自发电发热鞋垫的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种自发电发热鞋垫，包括：层叠设置的上面层、发热层、发电层和下面层；其中，发热层包括至少一个发热器件；发电层包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机；至少一个摩擦发电机和/或压电发电机用于将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能；发电层为发热层提供电能。本实用新型提供的自发电发热鞋垫无需外部电源为发热器件供电，具有结构简单、制作成本低、自发电以及节能环保的优势。
【专利说明】
自发电发热鞋垫
技术领域
[0001]本实用新型涉及可穿戴保健设备技术领域，具体涉及一种自发电发热鞋垫。
【背景技术】
[0002]在寒冷的冬季，人体脚上的血流量较低，体温较低，容易使人感到寒冷。因此足底保暖对人体保健至关重要，一双温暖舒适的鞋垫不可或缺。目前，现有的可发热鞋垫主要有:蓄电池加热鞋垫、化学加热鞋垫、自发热面料鞋垫以及机械式发电鞋垫等，这些发热鞋垫主要存在续航时间短、发热量不可调和结构复杂等不足。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种自发电发热鞋垫，用于解决现有技术中的可发热鞋垫续航时间短、结构复杂的问题。
[0004]本实用新型提供一种自发电发热鞋垫，包括:层叠设置的上面层、发热层、发电层和下面层；
[0005]其中，发热层包括至少一个发热器件;发电层包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机;至少一个摩擦发电机和/或压电发电机用于将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能;发电层为发热层提供电能。
[0006]进一步，自发电发热鞋垫还包括:储能模块;储能模块设置于下面层的内部，用于储存至少一个摩擦发电机和/或压电发电机产生的电能;储能模块为发热层提供电能。
[0007]进一步，发热层还包括设置于至少一个发热器件的外表面的绝缘层和金属纤维层。
[0008]进一步，下面层与发电层相接触的表面设置有凹凸结构。
[0009 ]进一步，储能模块包括:整流电路、稳压电路、变压电路和储能电路；
[0010]整流电路与至少一个摩擦发电机和/或压电发电机连接，用于对至少一个摩擦发电机和/或压电发电机产生的感应电信号进行整流处理；
[0011]稳压电路与整流电路连接，用于对经整流处理后的电信号进行稳压处理；
[0012]变压电路与稳压电路连接，用于对经稳压处理后的电信号进行变压处理；
[0013]储能电路与变压电路连接，用于对经变压处理后的电信号进行储存。
[0014]进一步，自发电发热鞋垫还包括:温度传感器、开关和控制器；
[0015]其中，温度传感器设置于上面层的边缘，用于采集鞋子内部的温度信号;开关和控制器设置于下面层的内部;开关用于控制储能模块为控制器和/或发热器件供电;控制器用于对温度传感器采集的温度信号进行处理，得到测量温度，并根据测量温度控制输入到发热器件的电流大小。
[0016]进一步，自发电发热鞋垫还包括:充电接口；充电接口用于连接移动设备。
[0017]进一步，自发电发热鞋垫还包括:电源模块;电源模块用于为控制器供电。
[0018]进一步，摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构的摩擦发电机;摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面。
[0019]进一步，摩擦发电机中构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有微纳结构。
[0020]本实用新型提供的自发电发热鞋垫通过至少一个摩擦发电机和/或压电发电机将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能，为发热器件供电，以使发热器件发热，温暖足底。相比于现有技术中的可发热鞋垫，本实用新型提供的自发电发热鞋垫具有结构简单、制作成本低、自发电以及节能环保的优势，无需依赖外部电源为发热器件供电，即可随时随地温暖足底。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例一的截面结构示意图；
[0022]图2为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例一的功能结构框图；
[0023]图3为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例一中至少一个摩擦发电机和/或压电发电机、储能模块与发热器件的连接示意框图；
[0024]图4为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例二的功能结构框图；
[0025]图5为三层结构的摩擦发电机的截面结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。
[0027]本实用新型提供了一种自发电发热鞋垫，该自发电发热鞋垫包括:层叠设置的上面层、发热层、发电层和下面层。其中，发热层包括至少一个发热器件;发电层包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机用于将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能;发电层为发热层提供电能。当用户穿戴了具有自发电发热鞋垫的鞋子后，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能，转换得到的电能可以直接为发热层中的发热器件供电。另外，该自发电发热鞋垫还可包括储能模块，储能模块设置于下面层的内部，用于储存至少一个摩擦发电机和/或压电发电机产生的电能，储能模块为发热层提供电能。当用户穿戴了具有自发电发热鞋垫的鞋子后，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能，储能模块储存至少一个摩擦发电机和/或压电发电机所产生的电能，从而为发热层中的发热器件供电。
[0028]图1为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例一的截面结构示意图，如图1所示，该自发电发热鞋垫包括:储能模块105以及层叠设置的上面层101、发热层102、发电层103和下面层104。具体地，发热层102设置于上面层101和发电层103之间，发电层103设置于发热层102和下面层104之间，储能模块105设置于下面层104的内部。上面层101和下面层104的材料，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，此处不做限定。例如，上面层101和下面层104的材料可为现有技术中鞋垫的常用材料。
[0029]其中，发热层102包括至少一个发热器件(图中未示出)，发热层102还可包括设置于至少一个发热器件的外表面的绝缘层和金属纤维层(图中未示出)。通过在发热器件的外表面设置绝缘层，以实现对发热器件的绝缘保护。为了提高传热速率，将外表面设置有绝缘层的发热器件封装在金属纤维层中，该金属纤维层的面积可以与上面层的面积相同，也就是说，该金属纤维层的面积与鞋垫的面积相同。
[0030]可选地，发热器件可以采用发热片、电阻丝和碳纤维发热丝等。当发热器件采用的是发热片时，可将发热片设置在鞋垫的脚后跟位置与脚掌位置；当发热器件采用的是电阻丝或者碳纤维发热丝时，可将电阻丝或者碳纤维发热丝以地暖回旋结构设置在整个鞋垫内。因为碳纤维发热丝的发热效率高于发热片和电阻丝，并且具有强度大、密度小、耐腐蚀和节能的优势，因此，优选地，发热器件采用碳纤维发热丝。
[0031]发电层103包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机(图中未示出)，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机用于将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能。其中，摩擦发电机可以为三层结构、四层结构或者五层结构的摩擦发电机，并且摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面。压电发电机可以为氧化锌、压电陶瓷(即锆钛酸铅)和聚偏氟乙烯等压电材料制作的压电发电机。本领域技术人员可根据具体需要对摩擦发电机和压电发电机进行选择，此处不做限制。具体地，当有压力作用于至少一个摩擦发电机和/或压电发电机上时，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机会产生交流的脉冲电信号。另外，摩擦发电机和/或压电发电机的外表面还可设置有封装层，摩擦发电机和/或压电发电机的输出端从封装层的边缘引出。
[0032]如图1所示，下面层104与发电层103相接触的表面设置有凹凸结构106，该凹凸结构106的设置使自发电发热鞋垫的内部形成空腔，有助于降低热量耗散的速率。
[0033]图2为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例一的功能结构框图，如图2所示，储能模块105的输入端与至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031的输出端连接，用于储存至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031产生的电能，发热器件1021的输入端与储能模块105的输出端连接，储能模块105所储存的电能为发热器件1021供电。具体地，当发热器件1021包括两个输入端时，发热器件1021的两个输入端可从发热层的边缘引出，然后与储能模块105的输出端相连接。当用户穿戴了具有自发电发热鞋垫的鞋子后，例如用户在行走过程中或者站立过程中，自发电发热鞋垫所包括的至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能，然后储能模块105对至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031所产生的电能进行处理和储存后为发热器件1021供电，以使发热器件1021发热，温暖足底。
[0034]图3为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例一中至少一个摩擦发电机和/或压电发电机、储能模块与发热器件的连接示意框图，如图3所示，储能模块105包括:整流电路1051、稳压电路1052、变压电路1053和储能电路1054。
[0035]其中，整流电路1051与至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031连接，用于对至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031产生的感应电信号进行整流处理;稳压电路1052与整流电路1051连接，用于对经整流处理后的电信号进行稳压处理;变压电路1053与稳压电路1052连接，用于对经稳压处理后的电信号进行变压处理；储能电路1054与变压电路1053连接，用于对经变压处理后的电信号进行储存，从而为与之连接的发热器件1021供电。
[0036]例如，当至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031产生的感应电信号为交流的脉冲电信号时，整流电路1051与至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031连接，用于对至少一个摩擦发电机和/或压电发电机1031产生的交流的脉冲电信号进行整流处理，得到单相脉冲直流电信号;稳压电路1052与整流电路1051连接，用于对经整流处理得到的单相脉冲直流电信号进行稳压处理;变压电路1053与稳压电路1052连接，用于对经稳压处理后的电信号进行变压处理;储能电路1054与变压电路1053连接，用于对经变压处理后的电信号进行储存。
[0037]图4为本实用新型提供的自发电发热鞋垫实施例二的功能结构框图，如图4所示，自发电发热鞋垫实施例二与自发电发热鞋垫实施例一的区别在于:该自发电发热鞋垫还包括温度传感器406、开关403、控制器404和充电接口 407。至少一个摩擦发电机和/或压电发电机401的输出端与储能模块402的输入端连接，储能模块402的输出端分别与开关403和充电接口 407连接，开关403、温度传感器406的输出端与控制器404的输入端连接，控制器404的输出端与发热器件405的输入端连接。各相关模块与器件之间通过导线连接。控制器404可以通过由各种分立器件组成的硬件电路来实现，而不依赖于软件。例如，控制器404可以包括比较电路等。
[0038]其中，温度传感器406可以设置于上面层的边缘，用于采集鞋子内部的温度信号；开关403和控制器404设置于下面层的内部;开关用于控制储能模块402为控制器404和/或发热器件405供电；控制器404用于对温度传感器406采集的温度信号进行处理，得到测量温度，并根据测量温度控制输入到发热器件405的电流大小;充电接口 407用于连接移动设备(例如手机)，从而为移动设备提供一定量的电能。
[0039 ]可选地，温度传感器406可以采用热敏电阻、热电偶等感温元件。
[0040]可选地，自发电发热鞋垫还可包括:电源模块(图中未示出)。该电源模块用于为控制器404供电。电源模块可以为可充电电池或非可充电电池。优选地，电源模块为可充电电池。当电源模块为可充电电池时，在不需要为鞋内加热的情况下，可以由储能模块402为可充电电池充电。
[0041]自发电发热鞋垫实施例二通过至少一个摩擦发电机和/或压电发电机401将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能，接着储能模块402对至少一个摩擦发电机和/或压电发电机401所产生的电能进行处理和储存。在需要对鞋内进行加热时，闭合开关403使储能模块402能够向控制器404供电并同时经过控制器404向发热器件405供电，控制器404对温度传感器406采集的温度信号进行处理，得到测量温度，并根据测量温度控制输入到发热器件405的电流大小，从而调节鞋内温度，同时，储存在储能模块402内的电能还可以通过充电接口 407输出给移动设备使用;在不需要对鞋内进行加热时，断开开关403，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机401产生的电能仅储存在储能模块402内并通过充电接口 407输出。根据本实用新型提供的技术方案，不仅可以随时随地温暖足底，还实现了对鞋内温度的智能调节，使鞋内温暖舒适。
[0042]在上述各实施例中，摩擦发电机可以为三层结构、四层结构或者五层结构的摩擦发电机，摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面。具体地，当摩擦发电机为三层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机可以包括层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层，第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层之间形成两个摩擦表面。当摩擦发电机为四层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机可以包括层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间形成两个摩擦表面。当摩擦发电机为五层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机可以包括层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层。还有另外一种五层结构的摩擦发电机，该摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层。当摩擦发电机包含两层高分子聚合物绝缘层时，其中的第一高分子聚合物绝缘层可以为电正性高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层可以是电负性高分子聚合物绝缘层。
[0043]在上述各实施例中，摩擦发电机各层的材料可以选自现有的柔性发电机技术中的材料。具体地，第一电极层、第二电极层和居间电极层的材料选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金。其中金属是金、银、铀、钯、招、镍、铜、钛、络、锡、铁、锰、钼、钨或银;合金是招合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、锦合金、祕合金、铟合金、镓合金、妈合金、钼合金、银合金或钽合金。其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层的材料分别选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。
[0044]为了使摩擦发电机中构成摩擦界面的两个表面能够更好地接触摩擦，摩擦发电机中构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上可以设置有微纳结构。图5为三层结构的摩擦发电机的截面结构示意图，如图5所示，摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层501、第一高分子聚合物绝缘层502和第二电极层503，其中，第一电极层501和第一高分子聚合物绝缘层502之间形成两个摩擦表面，第一高分子聚合物绝缘层502上设置有微纳结构504。当第一电极层501与第一高分子聚合物绝缘层502接触摩擦时，微纳结构504能够使第一电极层501与第一高分子聚合物绝缘层502的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极层501和第二电极层503处感应出较多的电荷。其中，微纳结构504可以是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构或纳米级孔状结构，图5中所示的微纳结构504为截面为三角形的凸起结构。
[0045]本实用新型提供的上述自发电发热鞋垫通过至少一个摩擦发电机和/或压电发电机将作用于自发电发热鞋垫的机械能转换为电能，然后储能模块对至少一个摩擦发电机和/或压电发电机所产生的电能进行处理和储存后为发热器件供电，以使发热器件发热，温暖足底。相比于现有技术中的可发热鞋垫，本实用新型提供的自发电发热鞋垫具有结构简单、制作成本低、自发电以及节能环保的优势，无需依赖外部电源为发热器件供电，即可随时随地温暖足底。
[0046]本实用新型中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。
[0047]本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
[0048]最后，需要注意的是:以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种自发电发热鞋垫，其特征在于，包括:层叠设置的上面层、发热层、发电层和下面层； 其中，所述发热层包括至少一个发热器件;所述发电层包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机;所述至少一个摩擦发电机和/或压电发电机用于将作用于所述自发电发热鞋垫的机械能转换为电能； 所述发电层为所述发热层提供电能。2.根据权利要求1所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述自发电发热鞋垫还包括:储能t吴块； 所述储能模块设置于所述下面层的内部，用于储存所述至少一个摩擦发电机和/或压电发电机产生的电能； 所述储能模块为所述发热层提供电能。3.根据权利要求1所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述发热层还包括设置于所述至少一个发热器件的外表面的绝缘层和金属纤维层。4.根据权利要求1所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述下面层与所述发电层相接触的表面设置有凹凸结构。5.根据权利要求2所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述储能模块包括:整流电路、稳压电路、变压电路和储能电路； 所述整流电路与所述至少一个摩擦发电机和/或压电发电机连接，用于对所述至少一个摩擦发电机和/或压电发电机产生的感应电信号进行整流处理； 所述稳压电路与所述整流电路连接，用于对经整流处理后的电信号进行稳压处理； 所述变压电路与所述稳压电路连接，用于对经稳压处理后的电信号进行变压处理； 所述储能电路与所述变压电路连接，用于对经变压处理后的电信号进行储存。6.根据权利要求2所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述自发电发热鞋垫还包括:温度传感器、开关和控制器； 其中，所述温度传感器设置于所述上面层的边缘，用于采集鞋子内部的温度信号;所述开关和所述控制器设置于所述下面层的内部;所述开关用于控制所述储能模块为所述控制器和/或所述发热器件供电；所述控制器用于对所述温度传感器采集的温度信号进行处理，得到测量温度，并根据所述测量温度控制输入到所述发热器件的电流大小。7.根据权利要求6所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述自发电发热鞋垫还包括:充电接口 ；所述充电接口用于连接移动设备。8.根据权利要求6所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述自发电发热鞋垫还包括:电源模块;所述电源模块用于为所述控制器供电。9.根据权利要求1-8任一项所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构的摩擦发电机;所述摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面。10.根据权利要求9所述的自发电发热鞋垫，其特征在于，所述摩擦发电机中构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有微纳结构。
【文档编号】H02N1/04GK205432371SQ201620226787
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】徐传毅
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司