板4相连接。磁铁209位于切割装置206内部。
参见图6，电路板4位于鞋底本体5中部，太阳能发电板与电路板4连接，太阳能发电板在产生电流后，将其输入电路板4储存起来。
工作时，当踏板101受到压力下降，踏板101会发生定轴转动同时带动左侧齿条103和右侧齿条104向下移动；左侧齿条103带动左侧小传动齿轮810转动；右侧齿条104带动右侧小传动齿轮802转动，此处为第一级加速；左侧小传动齿轮810和右侧小传动齿轮802同时转动，且带动水平传动转轴803；水平传动转轴803转动时，中部的大锥齿轮801会跟随水平传动转轴803进行转动，此处为第二级加速；大锥齿轮801带动小锥齿轮804转动，实现转向与第三级加速；加速齿轮805和小锥齿轮804一起同轴转动，实现第四级加速，且带动衔接小齿轮806的转动，实现第五级加速；衔接小齿轮806与衔接大齿轮808同轴转动，此处为第六级加速；衔接大齿轮808带动发电齿轮807的转动，实现第七级加速。
发电齿轮807转动时带动过渡轴202转动，从而带动棘爪204转动；当踏板101被压下时，棘爪204顺时针转动，从而带动棘轮201转动；棘轮201带动切割装置206转动，从而产生电流，输入至电路板4储存起来；当压力消失时，左侧弹簧105和右侧弹簧106会恢复形变，使踩踏装置1复位；当踏板101复位时，棘爪204逆时针转动，此时无法带动棘轮201转动。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：产生的电能被储存起来以后，可通过输电模块6的输电接口601为移动设备提供电源。同时，也可以通过充电模块7的充电接口701提前为鞋底输入充足的电能。在不使用的时候，大封闭装置602将充电接口701封闭；小封闭装置702将输电接口601封闭。
参见图6，电路板4上设有充电接口701，输电接口601，大封闭装置602，小封闭装置702。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：指示装置3包括第一指示灯301和第二指示灯302，均通过导线与电路板4相连接；第一指示灯301和第二指示灯可分别位于鞋底本体5的两侧，也可位于鞋底本体5的同侧，优选位于鞋底本体5的右侧，如图6所示。当储电装置满电量时，第一指示灯301亮起，以便提醒使用者电池已充满；当储电装置对移动设备充电时，第二指示灯302亮起，用于提醒使用者正在充电。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种发电式供电鞋底，其特征在于：包括鞋底本体，鞋底本体的后部设有踩踏装置和发电装置，踩踏装置包括踏板，踏板的前端与鞋底本体转动连接，踏板的后端下方设有弹性连接件和齿条，弹性连接件的另一端与鞋底本体连接，齿条与固定在水平传动转轴上的小传动齿轮啮合以增速，水平传动转轴转动连接在鞋底本体上，水平传动转轴上还固定有圆周速率大于小传动齿轮的大锥齿轮以实现增速，大锥齿轮与固定在竖直传动转轴上且角速度大于大锥齿轮的小锥齿轮啮合以实现换向和增速，竖直传动转轴上还固定有圆周速率大于小锥齿轮的加速齿轮以实现增速，加速齿轮与固定在发电轴上的发电齿轮啮合，发电轴上设置有磁铁以形成发电装置的转子，转子内侧还设有线圈以形成发电装置的定子，线圈固定在鞋底本体上，发电轴转动连接在鞋底本体上；还包括设置在鞋底本体上与发电装置连接具有充电接口的储电装置。
2.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述加速齿轮与发电齿轮之间还设有增速传动机构，增速传动机构包括与竖直传动轴平行设置的增速传动轴，增速传动轴上固定有角速度大于加速齿轮的衔接小齿轮和圆周速率大于衔接小齿轮的衔接大齿轮，衔接小齿轮与加速齿轮啮合，衔接大齿轮与发电齿轮啮合。
3.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述弹性连接件为两组，分别设置在踏板的两侧；齿条为两组，分别设置在踏板的两侧且位于弹性连接件朝向踏板前端的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述弹性连接件为弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述鞋底本体的周向设有太阳能发电板，太阳能发电板与储电装置连接。
6.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述储电装置上设有指示装置以标识其使用状态，指示装置包括用于标识电量充满的第一指示装置和用于标识供电状态的第二指示装置。
7.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述发电齿轮与发电轴之间还设有使发电轴仅能单向旋转的发电传动机构，以使发电装置能够用于直流发电；发电传动机构包括用于固定发电齿轮的过渡轴和驱动发电轴单向旋转的棘轮机构。
8.根据权利要求7所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述过渡轴位于空心结构的发电轴内且与其同轴，过渡轴两端伸出发电轴且下端转动连接在鞋底本体上，上端与发电齿轮固定连接；发电轴的下端转动连接在鞋底本体上；棘轮机构为内啮合棘轮机构，包括棘轮和位与棘轮内侧的棘爪，棘轮固定在发电轴上，棘爪转动连接在过渡轮的上端面，过渡轮位于发电齿轮的下方且与过渡轴固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述储电装置的电路为具有发电、储电、供电功能的集成电路；储电装置还设有过电保护电路，以使储电装置满电量时及时与发电装置断开。
10.根据权利要求1所述的一种发电式供电鞋底，其特征在于：所述充电接口位于鞋底本体的侧边，用于连接移动设备以实现对移动设备的充电；储电装置上还设有输电接口，输电接口位于鞋底本体的侧边，用于连接外接电源以实现对储电装置的充电。
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