一种运动鞋的能量收集装置

1.本实用新型涉及智能穿戴设备技术领域，特别是涉及一种运动鞋的能量收集装置。


背景技术：

2.随着生活水平的不断提高，越来越多的人开始注重自己的身体健康，运动手环、智能跑鞋等穿戴式设备受到消费者青睐。并且，通过这些穿戴式设备，运动信息可以动态发布在社交网络上，受到众多年轻人追捧。
3.智能运动鞋作为众多可穿戴设备中不断更迭的一款，一直不愠不火，主要原因是现有智能运动鞋产品存在效果不突出、缺乏监测运动者生物数据、电池消耗大等问题。特别是耗电问题，不定时的充电及电池更换，制约着智能运动鞋的发展。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种运动鞋的能量收集装置。
5.为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案如下：
6.一种运动鞋的能量收集装置，包括，
7.上鞋垫，其下端面设置有封闭式弹性气垫，
8.下鞋垫，位于所述上鞋垫下方，所述下鞋垫的上端面与所述上鞋垫的下端面贴合，所述下鞋垫上设置有动能采集单元，所述动能采集单元包括固定设置于所述上鞋垫上端面的压电片，所述压电片位于所述封闭式弹性气垫的下方；以及，
9.蓄电池，固定设置于鞋体内，所述动能采集单元用于将采集到的动能转化为电能后向所述蓄电池充电。
10.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述封闭式弹性气垫位于所述上鞋垫的脚掌部和足跟部。
11.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述封闭式弹性气垫包括若干个中空的弹性柱体，若干个所述弹性柱体均匀布设于所述压电片的上端。
12.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述动能采集单元还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，
13.所述压电片的第一引脚、所述第一二极管的阳极以及所述第三二极管的阴极连接，所述压电片的第二引脚、所述第二二极管的阳极以及所述第四二极管的阴极连接，
14.所述第一二极管的阴极以及所述第二二极管的阴极与所述蓄电池的正极连接，所述第三二极管的阳极以及所述第四二极管的阳极与所述蓄电池的负极连接。
15.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述上鞋垫下端位于足弓部还固定设置有具有导热性能的足弓支撑板，所述下鞋垫上端位于所述足弓
支撑板的下方设置有用于将采集到的热能转化为电能后向所述蓄电池充电的热电采集单元，所述热电采集单元包括温差发电片。
16.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述热电采集单元还包括第一电容、第二电容、第三电容、第一集成块、第五二极管和变压器，
17.所述温差发电片的第一引脚、所述变压器的第一引脚以及所述第一电容的一端连接，所述变压器的第三引脚、所述第二电容的一端以及所述第三电容的一端连接，所述变压器的第二引脚与所述第一集成块的第十二引脚连接，所述第二电容的另一端与所述第一集成块的第十引脚连接，所述第三电容的另一端与所述第一集成块的第十一引脚连接，所述温差发电片的第二引脚、所述变压器的第四引脚、所述第一电容的另一端以及所述第一集成块的第一引脚、第七引脚、第八引脚和第十三引脚均与蓄电池的负极连接，所述第一集成块的第三引脚与所述蓄电池的正极连接。
18.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述第一集成块的型号为ltc3108。
19.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述第一电容、第二电容、第三电容的容值分别为220uf、1nf、330pf。
20.作为本实用新型所述运动鞋的能量收集装置的一种优选方案，其中：所述上鞋垫或所述下鞋垫上固定设置有用于定位所在位置的定位模块，所述蓄电池为所述定位模块供电。
21.本实用新型的有益效果是：
22.（1）本实用新型通过在鞋垫内设置压电片，使穿戴者在跑步、行走或其他运动中将运动产生的一部分机械能转化为电能，并对产生的电能加以利用和储存，有效解决了现有智能运动鞋产品需要频繁充电或更换电池的问题。
23.（2）本实用新型在上鞋垫上位于压电片的上部设置有封闭式弹性气垫，通过封闭式弹性气垫来对人体脚掌与压电片之间进行缓冲，不仅大大提高了穿戴者的舒适度，而且避免穿戴者在跑步或进行较为剧烈的运动时，脚掌对压电片的冲击力过大而损坏压电片，从而对压电片进行保护，同时，封闭式弹性气垫在受力压缩且外力撤除后可逐渐恢复原状，在该过程中产生的弹性形变也会向压电片施加压力，保证压电片的动能采集效率。
24.（3）本实用新型中封闭式弹性气垫包括均匀布设于压电片上端的若干个弹性柱体，若干个弹性柱体可保证压电片受压更为均匀，避免压电片某处集中受力而导致压电片受损的情况，延长了压电片的使用寿命。
25.（4）本实用新型在上鞋垫上还设置有足弓支撑板，可对穿戴者的足弓进行支撑，减少跑步或剧烈运动时穿戴者受伤的几率，同时，该足弓支撑板具有导热性能，可将鞋体内产生的大量热量进行汇集，并传到至其下方的温差发电片上，通过温差发电片产生电能并收集，进一步提高了能量收集效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其它的附图。
27.图1为本实用新型提供的运动鞋的能量收集装置的结构示意图；
28.图2为本实用新型提供的运动鞋的能量收集装置中上鞋垫与下鞋垫的结构示意图；
29.图3为本实用新型提供的运动鞋的能量收集装置中上鞋垫的仰视图；
30.图4为本实用新型提供的运动鞋的能量收集装置中动能采集单元和热电采集单元与蓄电池的模块连接示意图；
31.图5为本实用新型提供的运动鞋的能量收集装置中动能采集单元的电路连接图；
32.图6为本实用新型提供的运动鞋的能量收集装置中热电采集单元的电路连接图；
33.其中：1、上鞋垫；2、封闭式弹性气垫；3、下鞋垫；4、压电片；5、足弓支撑板；6、温差发电片。
具体实施方式
34.为使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本实用新型作出进一步详细的说明。
35.本实施例提供了一种运动鞋的能量收集装置，包括安装在鞋体内的上鞋垫1和下鞋垫3，上鞋垫1的下端面与下鞋垫3的上端面贴合。在下鞋垫3上设置有动能采集单元，该动能采集单元包括固定设置在下鞋垫3上端面的压电片4。在上鞋垫1的下端面固定设置有封闭式弹性气垫2，该封闭式弹性气垫2位于压电片4的正上方。当穿戴者在跑步、行走或其他运动时，穿戴者的脚掌向上鞋垫1施加压力，进而使下鞋垫3上的压电片4受压并发生形变，产生电荷，实现将穿戴者运动产生的一部分机械能转化为电能的效果。
36.在鞋体内还固定设置有蓄电池，动能采集单元的a端与蓄电池的正极连接，动能采集单元的b端与蓄电池的负极连接。动能采集单元将穿戴者运动产生的电能输送至蓄电池处，对蓄电池进行充电，达到电能储存的目的。
37.其中，封闭式弹性气垫2可对人体脚掌与压电片4之间进行缓冲，大大提高了穿戴者的舒适度，而且，当穿戴者的脚掌踩在上鞋垫1上时，封闭式弹性气垫2会吸收压力，逐渐产生形变，随后将压力逐渐传递至下鞋垫3上的压电片4上，可避免穿戴者在跑步或进行较为剧烈的运动时，脚掌对压电片4的冲击力过大而损坏压电片4，从而对压电片4进行保护。另外，封闭式弹性气垫2在受力压缩且外力撤除后可逐渐恢复原状，在该过程中产生的弹性形变也会向压电片4施加压力，保证压电片4的动能采集效率。
38.在本实施例中，封闭式弹性气垫2包括均匀布设于压电片4上端的若干个弹性柱体，若干个弹性柱体可保证压电片4受压更为均匀，避免了压电片4某处集中受力而导致压电片4受损的情况。
39.上述动能采集单元还包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4。其中，压电片4的第一引脚、第一二极管d1的阳极以及第三二极管d3的阴极连接，压电片4的第二引脚、第二二极管d2的阳极以及第四二极管d4的阴极连接，第一二极管d1的阴极以及第二二极管d2的阴极与动能采集单元的a端连接，第三二极管d3的阳极以及第四二极管d4的阳极与动能采集单元的b端连接。当压电片4受到压力产生形变后，压电片4产生电荷并累积在压电片4上，使压电片4的电压慢慢升高，当压电片4上的电压足够高时，第一二
极管d1和第四二极管d4导通，压电片4上的电荷向蓄电池转移，达到充电的目的。压电片4形变越大，充电电流就越大，充电的效果也越好。
40.在本实施例中，第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4均采用型号为bat754的二极管，压电片4采用的是陶瓷压电片4。
41.另外，在上鞋垫1下端面上位于足弓部还固定设置有足弓支撑板5，足弓支撑板5可对穿戴者的足弓进行支撑，减少跑步或剧烈运动时穿戴者受伤的几率。较佳的，足弓支撑板5采用导热材料如铝材等制成，具有良好的导热性能。在下鞋垫3的上端设置有热电采集单元，热电采集单元的a端与蓄电池的正极连接，热电采集单元的b端与蓄电池的负极连接。热电采集单元包括固定设置在足弓支撑板5下方的温差发电片6，鞋体内运动后产生的热量通过具有导热性能的足弓支撑板5后汇集至温差发电片6处，产生电荷后输送至蓄电池，达到电能储存的目的。
42.具体的，热电采集单元还包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一集成块u1、第五二极管d5和变压器t1。
43.其中，温差发电片6的第一引脚、变压器t1的第一引脚以及第一电容c1的一端连接，变压器t1的第三引脚、第二电容c2的一端以及第三电容c3的一端连接，变压器t1的第二引脚与第一集成块u1的第十二引脚连接，第二电容c2的另一端与第一集成块u1的第十引脚连接，第三电容c3的另一端与第一集成块u1的第十一引脚连接，温差发电片6的第二引脚、变压器t1的第四引脚、第一电容c1的另一端以及第一集成块u1的第一引脚、第七引脚、第八引脚和第十三引脚均与热电采集单元的b端连接，第一集成块u1的第三引脚与热电采集单元的a端连接。鞋体内的热量通过足弓支撑板5后汇集至温差发电片6处，温差发电片6发生电荷，存储在第一电容c1上，通过第一集成块u1完成升压后输送至蓄电池内。温差发电片6两端的温差越高，充电电流越大，充电的效果也越好。
44.在本实施例中，第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3的容值分别为220uf、1nf、330pf，第一集成块u1的型号为ltc3108，第五二极管d5采用型号为bat754的二极管。
45.在上鞋垫1或下鞋垫3上还固定设置有用于定位所在位置的定位模块以及用于将定位模块采集到的位置信号发送至移动终端的通讯模块，蓄电池为定位模块和通讯模块供电。
46.除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。