一種基于壓電發電的保暖鞋的制作方法

本發明屬于壓電發電裝置，涉及一種基于壓電發電的保暖鞋。

背景技術：

嚴冬季節，人們都希望在室外時能夠與室內一樣溫暖。而且，人的身體各個部位的耐寒程度不同。通常時，腳部較低，故腳部取暖對人體保暖十分重要。

目前市面上提供的保暖鞋除保溫材料外多以蓄電池、USB接口的電源充電供電發熱為主，但這種每次取暖需找電源充電，比較麻煩。另外現在很多專利公開在在鞋底安裝壓電發電裝置的結構，但是存在不能保證產電集電高效的缺點。

技術實現要素：

本發明提供了一種產電集電高效、結構簡單、制造安裝方便、成本低的基于壓電發電的保暖鞋。

本發明采用的技術方案是：

一種基于壓電發電的保暖鞋，包括鞋底和鞋面，鞋底內設有空腔體，空腔體內安裝有均與電路板連接的多個壓電發電裝置、電荷采集裝置、溫度控制裝置，其特征在于：壓電發電裝置包括基板、粘合在基板上的壓電片、設置在壓電片上方的活動板、蓋合在空腔體上的蓋板，活動板的兩端均通過彈性板與空腔體的內壁連接，活動板的底部嵌設有凸出設置用于移動擠壓壓電片發電的橢球體，蓋板下方設有施力給彈性板使其變形帶動活動板移動的壓條。本發明通過腳踩蓋板施力給彈性板，彈性板的變形帶動活動板移動，活動板底部的橢球體經過壓電片和基板，造成擠壓，使壓電片受壓變形發電；在彈性板在不受力恢復形變時，再一次帶動活動板移動，壓電片再一次在橢球體擠壓下發電，使得保暖鞋的壓電發電裝置在走動過程中一直在發電，給電路板供電取暖，多余的電儲存在電荷采集裝置內供不運動或運動量不大時釋放供電給電路板取暖，通過提高周期內的擠壓發電次數來提高機械能的轉換率，提高發電量。同時橢球體對壓電片的擠壓降低壓電片的磨損并且產電幾乎均勻穩定。

進一步，空腔體內安裝有間隔分布的多個壓電片，中間兩個壓電片的間隔比兩邊相鄰壓電片的間隔大。由于腳對蓋板的力是不均勻的，從而彈性板的變形程度也不同，為了確保每次運動都能產生電量，因此在空腔體內設置多個壓電片。

進一步，活動板設有前后兩個，其外端均通過兩個彈性板連接于空腔體的內壁上。當彈性板受力變形時，帶動活動板分別往兩端移動，帶動橢球體擠壓壓電片發電；當彈性板不受力恢復形變時，帶動活動板分別往中間移動，帶動橢球體再次擠壓壓電片發電，提高壓電片的發電效率。

進一步，活動板底部設有矩陣形式排列的橢球體，相鄰壓電片的間隔內均設有一排橢球體，保證每次運動橢球體至少會經過一個壓電片進行擠壓發電，以保證壓電發電裝置能夠持續發電。

進一步，橢球體與鞋底相切設置，以保證橢球體在移動過程中能夠對壓電片進行擠壓。

進一步，鞋底空腔體內壁上設有防水及阻燃薄膜層。

進一步，電路板采用碳纖維發熱材料，其設置在鞋墊和蓋板之間。

進一步，蓋板與空腔體間隙配合，在人體走動時蓋板能很好得將力施加給彈性板。

本發明的有益效果：通過多個橢球體同時擠壓壓電片使之產生較大形變，另彈性板的彎曲與恢復帶動活動板來回運動即來回對壓電發電裝置擠壓使周期內發電次數提高，這樣就將人體浪費的能量重新被人體所高效利用。該裝置結構簡單，易于制造，方便安裝，成本低，更重要的可以大大提高電荷利用率，特別適合于寒冷時期體寒人群及外出活動的人群。

附圖說明

圖1是本發明的分解示意圖。

圖2是本發明的壓電發電裝置結構示意圖。

圖3是本發明的壓電發電裝置的上部結構示意圖。

圖4是本發明的壓電發電裝置的下部結構示意圖。

圖5是本發明的壓電發電裝置的爆炸剖面示意圖。

圖6是本發明的壓電發電裝置的剖面示意圖。

圖7是本發明的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例來對本發明進行進一步說明，但并不將本發明局限于這些具體實施方式。本領域技術人員應該認識到，本發明涵蓋了權利要求書范圍內所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。

參見圖1-7，一種基于壓電發電的保暖鞋，包括鞋底9和鞋面，鞋底9內設有空腔體3，鞋底空腔體3內壁上設有防水及阻燃薄膜層，空腔體3內安裝有均與電路板連接的多個壓電發電裝置、電荷采集裝置7、溫度控制裝置8，電路板采用碳纖維發熱材料，其設置在鞋墊和蓋板之間，壓電發電裝置包括基板2、粘合在基板2上的壓電片1、設置在壓電片1上方的活動板4、蓋合在空腔體3上的蓋板6， 活動板4的兩端均通過彈性板5與空腔體3的內壁連接，活動板4的底部嵌設有凸出設置用于移動擠壓壓電片1發電的橢球體10，蓋板6與空腔體3間隙配合，在人體走動時蓋板能很好得將力施加給彈性板，蓋板6下方設有施力給彈性板5使其變形帶動活動板4移動的壓條11。本發明通過腳踩蓋板6施力給彈性板5，彈性板5的變形帶動活動板4移動，活動板4底部的橢球體10經過壓電片1和基板2，造成擠壓，使壓電片1受壓變形發電；在彈性板5在不受力恢復形變時，再一次帶動活動板4移動，壓電片1再一次在橢球體10擠壓下發電，使得保暖鞋的壓電發電裝置在走動過程中一直在發電，給電路板供電取暖，多余的電儲存在電荷采集裝置7內供不運動或運動量不大時釋放供電給電路板取暖，通過提高周期內的擠壓發電次數來提高機械能的轉換率，提高發電量。同時橢球體10對壓電片1的擠壓降低壓電片的磨損并且產電幾乎均勻穩定。

本實施例空腔體3內安裝有間隔分布的十個壓電片1，中間兩個壓電片1的間隔比兩邊相鄰壓電片1的間隔大。由于腳對蓋板6的力是不均勻的，從而彈性板5的變形程度也不同，為了確保每次運動都能產生電量，因此在空腔體3內設置多個壓電片1。

本實施例活動板4設有前后兩個，其外端均通過兩個彈性板5連接于空腔體3的內壁上。當彈性板5受力變形時，帶動活動板4分別往兩端移動，帶動橢球體10擠壓壓電片1發電；當彈性板5不受力恢復形變時，帶動活動板4分別往中間移動，帶動橢球體10再次擠壓壓電片1發電，提高壓電片1的發電效率。本實施例彈性板5是一彈性鐵片。

本實施例活動板4底部設有矩陣形式排列的橢球體10，相鄰壓電片1的間隔內均設有一排橢球體10，保證每次運動橢球體10至少會經過一個壓電片1進行擠壓發電，以保證壓電發電裝置能夠持續發電。橢球體10與鞋底相切設置，以保證橢球體10在移動過程中能夠對壓電片1進行擠壓。

本發明使用時，當人行走時，腳不斷對蓋板6施加向下的力，進而傳遞給彈性板5，彈性板5發生彈性形變彎曲變形，拉動與之固定相連的活動板4向兩端運動，活動板4下端突出的橢球體10經過壓電片1與基板2，造成擠壓，使壓電片1受壓變形發電；當腳離地后，由于彈性板5要恢復形變，則推動活動板4向中間運動，壓電片1再一次受到擠壓發電。

考慮到腳對蓋板的力及彈性板的變形程度，在鞋底空腔設有十個小型壓電發電裝置，橢球體10剛好分布在兩個小型壓電發電裝置之間，以保證每次運動橢球至少會經過一個小型壓電發電裝置。由此可見，通過這種結構可以提高在周期內擠壓發電的次數不僅提高機械能的轉化率，而且提高壓電裝置的使用率，進而提高發電量。與壓電發電裝置進行擠壓的是光滑的橢球狀物體，所以在擠壓前后磨損較少，且逐漸與之接觸擠壓使得產電幾乎均勻穩定。這種結構簡單，成本低，易與生產安裝。小型壓電裝置用導線串聯，利用電路板（圖中未顯示）作為電荷方向的運動的載體，所有裝置均與電路板相連，壓電發電裝置將產生的電荷通過電路板被電荷采集裝置7（如鋰電池）收集。本裝置采用碳纖維發熱材料做成電路板放置于鞋底蓋板上，碳纖維有防潮防濕的有點且電量利用率高發熱效果好，同時溫度控制裝置8設定人體足部最適宜的溫度，利用反饋工作原理，檢測溫度并控制在設定溫度范圍內。從而可以保證行走時運動轉化的電能一部分供足部取暖，且溫度適宜，一部分多余的電荷存儲當不運動或運動量不大時釋放保暖。