磁疗发电鞋的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种磁疗发电鞋，用以解决现有的磁疗保健鞋无法兼具磁疗和发电的双重作用，以及容易因老化而影响发电效果的问题。该磁疗发电鞋内部设置有空腔，空腔内包括：上下相对设置的第一磁铁和第二磁铁，围绕在所述第一磁铁和第二磁铁外部的感应线圈，以及位于所述第一磁铁和第二磁铁之间的摩擦发电机；其中，所述第一磁铁和第二磁铁的同名磁极相对，所述摩擦发电机的输出端为第一组电能输出端，所述感应线圈的两端为第二组电能输出端。
【专利说明】磁疗发电鞋【技术领域】
[0001]本实用新型涉及可穿戴设备领域，具体涉及一种磁疗发电鞋。
【背景技术】
[0002]足底反射区是疏通气血的重要位置，足底集中了人体的经络、经脉、和经穴，因而，对足底反射区进行刺激能够起到治疗和保健的双重效果。为此，磁疗保健鞋便应运而生了。虽然现有的磁疗保健鞋能够通过在鞋内嵌入磁性材料并设置合适的物理结构来实现足底的磁疗保健，但是，由于磁性材料产生的磁场仅在磁疗中发挥作用，因而无法同时具备发电等功效，导致磁性材料产生的磁场未能发挥其最大作用。
[0003]另一方面，虽然现有技术中已经研发出具备发电功能的发电鞋，例如基于摩擦发电机的发电鞋能够通过接触-分离式摩擦发电机来进行发电。但是，一方面，这种发电鞋仅具备发电功能，而不具备磁疗功能；另一方面，这种结构的发电鞋要求构成摩擦发电机的两个发电薄膜在工作过程中必须能够有效地接触并分离，即:要求两个发电薄膜不仅在受到挤压力时能够有效接触，并且在挤压力释放时还要能够相互分离。这样一来，就增加了生产或制备的难度。另外，由于内嵌于发电鞋内部的摩擦发电机经过长时间挤压后，支撑材料容易老化，从而导致两个发电薄膜无法有效分离，进而造成摩擦发电机无法正常工作的后果。而且，由于摩擦发电机产生的电能较低，因而这种发电鞋也无法满足高功耗的要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供一种磁疗发电鞋，用于解决现有的磁疗保健鞋无法兼具磁疗和发电的双重作用，以及现有的发电鞋容易因老化而影响发电效果的问题。
[0005]一种磁疗发电鞋，所述磁疗发电鞋的鞋底内部设置有空腔，所述空腔内进一步包括:上下相对设置的第一磁铁和第二磁铁，围绕在所述第一磁铁和第二磁铁外部的感应线圈，以及位于所述第一磁铁和第二磁铁之间的摩擦发电机；其中，所述第一磁铁和第二磁铁的同名磁极相对，所述摩擦发电机的输出端为第一组电能输出端，所述感应线圈的两端为第二组电能输出端。
[0006]在本实用新型提供的磁疗发电鞋中，设置有第一磁铁和第二磁铁以及围绕所述第一磁铁和第二磁铁的感应线圈，当磁疗发电鞋因用户踩脚而受到挤压时，鞋底内部的空腔随之受到挤压，因而第一磁铁和第二磁铁之间的距离随之减少；当磁疗发电鞋因用户抬脚而导致压力释放时，由于同名磁极相斥的作用导致第一磁铁和第二磁铁之间的距离随之增加。由此可见，在用户走动过程中，第一磁铁和第二磁铁之间不断地相互靠近又相互分离，由此导致穿过感应线圈的磁通量发生变化，进而产生感应电流，实现了发电功能。同时，设置在鞋底的磁铁能够产生微弱而相对稳定的空间磁场，可以实现磁疗功效。另外，在上述过程中，摩擦发电机的摩擦界面也会随之相互接触又相互分离，从而因摩擦而产生电流，由此，不仅实现了摩擦发电的功能，而且，摩擦发电机的摩擦界面还可以随第一磁铁和第二磁铁的分离而分离，由此避免了因材料老化导致摩擦发电机的摩擦界面无法有效分离进而影响发电效果的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1示出了本实用新型提供的磁疗发电鞋的结构示意图；
[0008]图2示出了本实用新型实施例一提供的磁疗发电鞋的结构示意图；
[0009]图3示出了本实用新型实施例二提供的磁疗发电鞋的结构示意图；
[0010]图4a和图4b分别示出了摩擦发电机的第一种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图；
[0011]图5a和图5b分别示出了摩擦发电机的第二种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图；
[0012]图6a和图6b分别示出了摩擦发电机的第三种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图；以及
[0013]图7a和图7b分别示出了摩擦发电机的第四种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]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。
[0015]为了解决现有的磁疗保健鞋无法兼具磁疗和发电的双重作用，以及现有的发电鞋容易因老化而影响发电效果的问题，本实用新型提供了一种磁疗发电鞋。
[0016]图1示出了本实用新型提供的磁疗发电鞋的结构示意图，如图1所示，该磁疗发电鞋在鞋底内部设置有空腔10，且空腔10内进一步包括:上下相对设置的第一磁铁13和第二磁铁14，围绕在第一磁铁13和第二磁铁14外部的感应线圈15，以及位于所述第一磁铁和第二磁铁之间的摩擦发电机。其中，第一磁铁13和第二磁铁14的同名磁极相对。
[0017]优选地，第一磁铁13和第二磁铁14相互平行。另外，可选地，空腔10内部的高度大于第一磁铁13、第二磁铁14和摩擦发电机的厚度之和，则第一磁铁13和/或第二磁铁14能够在空腔10内上下移动。
[0018]可选地，摩擦发电机包括上下相对设置的第一电极层11和第二电极层12，第一电极层11和第二电极层12相对的两个侧表面分别作为该摩擦发电机的两个摩擦界面，用以通过摩擦来产生电荷。并且，第一电极层11与第一磁铁13相邻,第二电极层12与第二磁铁14相邻。在图1所示的结构中，将第一磁铁绘制在第二磁铁的上方，相应地将第一电极层绘制在第二电极层的上方，但是，本实用新型对第一磁铁和第二磁铁的上下关系，以及第一电极层和第二电极层的上下关系不做限定，也就是说，也可以将第二磁铁绘制在第一磁铁的上方，相应地将第二电极层绘制在第一电极层的上方。另外，在本实用新型提供的磁疗发电鞋中，上述的第一电极层11和第二电极层12作为第一组电能输出端,用以输出摩擦发电机因摩擦而产生的电能；上述感应线圈的两端作为第二组电能输出端，用以输出感应线圈因磁通量变化而产生的感应电流。
[0019]由此可见，在本实用新型提供的磁疗发电鞋中，设置有第一磁铁和第二磁铁以及围绕所述第一磁铁和第二磁铁的感应线圈，当磁疗发电鞋因用户踩脚而受到挤压时，鞋底内部的空腔随之受到挤压，因而第一磁铁和第二磁铁之间的距离随之减少；当磁疗发电鞋因用户抬脚而导致压力释放时，由于同名磁极相斥的作用导致第一磁铁和第二磁铁之间的距离随之增加。因此，在用户走动过程中，第一磁铁和第二磁铁之间不断地相互靠近又相互分离，由此导致穿过感应线圈的磁通量发生变化，进而产生感应电流，实现了发电功能。同时，设置在鞋底的磁铁能够产生微弱而相对稳定的空间磁场，可以实现磁疗功效。另外，在上述过程中，摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层也会随之相互接触又相互分离，从而因摩擦而产生电流，由此，不仅实现了摩擦发电的功能，而且，第一电极层和第二电极层还可以随第一磁铁和第二磁铁的分离而分离，由此避免了因材料老化导致第一电极层和第二电极层无法有效分离进而影响发电效果的问题。
[0020]下面通过两个优选实施例详细介绍一下本实用新型提供的磁疗发电鞋的具体结构:
[0021]实施例一、
[0022]图2示出了本实用新型实施例一提供的磁疗发电鞋的结构示意图。如图2所示，该磁疗发电鞋具有用于容纳发电器件的空腔10。该空腔10通常设置在鞋底内部，优选地，可以将其设置在鞋底的脚跟部位，这样，一方面可以满足走路时有效挤压空腔的需求，另一方面，使发电鞋的脚跟部位的厚度高于脚掌部位的厚度，也符合人们的穿着习惯和审美需求。
[0023]在空腔10的内部，进一步包括下述器件:导向槽16，位于导向槽16内侧且上下相对设置的第一磁铁13和第二磁铁14，位于第一磁铁13和第二磁铁14之间且上下相对设置的第一电极层11和第二电极层12，以及围绕在导向槽16外部的感应线圈15。其中，第一电极层11和第二电极层12共同构成一组摩擦发电机。上述容纳在空腔内的各个器件共同实现发电的效果。优选地，空腔10的周围部位采用柔性材质制作，以便在磁疗发电鞋受到脚底的按压时，该空腔10能够发生形变，从而挤压其内部的第一磁铁、第二磁铁以及摩擦发电机。另外，该空腔10内部的高度大于第一磁铁13、第二磁铁14和摩擦发电机的厚度之和，以便第一磁铁13和/或第二磁铁14受到挤压时能够在空腔内10上下移动。
[0024]下面就分别介绍一下空腔10内的各个器件的位置和作用。
[0025]其中，导向槽16沿着空腔的侧壁竖直设置，其作用在于引导第一磁铁13和/或第二磁铁14沿该导向槽上下移动。通过导向槽16能够在空腔受到挤压力时，使两块磁铁沿着竖直方向更顺畅地相互靠近，并在空腔受到的挤压力释放时，使两块磁铁沿着竖直方向更顺畅地相互分开。由此可见，由于导向槽16的存在，两块磁铁只能沿着竖直方向移动，避免了这两块磁铁在相互靠近以及相互分开的过程中发生左右位移的可能性，因而能够更有效地挤压摩擦发电机，提高发电效率。所以说，导向槽16是一个优选的器件，在本实用新型其他的实施例中，也可以不设置导向槽16。导向槽16的具体形状和数量可以根据空腔10的形状来设计。例如，当空腔10为长方体时，可以沿着空腔10的两个相对的侧壁竖直设置两个矩形的导向槽16 (或者分别沿着空腔10的四个侧壁竖直设置四个矩形的导向槽16);当空腔10为圆柱体时，可以沿着空腔10的圆形内壁竖直设置一个中空的圆柱形的导向槽16，等等。另外，还可以在导向槽16朝向磁铁的侧表面上设置凹槽，该凹槽的形状与磁铁的形状一致，从而能够使磁铁沿着凹槽顺畅移动。另外，导向槽16的高度不能设置得过高，以防止因导向槽16高度过高而起到支撑作用，进而导致第一磁铁和第二磁铁在受到挤压时无法相互靠近的问题。优选地，导向槽16的高度近似等于第一磁铁、第二磁铁以及第一电极层和第二电极层的厚度之和，这样，当第一磁铁因受到挤压而向下发生位移时，能够促使第一电极层和第二电极层有效接触；而当挤压消失，第一磁铁因同极相斥而向上发生位移后，第一磁铁的最低端与导向槽16的最高端处于同一水平面。
[0026]第一磁铁13和第二磁铁14以上下相对的方式设置在导向槽16的内侧。优选地，第一磁铁13和第二磁铁14相互平行。在具体实施时，可以使第一磁铁13和第二磁铁14均能沿导向槽16上下移动；或者，也可以将第二磁铁14固定在空腔10的底壁上，仅使第一磁铁13能够沿导向槽16上下移动；或者，也可以将第一磁铁13固定在空腔10的顶壁上，仅使第二磁铁14能够沿导向槽16上下移动。第一磁铁13和第二磁铁14可以通过任何具有一定磁感应强度的永磁体或软磁铁来实现，二者的形状既可以相同，也可以不同，本实用新型中优选相同形状的第一磁铁和第二磁铁。例如，当空腔为长方体时，可以选用条形或方形的磁铁；当空腔为圆柱体时，可以选用圆形的磁铁。并且，优选地，选用厚度较薄的磁铁来实现本实用新型。另外，为了使第一磁铁13和第二磁铁14在不受挤压时能够相互分开，在放置第一磁铁13和第二磁铁14时，使第一磁铁13的N极与第二磁铁14的N极相对，第一磁铁13的S极与第二磁铁14的S极相对，从而利用同名磁极相互排斥的原理来实现上述效果。
[0027]第一电极层11和第二电极层12以上下相对的方式设置在第一磁铁13和第二磁铁14之间。换句话说，第一磁铁13、第一电极层11、第二电极层12和第二磁铁14按照从上到下的顺序依次层叠设置。其中，第一电极层11和第二电极层12相对的两个侧表面分别作为摩擦发电机的两个摩擦界面，通过两个摩擦界面之间的摩擦就可以感应出电荷。关于第一电极层11和第二电极层12的具体结构和发电原理将在本实用新型的最后部分通过四个示例加以详细说明，在此处仅描述第一电极层11和第二电极层12与其他器件之间的关系。在实施例一中，第一电极层11和第二电极层12均为平板状电极层，为了促使平板状的第一电极层11和第二电极层12在挤压力释放时能够有效地分离开，在本实施例中，可以将第一电极层11中与磁铁相邻的侧表面贴合固定在与其相邻的磁铁(即第一磁铁13)的内表面上；可以将第二电极层12中与磁铁相邻的侧表面贴合固定在与其相邻的磁铁(即第二磁铁14)的内表面上。这样，当挤压力释放(即用户抬脚时)，由于第一磁铁13受到来自第二磁铁14的斥力作用而产生向上的位移，从而促使固定在第一磁铁13内表面上的第一电极层11也随之上移，从而与第二电极层12有效分离；当挤压力再次产生时(即用户再次踩脚时)，由于第一磁铁13受到挤压力的挤压而产生向下的位移，从而促使固定在第一磁铁13内表面上的第一电极层11也随之下移，从而与第二电极层12有效接触。这样一来,在用户走路过程中，第一电极层11和第二电极层12不断地相互接触又分离，从而产生了摩擦电荷。由此可见，通过第一电极层11和第二电极层12分别固定在第一磁铁13和第二磁铁14的内侧，能够解决现有的摩擦发电机因材料老化而导致第一电极层11和第二电极层12无法有效回弹并分离的问题。
[0028]感应线圈15围绕在导向槽16的外侧，从而将第一磁铁13和第二磁铁14包围在感应线圈15的内部。感应线圈15的主要作用在于:切割第一磁铁13和第二磁铁14所产生的磁力线，从而产生感应电流。其中，感应线圈15可以通过紧密缠绕的方式固定在导向槽16的外侧，即感应线圈15在发电鞋受到挤压时不会发生变化。在这种方式中，其产生感应电流的原理在于:由于第一磁铁13会随着挤压力的产生和释放而不断地发生上下位移，因而，第一磁铁13周围的磁力线的分布情况也会随之不断改变，这样，虽然感应线圈15本身是静止的，但由于磁力线发生了变化，因而感应线圈15间接产生了切割磁力线的效果，从而导致穿过感应线圈15的磁通量发生变化，进而产生了感应电流。或者，感应线圈15也可以通过松散环绕的方式包围(非固定)在导向槽16的外侧，即感应线圈15在发电鞋受到挤压时会产生压缩等变化。在这种方式中，其产生感应电流的原理在于:一方面，由于第一磁铁13会随着挤压力的产生和释放而不断地发生上下位移，因而，第一磁铁13周围的磁力线的分布情况也会随之不断改变；另一方面，感应线圈15也会上下运动，因而感应线圈15直接产生了切割磁力线的效果，从而导致穿过感应线圈15的磁通量发生变化，进而产生了感应电流。
[0029]优选地，在第一磁铁13和第二磁铁14的磁力非常强，以至于两块磁铁受到挤压也不易靠近的情况中，该磁疗发电鞋还可以进一步包括:位于第一磁铁13和第一电极层11之间的第一绝缘支撑层17，和/或，位于第二磁铁14和第二电极层12之间的第二绝缘支撑层18。通过设置一个或两个绝缘支撑层，能够减弱第一磁铁13和第二磁铁14之间的磁力，从而便于两块磁铁相互靠近，进而促使两个电极层有效接触摩擦。
[0030]由此可见，在实施例一提供的磁疗发电鞋中，摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层作为第一组电能输出端，其能够根据摩擦发电的原理而产生电流；感应线圈的两端作为第二组电能输出端，其能够根据电磁感应原理而产生电流。因此，在实施例一提供的磁疗发电鞋中，两组电能输出端共同工作，从而显著提高了发电效率。另外，该磁疗发电鞋还可以在工作过程中产生磁场，从而实现足疗的保健作用。而且，该磁疗发电鞋中的第一电极层和第二电极层可以通过柔性有机薄膜来实现，从而减少了走路过程中的噪音。
[0031]进一步地，为了对该磁疗发电鞋所产生的电能进行存储，该磁疗发电鞋还可以进一步包括与上述的两组电能输出端相连的蓄电装置。该蓄电装置的数量可以为一个或两个。当蓄电装置为一个时，可同时连接上述的两组电能输出端；当蓄电装置为两个时，可分别连接上述的两组电能输出端。下面以连接摩擦发电机的蓄电装置为例进行介绍。该蓄电装置进一步包括:交直流转换器，用于将摩擦发电机输出的交流电信号转换为直流电信号；以及与交直流转换器相连的储能元件，用于对交直流转换器输出的恒定的电信号进行存储。其中，上述的交直流转换器进一步包括:与摩擦发电机相连的、将摩擦发电机输出的交流电信号进行整流的整流器；与所述整流器相连的、将所述整流器输出的单向脉动的直流信号中剩余的交流分量进行滤波的滤波器；与所述滤波器相连的、将所述滤波器输出的单向脉动的直流信号进行稳压处理得到恒定的电信号的稳压器。可选地，所述储能元件可以选用锂电池、镍氢电池、超级电容等各类储能元件。
[0032]上述的蓄电装置也可以通过其他多种方式实现，例如，直接通过整流桥和储能电容来实现。总之，只要能够实现蓄电的功能即可。
[0033]另外，在设置有上述蓄电装置的基础上，本实用新型中的磁疗发电鞋还可以进一步包括与蓄电装置相连的用电器件，以满足用户的多样化需求。当然，在没有蓄电装置的情况中，也可以设置用电器件，这时的用电器件直接与上述的一组或两组电能输出端相连。本实用新型中设置的用电器件可以是发光体，以满足磁疗发电鞋在黑暗中的照明效果，并同时满足人们的趣味性需求；也可以是发声器件、充电器件、无线发射器件或跟踪定位器件等各类器件。[0034]实施例二、
[0035]图3示出了本实用新型实施例二提供的磁疗发电鞋的结构示意图。如图3所示，该磁疗发电鞋具有用于容纳发电器件的空腔10。在空腔10的内部，进一步包括下述器件:导向槽16，位于导向槽16内侧且相互平行并上下相对设置的第一磁铁13和第二磁铁14，位于第一磁铁13和第二磁铁14之间且相互平行并上下相对设置的第一电极层11和第二电极层12,以及围绕在导向槽16外部的感应线圈15。其中，第一电极层11和第二电极层12共同构成一组摩擦发电机。上述容纳在空腔内的各个器件共同实现发电的效果。
[0036]实施例二中的磁疗发电鞋与实施例一中的磁疗发电鞋的区别在于:实施例二中的第一电极层11和第二电极层12不是平板状电极层，而是拱形电极层。如图3所示，第一电极层11朝向背离第二电极层12的方向拱起，第二电极层12朝向背离第一电极层11的方向拱起。这种形状的电极层的好处在于:当挤压力释放时，由于拱形电极层的形状特性，导致第一电极层和第二电极层的中间部位会自动拱起从而实现分离，因而改善了摩擦发电的效果。
[0037]由此可见，当第一电极层11和第二电极层12采用拱形电极层实现时，即使第一电极层11不与第一磁铁13的内表面固定,第二电极层12也不与第二磁铁14的内表面固定，第一电极层11和第二电极层12在挤压力释放时也会因拱形特性而有效分离。当然，优选地，在实施例二中，也可以将两个拱形电极层的顶点部位分别贴合固定在与其相邻的磁铁的内表面上，即:将第一电极层的顶点部位(即最高点)贴合固定在第一磁铁的内表面上，将第二电极层的顶点部位(即最低点)贴合固定在第二磁铁的内表面上。从而便于两个电极层跟随两块磁铁而发生分离。
[0038]另外，除了图3所示的全拱形实现方式外，在实施例二的其他替代实施例中，也可以通过半拱形实现方式来实现摩擦发电机。此时，只将第一电极层11或第二电极层12设置为图3所示的拱形电极层，而另一电极层仍然采用平板电极层，相应地，拱形电极层的顶点部位贴合固定在与其相邻的磁铁的内表面上，平板状电极层中与磁铁相邻的侧表面贴合固定在与其相邻的磁铁的内表面上。
[0039]实施例二中的其他器件的实现细节均与实施例一相同，此处不再赘述。实施例二通过拱形电极层进一步保证了两个电极层的有效分离，从而提高了摩擦效率。
[0040]最后，详细介绍一下本实用新型实施例提供的磁疗发电鞋中的摩擦发电机的具体结构。下面将通过四个示例分别介绍一下上述摩擦发电机的可能结构。这些摩擦发电机都是通过上述的第一电极层和第二电极层构成的，具体地，可以为三层结构、四层结构或者五层结构。
[0041]示例一、
[0042]摩擦发电机的第一种结构如图4a和图4b所示。图4a和图4b分别示出了摩擦发电机的第一种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。该摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极111，第一高分子聚合物绝缘层112，以及第二电极113。由此可见，摩擦发电机的第一种结构包含上述的三层结构。其中，第一电极111和第一高分子聚合物绝缘层112构成上述的第一电极层，第二电极113构成上述的第二电极层。在本示例中，第一电极层和第二电极层均可以制成平板状电极层或拱形电极层。
[0043]具体地，所述第一电极111设置在第一高分子聚合物绝缘层112的第一侧表面上；且所述第一高分子聚合物绝缘层112的第二侧表面与第二电极113相对设置。在上述结构中，第一高分子聚合物绝缘层112的第一侧表面与第一电极之间相对固定，第一高分子聚合物绝缘层112的第二侧表面与第二电极之间在受到按压时接触摩擦并在第二电极和第一电极处感应出电荷。因此，在本示例中，第一高分子聚合物绝缘层和第二电极相对设置的两个面作为摩擦发电机的摩擦界面，上述的第一电极和第二电极分别作为摩擦发电机的两个输出端。
[0044]为了提高摩擦发电机的发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层112的第二侧表面(即相对第二电极113的面上)可以进一步设置微纳结构120。因此，当摩擦发电机受到挤压时，所述第一高分子聚合物绝缘层112与第二电极113的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极111和第二电极113处感应出较多的电荷。由于上述的第二电极主要用于与第一高分子聚合物绝缘层摩擦，因此，第二电极也可以称之为摩擦电极。
[0045]上述的微纳结构120具体可以采取如下两种可能的实现方式:第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度为0.5-1.2mm (优选1.0mm)，且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为:宽度为IO-1OOnm以及深度为4_50 μ m。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30 μ m的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μπι的均匀分布。
[0046]下面具体介绍一下上述的摩擦发电机的工作原理。当该摩擦发电机受到按压时，该摩擦发电机的各层受到挤压，导致摩擦发电机中的第二电极与第一高分子聚合物绝缘层表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和第二电极之间的电容发生改变，从而导致第一电极和第二电极之间出现电势差。由于第一电极和第二电极作为摩擦发电机的输出端与蓄电装置连接，蓄电装置构成摩擦发电机的外电路，摩擦发电机的两个输出端之间相当于被外电路连通。当该摩擦发电机的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极和第二电极之间将再次产生反向的电势差。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流脉冲电信号。
[0047]下面具体介绍一下示例一中的摩擦发电机的材质。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层为选自聚酰亚胺薄膜、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、再生海绵薄膜、纤维素海绵薄膜、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任一种。[0048]其中，所述第一电极所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、钼、钮、招、镍、铜、钛、铬、硒、铁、猛、钥、鹤或fL;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、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金。
[0049]其中，所述第二电极所用材料是金属或合金；其中，金属或合金的具体材质可参照第一电极中的金属或合金的材质进行选择，此处不再赘述。
[0050]根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此采用金属电极与高分子聚合物摩擦也能提高能量输出。因此，上述的摩擦发电机主要通过金属(第二电极层)与聚合物(第一高分子聚合物绝缘层)之间的摩擦来产生电信号，主要利用了金属容易失去电子的特性，使第二电极与第一高分子聚合物绝缘层之间形成感应电场，从而产生电压或电流。
[0051]示例二、
[0052]摩擦发电机的第二种结构如图5a和图5b所示。图5a和图5b分别示出了摩擦发电机的第二种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。该摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极211，第一高分子聚合物绝缘层212，第二高分子聚合物绝缘层214以及第二电极213。由此可见，摩擦发电机的第二种结构包含上述的四层结构。其中，第一电极211和第一高分子聚合物绝缘层212构成上述的第一电极层，第二电极213和第二高分子聚合物绝缘层214构成上述的第二电极层。在本示例中，第一电极层和第二电极层均可以制成平板状电极层或拱形电极层。
[0053]具体地，第一电极211设置在第一高分子聚合物绝缘层212的第一侧表面上；所述第二电极213设置在第二高分子聚合物绝缘层214的第一侧表面上；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层212的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层214的第二侧表面在受到按压时接触摩擦并在第一电极和第二电极处感应出电荷。因此，在本示例中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面作为摩擦发电机的摩擦界面。其中，第一电极和第二电极分别作为摩擦发电机的两个输出端。
[0054]为了提高摩擦发电机的发电能力，所述第一高分子聚合物绝缘层212和第二高分子聚合物绝缘层214相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构220(图5a中设置在第二高分子聚合物绝缘层上)。因此，当摩擦发电机受到挤压时，所述第一高分子聚合物绝缘层212与第二高分子聚合物绝缘层214的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极211和第二电极213处感应出较多的电荷。上述的微纳结构可参照上文的描述,此处不再赘述。
[0055]图5a和图5b所示的摩擦发电机的工作原理与图4a和图4b所示的摩擦发电机的工作原理类似。区别仅在于，当图5a和图5b所示的摩擦发电机的各层受到挤压时，是由第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的表面相互摩擦来产生静电荷的。因此，关于图5a和图5b所示的摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。
[0056]图5a和图5b所示的摩擦发电机主要通过聚合物(第一高分子聚合物绝缘层)与聚合物(第二高分子聚合物绝缘层)之间的摩擦来产生电信号。
[0057]下面具体介绍一下示例二中的摩擦发电机的材质。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质均可在示例一的第一高分子聚合物绝缘层所列举的材质中进行选择，此处不再赘述。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质可以相同，也可以不同。如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层材质不同。
[0058]其中，所述第一电极和第二电极的材质均可参照示例一中的第一电极的材质进行选择，此处不再赘述。
[0059]示例三、
[0060]除了上述两种结构外，摩擦发电机还可以采用第三种结构实现，如图6a和图6b所示。图6a和图6b分别示出了摩擦发电机的第三种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。从图中可以看出，第三种结构在第二种结构的基础上增加了一个居间薄膜层，即:第三种结构的摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极311、第一高分子聚合物绝缘层312、居间薄膜层310、第二高分子聚合物绝缘层314以及第二电极313。由此可见，摩擦发电机的第三种结构包含上述的五层结构。其中，第一电极311和第一高分子聚合物绝缘层312构成上述的第一电极层，第二电极313、第二高分子聚合物绝缘层314以及居间薄膜层310构成上述的第二电极层；或者，第一电极311、第一高分子聚合物绝缘层312以及居间薄膜层310构成上述的第一电极层，第二电极313、第二高分子聚合物绝缘层314构成上述的第二电极层。在本示例中，第一电极层和第二电极层均可以制成平板状电极层或拱形电极层。
[0061]具体地，所述第一电极设置在第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所述第二电极设置在第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，且居间薄膜层设置在第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间。可选地，为了提高摩擦效果，所述居间薄膜层和第一高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构320，和/或所述居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构320，关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。
[0062]在本示例中，居间薄膜层为居间聚合物，其可以直接设置在第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层之间，且与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都不固定，这时，居间薄膜层与第一高分子聚合物绝缘层之间形成一个摩擦界面，居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间形成另一个摩擦界面。
[0063]或者，居间薄膜层也可以与第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层中的一个相对固定，而与另一个接触摩擦。例如，居间薄膜层的第一侧表面固定在第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上，且居间薄膜层的第二侧表面与第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面接触。此时，由于居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层相对固定，因此，当该摩擦发电机受到挤压时，所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与居间薄膜层的第二侧表面接触摩擦并在第一电极和第二电极处感应出电荷。
[0064]在图6a和图6b所不的摩擦发电机中，居间薄膜层310的第一侧表面(即未设有微纳结构的一侧)是固定在第二高分子聚合物绝缘层314的第二侧表面上的，固定的方法可以是用一层薄的未固化的高分子聚合物绝缘层作为粘结层，经过固化后，居间薄膜层310将牢牢地固定于第二高分子聚合物绝缘层314上。居间薄膜层310设有微纳结构的一侧与第一高分子聚合物绝缘层312的第二侧表面接触。[0065]在示例三中，所述第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层以及居间薄膜层的材质均可在示例一的第一高分子聚合物绝缘层所列举的材质中进行选择，此处不再赘述。其中，所述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质可以相同，也可以不同。如果上述三层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，所述第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层与所述居间薄膜层材质不同。第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层优选相同，这样能减少材料种类，使本实用新型的制作更加方便。
[0066]其中，所述第一电极和所述第二电极的材质可参照示例二进行选择，此处不再赘述。
[0067]示例四、
[0068]另外，摩擦发电机还可以采用第四种结构来实现，如图7a和图7b所示，包括:依次层叠设置的第一电极411，第一高分子聚合物绝缘层412，居间电极层410，第二高分子聚合物绝缘层414和第二电极413。由此可见，摩擦发电机的第四种结构包含上述的五层结构。其中，第一电极411和第一高分子聚合物绝缘层412构成上述的第一电极层，第二电极413、第二高分子聚合物绝缘层414以及居间电极层410构成上述的第二电极层；或者，第一电极411、第一高分子聚合物绝缘层412以及居间电极层410构成上述的第一电极层，第二电极413、第二高分子聚合物绝缘层414构成上述的第二电极层。在本示例中，第一电极层和第二电极层均可以制成平板状电极层。在制作拱形电极层时，为了降低制作难度，优先将不包含居间电极层410的电极层制为拱形电极层。
[0069]其中，第一电极411设置在第一高分子聚合物绝缘层412的第一侧表面上；第二电极413设置在第二高分子聚合物绝缘层414的第一侧表面上，所述居间电极层410设置在第一高分子聚合物绝缘层412的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层414的第二侧表面之间。可选地，为了提高摩擦效果，第一高分子聚合物绝缘层412相对居间电极层410的面和居间电极层410相对第一高分子聚合物绝缘层412的面中的至少一个面上设置有微纳结构(图未示);第二高分子聚合物绝缘层414相对居间电极层410的面和居间电极层410相对第二高分子聚合物绝缘层414的面中的至少一个面上设置有微纳结构(图未示)。关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。在这种方式中，通过居间电极层410与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的摩擦产生静电荷，由此将在居间电极层410与第一电极和第二电极之间产生电势差。在本示例中，居间电极层410是由能够制作电极的材料制作的。其中，第一电极和第二电极串联为摩擦发电机的一个输出端；居间电极层作为摩擦发电机的另一个输出端。
[0070]在示例四中，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质均可在示例一的第一高分子聚合物绝缘层所列举的材质中进行选择，此处不再赘述。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层材质可以相同，也可以不同。优选的，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相同，能减少材料种类，使本实用新型的制作更加方便。
[0071]其中，所述第一电极和所述第二电极的材质可参照示例二进行选择，此处不再赘述。其中，居间电极层所用材料是金属或合金；其中，金属或合金的具体材质可参照示例一的第一电极中的金属或合金的材质进行选择，此处不再赘述。[0072]本实用新型提供的磁疗发电鞋，同时具备摩擦发电和磁感应发电的双重发电功能，因而显著提高了发电效率。而且，该磁疗发电鞋同时能够产生磁场，以实现保健或治疗的目的。另外，该磁疗发电鞋利用同名磁极相斥的原理还实现了摩擦发电机的两个电极层之间的有效分离，从而防止了因摩擦发电机的材料老化而降低发电效率的缺陷，同时还降低了对制备鞋的模具、注塑工艺以及注塑材料的弹性度的要求，降低了生产制备的难度。
[0073]本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。
[0074]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0075]还可以理解的是，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。
[0076]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的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，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种磁疗发电鞋，其特征在于，所述磁疗发电鞋的鞋底内部设置有空腔，所述空腔内进一步包括: 上下相对设置的第一磁铁和第二磁铁，围绕在所述第一磁铁和第二磁铁外部的感应线圈，以及位于所述第一磁铁和第二磁铁之间的摩擦发电机； 其中，所述第一磁铁和第二磁铁的同名磁极相对，所述摩擦发电机的输出端为第一组电能输出端，所述感应线圈的两端为第二组电能输出端。
2.如权利要求1所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述空腔内部的高度大于所述第一磁铁、第二磁铁和摩擦发电机的厚度之和，则所述第一磁铁和/或所述第二磁铁能够在所述空腔内上下移动。
3.如权利要求1或2所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述空腔内进一步包括:引导所述第一磁铁和/或第二磁铁上下移动的导向槽，该导向槽竖直设置。
4.如权利要求3所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述感应线圈缠绕在所述导向槽的外侧。
5.如权利要求1所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述摩擦发电机包括上下相对设置的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层共同作为所述摩擦发电机的输出端，且所述第一电极层和所述第二电极层相对的两个侧表面分别作为所述摩擦发电机的两个摩擦界面，并且，所述第一电极层与所述第一磁铁相邻，所述第二电极层与所述第二磁铁相邻。
6.如权利要求5所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层均为平板状电极层；或者， 所述第一电极层为平板状电极层，所述第二电极层为拱形电极层，且所述第二电极层朝向背离所述第一电极层的方向拱起；或者， 所述第一电极层和所述第二电极层均为拱形电极层，且所述第一电极层朝向背离所述第二电极层的方向拱起，所述第二电极层朝向背离所述第一电极层的方向拱起。
7.如权利要求6所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述平板状电极层中与磁铁相邻的侧表面贴合固定在与其相邻的磁铁的内表面上，所述拱形电极层的顶点部位贴合固定在与其相邻的磁铁的内表面上。
8.如权利要求1所述的磁疗发电鞋，其特征在于，进一步包括:位于所述第一磁铁和所述摩擦发电机之间的第一绝缘支撑层，和/或， 位于所述第二磁铁和所述摩擦发电机之间的第二绝缘支撑层。
9.如权利要求1所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述第一磁铁或所述第二磁铁固定在所述空腔的内壁上。
10.如权利要求1所述的磁疗发电鞋，其特征在于，进一步包括:与所述第一组电能输出端和/或所述第二组电能输出端相连的蓄电装置。
11.如权利要求1所述的磁疗发电鞋，其特征在于，进一步包括:与所述第一组电能输出端和/或所述第二组电能输出端相连的用电器件。
12.如权利要求5所述的磁疗发电鞋，其特征在于，由所述第一电极层和第二电极层构成的摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构。
13.如权利要求12所述的磁疗发电鞋，其特征在于，所述摩擦发电机的两个摩擦界面中的至少一个面上设 有微纳结构。
【文档编号】A43B7/00GK203709366SQ201420031214
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】冯顺, 王小雄, 王珊, 赵豪 申请人:纳米新能源（唐山）有限责任公司