可穿戴式智能设备、智能鞋垫和智能鞋的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及纳米新能源领域，具体地，涉及一种可穿戴式智能设备、智能鞋垫和智能鞋。
【背景技术】
[0002]可穿戴式智能设备是应用如今高速发展的电子技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。利用可穿戴式设备对人体进行健康监测是目前的研究热点之一，如各类智能手环、智能手表等。然而，目前的可穿戴式智能设备的缺点是需要外界频繁地对其进行充电。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种可穿戴式智能设备、智能鞋垫和智能鞋，该可穿戴式智能设备不需要外界频繁地对其进行充电，而是能够利用人体自身的机械能实现自供电。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型提供一种可穿戴式智能设备，该可穿戴式智能设备包括给所述可穿戴式智能设备供电的纳米发电机。
[0005]本实用新型还提供一种智能鞋垫，该智能鞋垫包括如上所述的可穿戴式智能设备。
[0006]本实用新型还提供一种智能鞋，该智能鞋包括如上所述的可穿戴式智能设备。
[0007]通过上述技术方案，由于纳米发电机能够从环境中收集微弱的机械能并将收集的机械能转换为电能，因此，根据本实用新型的可穿戴式智能设备能够利用人体自身的机械能实现自供电，而不需要外界频繁地对其进行充电，既提高了用户的使用体验度，又节省了能源。
[0008]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0009]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0010]图1是根据本实用新型一种实施方式的可穿戴式智能设备的示意框图；
[0011]图2示出了一种示例性的压电纳米发电机的剖面图；
[0012]图3示出了一种示例性的摩擦纳米发电机的剖面图；
[0013]图4示出了另一示例性的摩擦纳米发电机的剖面图；
[0014]图5示出了另一示例性的摩擦纳米发电机的剖面图；
[0015]图6示出了根据本实用新型的可穿戴式智能设备中的纳米发电机的另一示例性结构的剖面图；
[0016]图7示出了图6所示纳米发电机的一种变型；
[0017]图8示出了图6所示纳米发电机的又一变型；
[0018]图9示出了图6所示纳米发电机的又一变型；
[0019]图10示出了图6所示纳米发电机的又一变型；
[0020]图11示出了图1O所示纳米发电机的一种变型；
[0021]图12示出了根据本实用新型另一实施方式的可穿戴式智能设备的结构；以及
[0022]图13示出了采用LTC3588-2芯片作为根据本实用新型的可穿戴式智能设备中的电压调理电路时的示例性电路连接形式。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]本实用新型提供一种可穿戴式智能设备100，如图1所示，该可穿戴式智能设备包括给所述可穿戴式智能设备100供电的纳米发电机1000。
[0025]由于纳米发电机1000能够从环境中收集微弱的机械能并将收集的机械能转换为电能，因此，根据本实用新型的可穿戴式智能设备100能够利用人体自身的机械能实现自供电，而不需要外界频繁地对其进行充电，既提高了用户的使用体验度，又节省了能源。
[0026]优选地，所述纳米发电机100可以为压电纳米发电机和/或摩擦纳米发电机。
[0027]以下结合图2-图5来描述示例性的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的结构。
[0028]图2示出了一种示例性的压电纳米发电机的剖面图，该压电纳米发电机可以包括依次堆叠的第一压电电极层11、压电材料层12和第二压电电极层13。第一压电电极层11和第二压电电极层13可以由诸如金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟)等导电材料形成，其厚度可以为1nm到1mm。压电材料层12可以由锆钛酸铅(PZT)、氧化锌、聚偏氟乙烯(PVDF)等压电陶瓷以及氧化物或聚合物等材料形成。而且，该压电纳米发电机的压电极化方向可上可下，本实用新型对此不进行限制。
[0029]应当理解的是，图2所示的压电纳米发电机的结构仅是示例，实际上，本实用新型对压电纳米发电机的具体结构不进行限制，也即任何结构的压电纳米发电机结构均可应用于根据本实用新型的可穿戴式智能设备的结构中。
[0030]图3示出了一种示例性的摩擦纳米发电机的剖面图，该摩擦纳米发电机为单层波浪形摩擦纳米发电机。该单层波浪形摩擦纳米发电机可以包括依次堆叠的第一摩擦感应电极层61、第一摩擦材料层62、第一摩擦电极层63、第一支撑层64、第二摩擦电极层65、第二摩擦材料层66和第二摩擦感应电极层67。其中，第一摩擦电极层63、第一支撑层64和第二摩擦电极层653构成了波浪形结构。第一摩擦感应电极层61、第一摩擦电极层63、第二摩擦电极层65和第二摩擦感应电极层67由导电材料形成，例如金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟锡)等，其厚度可以为1nm到1_。第一摩擦材料层62和第二摩擦材料层66可以由得电子能力强的材料形成，例如聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚氯乙烯等介质材料。第一支撑层64可以由柔韧材料形成，例如聚酰亚胺、聚氯乙烯等。
[0031]图4示出了另一示例性的摩擦纳米发电机的剖面图，该摩擦纳米发电机为由图3所示的单层波浪形摩擦纳米发电机组成的多层波浪形摩擦纳米发电机。在该多层波浪形摩擦纳米发电机中，相邻的单层波浪形摩擦纳米发电机优选共用同一个摩擦感应电极层，例如，在图4中，第二摩擦感应电极层67是被相邻的单层波浪形摩擦纳米发电机共用的，这样，就能够使得多层波浪形摩擦纳米发电机的结构更为紧凑，且不影响多层波浪形摩擦纳米发电机的输出功率。
[0032]图5示出了另一示例性的摩擦纳米发电机的剖面图，该摩擦纳米发电机可以包括依次堆叠的摩擦材料层31和摩擦感应电极层32。摩擦感应电极层32可以由金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟)等导电材料形成，其厚度可以为1nm到10mm。摩擦材料层31优选由得电子能力较强的材料形成，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等介质材料。另外，如图5所示，该摩擦纳米发电机还可以进一步包括与摩擦感应电极层32堆叠的第二支撑层33。第二支撑层33可以由聚合物，诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料形成。
[0033]除了单独的压电纳米发电机和单独的摩擦纳米发电机结构之外，根据本实用新型的可穿戴式智能设备中的纳米发电机的结构还可以如图6所示，该纳米发电机1000是压电摩擦复合式纳米发电机，也即，该纳米发电机1000可以包括相互堆叠的压电纳米发电机I和摩擦纳米发电机3且压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间的间隙通过垫层2来实现。本实用新型不限制垫层2的具体结构，只要其能够使得压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间形成间隙即可。例如，形成的间隙可以是拱形结构、方形结构等等。另外，本实用新型也不限制垫层2在压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间的布置位置，只要其能够使得压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间形成间隙即可。
[0034]优选地，在图6所示的纳米发电机中，所述压电纳米发电机I和/或所述摩擦纳米发电机3的数量优选为多个，所述压电纳米发电机I进行堆叠，所述摩擦纳米发电机3进行堆叠，且堆叠后的压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3进行堆叠。以下结合图7-图9对此进行详细描述。
[0035]例如，如图7的纳米发电机1000的剖面示意图所示，压电纳米发电机I的数量为多个，摩擦纳米发电机3的数量为I个，而且多个压电纳米发电机I相互堆叠后再与摩擦纳米发电机3进行堆叠，且在摩擦纳米发电机3与堆叠后的压电纳米发电机I之间通过垫层2形成间隙。
[0036]再例如，如图8的纳米发电机1000的剖面示意图所示，压电纳米发电机I的数量为I个，摩擦纳米发电机3的数量为多个，而且多个摩擦纳米发电机3相互堆叠后再与压电纳米发电机I进行堆叠，且在压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3之间通过垫层2形成间隙。
[0037]再例如，如图9的纳米发电机1000的剖面示意图所示，压电纳米发电机I的数量为多个，摩擦纳米发电机3的数量为多个，而且多个摩擦纳米发电机3相互堆叠，多个压电纳米发电机I相互堆叠，然后堆叠后的压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3进行堆叠，且在堆叠后的压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3之间通过垫层2形成间隙。
[0038]图10示出了根据本实用新型的可穿戴式智能设备中的纳米发电机1000的又一优选实施方式，在该纳米发电机1000中，所述压电纳米发电机I和所述摩擦纳米发电机3的数量均为多个，且所述压电纳米发电机I与所述摩擦纳米发电机3交叉堆叠，在摩擦纳米发电机3与压电纳米发电机I之间通过垫层2形成间隙。
[0039]在根据本实用新型的又一优选实施方式中，还可以对图10所示的纳米发电机1000进行变型以得到如图11所示的纳米发电机的剖面示意图，也即，可以先将多个压电纳米发电机I进行堆叠以得到多层压电纳米发电机、将多个摩擦纳米发电机3进行堆叠以得到多层摩擦纳米发电机，然后将多层压电纳米发电机与多层摩擦纳米发电机进行交叉堆叠，另外，在多层摩擦纳米发电机与多层压电纳米发电机之间通过垫层2形成间隙。
[0040]图6-图11中提及的压电纳米发电机I和摩擦纳米发电机3可以采用结合图2-5描述的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的结构，但是实际上，本实用新型中没有提及的其他压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的结构也是可行的。也即，本实用新型中给出的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的结构仅是示例，实际上，本实用新型对压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的具体结构不进行限制，也即任何结构的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机结构均可应用于根据本实用新型的可穿戴式智能设备的结构中。
[0041]在根据本实用新型的又一优选实施方式中，如图12所示，该可穿戴式智能设备100还可以包括电压调理电路2000和储能模块3000，所述电压调理电路2000用于将所述纳米发电机1000的输出电信号转换成低压电信号(例如，优选1.2-12V)后传输给所述储能模块3000，所述储能模块3000用于储存电能。
[0042]所述电压调理电路2000可以为DC-DC电压转换电路，例如，其可以采用LTC3588-2芯片来实现，但是应当理解的是，LTC3588-2芯片仅是示例，任何其他类型的DC-DC电压转换电路均是可行的。图13示出了采用LTC3588-2芯片作为电压调理电路2000时的示例性电路连接形式，其中，LTC3588-2芯片的输入端电容优选为10yF-500yF，输出端电容(也即储能模块3000)优选为10yF-100yF。优选地，所述储能模块3000可以是诸如普通电容、超级电容之类的电容器或诸如纽扣电池、锂离子电池之类的可充电电池。
[0043]在储能模块3000中储存了电能之后，就可以利用该电能为根据本实用新型的可穿戴式智能设备中的传感器(未示出)和/或通信电路(未示出)等供电，以实现可穿戴式智能设备对人体的部分体征或运动情况的持续监测。此处的传感器可以是温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、陀螺仪等，同时传感器将测得的数据传递至通信电路，由通信电路完成对外数据的发送。通信电路主要是通过无线通信(例如射频通信、蓝牙通信等)完成对外数据的发送，也即，通信电路可以为射频通信电路或蓝牙通信电路。
[0044]根据本实用新型的可穿戴式智能设备可以是智能眼镜、智能手套、智能手表、智能服饰、智能鞋垫、智能鞋、智能手环等等。以智能鞋为例，根据本实用新型的可穿戴式智能设备可以被制作成鞋垫置于鞋里，也可以作为鞋底的组成部分而在鞋的加工过程中被直接集成到鞋中，另外，可穿戴式智能设备特别是纳米发电机。
[0045]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0046]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0047]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【主权项】
1.一种可穿戴式智能设备，其特征在于，该可穿戴式智能设备包括给所述可穿戴式智能设备供电的纳米发电机，所述纳米发电机包括相互堆叠的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机且所述压电纳米发电机与所述摩擦纳米发电机之间的间隙通过垫层来实现。2.根据权利要求1所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为多层波浪形摩擦纳米发电机，该多层波浪形摩擦纳米发电机包括多个单层波浪形摩擦纳米发电机，每个单层波浪形摩擦纳米发电机包括依次堆叠的第一摩擦感应电极层、第一摩擦材料层、第一摩擦电极层、第一支撑层、第二摩擦电极层、第二摩擦材料层和第二摩擦感应电极层，其中，所述第一摩擦电极层、所述第一支撑层和所述第二摩擦电极层构成了波浪形结构。3.根据权利要求2所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，相邻的单层波浪形摩擦纳米发电机共用同一个摩擦感应电极层。4.根据权利要求1所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述压电纳米发电机和/或所述摩擦纳米发电机的数量为多个，且多个所述压电纳米发电机进行堆叠，多个所述摩擦纳米发电机进行堆叠，且堆叠后的压电纳米发电机与堆叠后的摩擦纳米发电机进行堆叠。5.根据权利要求1所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述压电纳米发电机和所述摩擦纳米发电机的数量为多个，且多个所述压电纳米发电机与多个所述摩擦纳米发电机交叉堆叠。6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，该可穿戴式智能设备还包括电压调理电路和储能模块，所述电压调理电路用于将所述纳米发电机的输出电信号转换成低压电信号后传输给所述储能模块，所述储能模块用于储存电能。7.根据权利要求6所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述电压调理电路为DC-DC电压转换电路。8.根据权利要求6所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述储能模块为电容或可充电电池。9.根据权利要求7所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述电压调理电路为LTC3588-2芯片，所述电压调理电路的输入端电容为10yF-500yF;所述储能模块为1yF-1OOyF的电容。10.根据权利要求6所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，该可穿戴式智能设备还包括传感器和/或通信电路，所述传感器和/或所述通信电路连接到所述储能模块，所述传感器能够对人体的部分体征或运动情况进行监测，所述通信电路将所述传感器测得的数据进行发送。11.根据权利要求10所述的可穿戴式智能设备，其特征在于，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、加速度传感器或陀螺仪； 所述通信电路为射频通信电路或蓝牙通信电路。12.—种智能鞋垫，其特征在于，该智能鞋垫包括权利要求1至11中任一权利要求所述的可穿戴式智能设备。13.—种智能鞋，其特征在于，该智能鞋包括权利要求1至11中任一权利要求所述的可穿戴式智能设备。14.根据权利要求13所述的智能鞋，其特征在于，所述纳米发电机为鞋底的组成部分。
【专利摘要】本实用新型涉及纳米新能源领域，公开了一种可穿戴式智能设备、智能鞋垫和智能鞋，该可穿戴式智能设备包括给所述可穿戴式智能设备供电的纳米发电机。该可穿戴式智能设备不需要外界频繁地对其进行充电，而是能够利用人体自身的机械能实现自供电。
【IPC分类】H02N1/04, H02N2/18, H02J7/32
【公开号】CN205385334
【申请号】CN201521076213
【发明人】唐伟, 王中林, 刘龙, 骆健俊, 张弛
【申请人】北京纳米能源与系统研究所
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2015年12月22日