一种自供电鞋垫的制作方法

本发明涉及鞋垫技术领域，具体涉及一种自供电鞋垫。

背景技术：

随着物联网技术的发展，可穿戴电子设备在医疗健康、人机交互、生活娱乐等领域有广泛应用。目前，可穿戴电子设备的电能供给主要依靠各种各样的一次、二次能源电池。可穿戴电子设备在使用过程中需经常关注电量的消耗情况，影响了人们对此类设备的正常使用。人们对可穿戴电子设备的续航要求越来越高。

人们在行走过程中会产生大量动能。运用能源收集技术将这些能量进行收集并加以利用，形成一种可穿戴于足部的供能装置，可以大大提高人们随身携带的小型低能耗电子设备的续航能力。

现有的足部供能装置大多需要设置俘能结构，通过人体对俘能结构做功，将能量进行收集转换并使用。如：在鞋底中留出空间，内置一个可往复自由运动的磁铁作为俘能结构，磁铁随人体行走而来回滑动，从而改变周围固定线圈的磁通量产生电能。这类足部供能装置需要使用者在运动过程中额外做功，不仅增加了使用者的负担；更重要的是，俘能结构的不规则运动会打破人体本身的运动节奏，使用者长时间使用可能会导致跟腱炎等疾病的发生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自供电鞋垫，其能在使用者正常运动不额外做功的情况下有效收集能量，确保了使用者在行走时的舒适度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自供电鞋垫，包括：

气垫，其设有一开孔；

风力发电机构，其设于气垫外侧，具有与开孔对应的风轮；

其中，所述气垫的顶部对足底构成支撑；

所述气垫内设有弹簧支撑，所述弹簧支撑自然伸展时，所述气垫处于最大伸展状态；

当所述气垫伸展/收缩时，气流从所述开孔进/出所述气垫带动所述风轮转动，通过所述风力发电机构将机械能转化为电能。

可选的，所述风轮为涡轮结构，并设于轮壳内；所述轮壳的进气口与所述气垫的开孔连通。

可选的，所述开孔设于气垫前段的一侧，所述气垫在后端设置进气孔并适配阻止气流流出的单向阀。

可选的，所述气垫包括平整的顶板与底板，以及环绕边沿连接所述顶板与所述底板的折叠边；所述折叠边为上下折叠的z型折叠结构。

可选的，所述气垫的底部设置基底；所述基底包括与底板对应适配的基板，以及设于基板边沿并对折叠边外侧构成限位的立边；所述立边的高度沿基板前往后逐渐增加。

可选的，所述底板的前段具有一台阶，使所述气垫前段与所述基底之间构成容纳间隔；所述容纳间隔内设有压电发电模块。

可选的，所述底板的中后段沿边沿设置与台阶等高的硬质凸边，所述硬质凸边的顶部与所述折叠边的底部固接；所述开孔与所述进气孔设于硬质凸边。

可选的，所述压电发电模块包括沿鞋垫左右方向延伸的上支撑、下支撑，以及设于两者间的压电梁；所述上支撑与所述下支撑均呈弓形，且两端分别与所述压电梁连接；所述压电发电模块处于最大伸展状态时的高度与所述容纳间隔的高度相同。

可选的，所述立边设有夹层，所述夹层内设有附加模块；所述基板的上表面设有线槽，所述附加模块通过设于线槽的电线分别与压电发电模块、风力发电机构构成电性连接。

可选的，所述顶板的上表面设有片状的压力传感器，所述压力传感器的形状与所述顶板适配。

本发明的工作原理为：在使用者的行走过程中，足部会对鞋垫产生周期性的压力。气垫受压收缩，内部的空气会形成气流从开孔流出，从而带动风力发电机构的风轮转动，进而将机械能转化成电能。当使用者抬腿时，气垫在弹簧支撑的作用下发生伸展，会从外部吸入空气；气流从开孔流入气垫，会带动风力发电机构的风轮转动，从而将机械能转化成电能。

由此可知，本发明的有益效果是：以人体作为俘能机构，可以在使用者正常运动不额外做功的情况下有效收集能量，确保了使用者在行走时的舒适度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的装配示意图；

图2为气垫的结构示意图；

图3为气垫内设置弹簧支撑的示意图；

图4为基底的俯视图；

图5为压电发电模块的装配示意图；

附图标记：1、气垫；11、开孔；12、弹簧支撑；13、单向阀；14、顶板；15、底板；151、台阶；152、硬质凸边；16、折叠边；2、风力发电机构；21、风轮；22、轮壳；3、基底；31、基板；311、线槽；32、立边；321、夹层；4、压电发电模块；41、上支撑；42、下支撑；43、压电梁；5、附加模块；6、压力传感器。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，以脚尖为“前”，以脚后跟为“后”。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1～5对本发明的实施例进行详细说明。

本发明实施例提供了一种自供电鞋垫，该鞋垫包括：

气垫1，其设有一开孔11；

风力发电机构2，其设于气垫1外侧，具有与开孔11对应的风轮21；应当理解的是，风力发电机构2主要由风轮21、与风轮21同轴固接的转子、与转子适配的定子构成；风力发电本身为成熟的现有技术，在此不再赘述其原理。

其中，所述气垫1的顶部对足底构成支撑；

所述气垫1内设有弹簧支撑12，所述弹簧支撑12自然伸展时，所述气垫1处于最大伸展状态；应当理解的是，所述弹簧支撑12可通过黏贴固定在气垫1内；也可在气垫1内底部设置对弹簧支撑12构成限位的环形棱。

当所述气垫1伸展/收缩时，气流从所述开孔11进/出所述气垫1带动所述风轮21转动，通过所述风力发电机构2将机械能转化为电能。应当理解的是，鞋垫通常还集成有电源管理模块，风力发电机构2产生的电能通常不会直接输送给电子设备或用电模块，而是输送给电源管理模块，电源管理模块会对输入的电能进行整流稳压并储存，然后提供给需要用电的电子设备。

下面阐述本发明的实施方式，在使用者的行走过程中，足部会对鞋垫产生周期性的压力。气垫1受压收缩，内部的空气会形成气流从开孔11流出，从而带动风力发电机构2的风轮21转动，进而将机械能转化成电能。当使用者抬腿时，气垫1在弹簧支撑12的作用下发生伸展，会从外部吸入空气；气流从开孔11流入气垫1，会带动风力发电机构2的风轮21转动，从而将机械能转化成电能。本发明以人体作为俘能机构，可以在使用者正常运动不额外做功的情况下有效收集能量，确保了使用者在行走时的舒适度。

在本申请给出的一个实施例中，所述风轮21为涡轮结构，并设于轮壳22内；所述轮壳22的进气口与所述气垫1的开孔11连通。应当理解的是，所述轮壳22具有进气口与出气口，当气流从进气口流入轮壳22时，会带动涡轮结构的风轮21正转；反之，当气流从原本的出气口流入轮壳22时，会带动涡轮结构的风轮21反转。气流带动风轮21正转时，收集能量的效率更高；相应地，气流受到的阻力更大。反之，气流带动风轮21反转时，收集能量的效率更低；相应地，气流受到的阻力更小。

在本申请给出的一个实施例中，所述开孔11设于气垫1前段的一侧，所述气垫1在后端设置进气孔并适配阻止气流流出的单向阀13。应当理解的是，气垫1具有排出空气迅速、吸入空气缓慢的特点，通过增设进气孔，进气孔与开孔11一前一后，可以使气垫1快速恢复到最大伸展状态，从而充分利用气垫1的容积，进而提高能量的收集效果与转化效率。

在本申请给出的一个实施例中，所述气垫1包括平整的顶板14与底板15，以及环绕边沿连接所述顶板14与所述底板15的折叠边16；所述折叠边16为上下折叠的z型折叠结构。

在本申请给出的一个实施例中，所述气垫1的底部设置基底3；所述基底3包括与底板15对应适配的基板31，以及设于基板31边沿并对折叠边16外侧构成限位的立边32；所述立边32的高度沿基板31前往后逐渐增加。

在本申请给出的一个实施例中，所述底板15的前段具有一台阶151，使所述气垫1前段与所述基底3之间构成容纳间隔；所述容纳间隔内设有压电发电模块4。应当理解的是，底板15的中后段与基底3贴合；当使用者行走时，压电发电模块4会受到周期性的压力作用，通过压电效应产生电能并输送至电源管理模块。可在气垫1内的前、中、后分别设置一弹簧支撑12，弹簧支撑12的直径随其所处位置的气垫1的左右宽度进行调整；位于气垫1中段、后段的两弹簧支撑12的弹簧匝数相同，位于气垫1前段的台阶151上表面的弹簧支撑12的弹簧匝数比前述两者少，以适应气垫1该处的上下空间。本发明针对人体运动时足底的受力情况，在鞋垫前段主要采用压电发电模块4进行能量收集，在鞋垫中后段通过气垫1收缩带动风力发电机构2进行能量收集，符合人体行走时足部的受力特点，可以在不影响使用者正常运动的同时，对能量进行高效复合式收集并转化为电能进行存储。

在本申请给出的一个实施例中，所述底板15的中后段沿边沿设置与台阶151等高的硬质凸边152，所述硬质凸边152的顶部与所述折叠边16的底部固接；所述开孔11与所述进气孔设于硬质凸边152。应当理解的是，所述顶板14与所述折叠边16为一体式结构，可选择柔性材质，由3d打印或机加工模具后硅胶浇筑制成；所述底板15与所述硬质凸边152为一体式结构，可选择硬质材质，由3d打印或机加工制成。将弹簧支撑12与底板15进行卡接或黏接后，再将折叠边16与硬质凸边152进行黏接，从而组装成气垫1。接着将底板15的中后段与基板31进行黏接，将底板15的前段与压电发电模块4进行黏接；最后将单向阀13插入气垫1后端的进气孔并做好密封，将风力发电机构2的轮壳22的进气口插入气垫1侧面的开孔11并做好密封；如此，即可完成气垫1与基底3的组装。此外，可在基底3设置贯穿立边32，对应于单向阀13的第一限位槽或第一限位孔，对应于风力发电机构2的第二限位槽或第二限位孔，以分别对单向阀13及风力发电机构2进行限位固定。另外，对于气垫1中后段，折叠边16完全压缩后的高度加上硬质边的高度与该处的弹簧支撑12完全压缩后的高度相适配；对于未设置硬质凸边152的气垫1前段，折叠边16完全压缩后的高度与该处的弹簧支撑12完全压缩后的高度相适配。

在本申请给出的一个实施例中，所述压电发电模块4包括沿鞋垫左右方向延伸的上支撑41、下支撑42，以及设于两者间的压电梁43；所述上支撑41与所述下支撑42均呈弓形，且两端分别与所述压电梁43连接；所述压电发电模块4处于最大伸展状态时的高度与所述容纳间隔的高度相同。应当理解的是，所述压电发电模块4的上表面与气垫1黏接，下表面与基板31黏接，所述上支撑41、下支撑42分别通过黏贴的方式与压电梁43连接。压电发电为已知的现有技术，在此不再赘述其原理。

在本申请给出的一个实施例中，所述立边32设有夹层321，所述夹层321内设有附加模块5；所述基板31的上表面设有线槽311，所述附加模块5通过设于线槽311的电线分别与压电发电模块4、风力发电机构2构成电性连接。应当理解的是，电源管理模块也安装在夹层321内；附加模块5可以是蓝牙模块、gps定位模块、大容量储能模块、gsm通信模块、蜂鸣器模块中的一种或多种，可根据功能需求选择性安装。例如：要满足户外能源备用则安装大容量储能模块；要满足老年人防走失则安装gps定位模块与gsm通信模块。

在本申请给出的一个实施例中，所述顶板14的上表面设有片状的压力传感器6，所述压力传感器6的形状与所述顶板14适配。应当理解的是，所述压力传感器6可采用柔性材料制作成鞋垫形状，运用叠层电容传感单元阵列，无需供电且灵敏度高，整体贴附于气垫1的上表面，受到压力后阵列中各传感单元将信号传递至附加模块5中。压力传感器6可配合蓝牙模块进行工作，使用者运动后产生的压力信号经蓝牙模块传输至移动终端，从而显示足底压力状态并分析行走姿态，进而实现对走姿的实时矫正指导。压力传感器6还可配合gsm通讯模块以及蜂鸣器模块进行工作，在老年人摔倒时进行自动报警。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

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