一种多功能压电发电鞋的制作方法

本发明涉及压电发电鞋技术领域，尤其是涉及一种多功能压电发电鞋。

背景技术：

现代社会科技高速发展，传统的化石燃料日益枯竭且对环境污染严重，为了节能减排，寻找新能源成为人们的当务之急。环境中的能源极为丰富，比如海浪能，风能，太阳能等，其中振动能在人们日常生活中最为常见。人体在运动的过程中有大量的能量释放于外界环境中，尤其是人在走路时可以产生大量的振动能，如果把这些能量加以利用，将有效的缓解环境污染问题。现有技术中通常采用压电片的d33模式，所用压电片的弹性模量很大，导致压电发电鞋的发电效率低下。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种多功能压电发电鞋，以解决现有技术中压电发电鞋的发电效率低下的技术问题。

本发明提供了一种多功能压电发电鞋，包括脚部固定装置、鞋底板、传力部、压电部、电路板及鞋底外壳，所述脚部固定装置包括鞋底板衔接孔，所述脚部固定装置通过所述鞋底板衔接孔与所述鞋底板衔接，所述鞋底板上开设有传力部圆弧段弹性板端部槽口和压电部固定板槽口，所述传力部包括圆弧段弹性板和传力斜板，所述圆弧段弹性板的一端固定于鞋底板槽口，另一端和传力斜板的一端连接，所述传力斜板的另一端与压电部施力板自由端铰接，所述压电部的固定板固定于鞋底板槽口，所述压电部包括施力板、压电耦合板和固定板，压电耦合板上下表面设有压电片；当人体运动时，传力部的传力斜板将所受到的激励放大并传递给压电部，使所述压电耦合板上的压电片发生形变，产生电能，所述电路板将所述电能变换为可利用的电能。

进一步地，所述鞋底板上还设置有滑槽，所述传力斜板的另一端与压电部施力板自由端铰接处，在所述滑槽内。

进一步地，所述压电部为一段u型梁，所述压电部还包括施力板及固定板，所述施力板、压电耦合板及固定板依次刚性连接，所述固定板固定于鞋底板槽口内。

进一步地，所述压电耦合板的厚度小于传力板与固定板的厚度。

进一步地，所述述圆弧段弹性板的一端和传力斜板的一端刚性连接，所述传力斜板与水平方向的夹角小于45度。

进一步地，所述电路板包括整流模块、填谷模块和存储模块，所述电能经过整流模块将交流电转化为直流电，再经过填谷模块滤波后传至存储模块将电能进行储存。

进一步地，所述多功能压电发电鞋还包括鞋底外壳，所述鞋底板上还开设鞋底外壳衔接孔，所述鞋底外壳上开设有与鞋底板衔接对应的孔，所述鞋底外壳还包括防滑片及通气孔，所述防滑片设置于鞋底外壳的底部，所述通气孔设置于鞋底外壳的侧面。

进一步地，多功能压电发电鞋还包括led灯，所述led灯设置于鞋底外部，所述脚部固定装置还设置有usb接口，所述usb接口与电路板连接，所述压电耦合板采用压电陶瓷的d31效应。

进一步地，所述传力部具体为一端嵌入固定另一端铰链连接，所述传力部圆弧段弹性板端部嵌入于鞋底板槽口内，所述圆弧段弹性板的另一端轴杆铰接压电部施力板并限位于固定在鞋底板的滑槽内，当人运动时，传力部将地面给鞋底的反作用力扩大，使施力板的底端产生水平作用力从而产生力矩，带动压电部内的压电耦合板发生凹向或凸向的弹性形变，使压电耦合板上下表面的压电片产生弹性形变，产生电能。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过在所述脚部固定装置设置鞋底板衔接孔，所述脚部固定装置通过所述鞋底板衔接孔与所述鞋底板衔接，所述鞋底板上开设有传力部圆弧段弹性板端部槽口和压电部固定板槽口，所述传力部包括圆弧段弹性板和传力斜板，所述圆弧段弹性板的一端固定于鞋底板槽口，另一端和传力斜板的一端连接，所述传力斜板的另一端与压电部施力板自由端铰接，所述压电部的固定板固定于鞋底板槽口内，所述压电部包括施力板、压电耦合板和固定板，压电耦合板上下表面设有压电片；当人体运动时，传力部的传力斜板将所受到的激励放大并传递给压电部，使所述压电耦合板上的压电片发生形变，产生电能，所述电路板将所述电能变换为可以高效利用的电能，提高了压电发电鞋的发电效率。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的压电发电鞋的结构示意图；

图2为本发明实施例1所述的脚部固定装置示意图；

图3为本发明实施例1所述的鞋底板结构示意图；

图4为本发明实施例1所述的电路板结构示意图；

图5为本发明实施例1所述的压电鞋工作主体结构示意图；

图6-7为本发明实施例1所述的传力部的结构示意图一；

图8为本发明实施例1所述的压电部结构示意图；

图9为本发明实施例1所述的鞋底外壳结构示意图；

图10为本发明实施例1所述的防滑片示意图；

图11-12为本发明实施例2所述的传力部的结构示意图二。

附图标记：100-脚部固定装置；110-鞋底板衔接孔；120-usb插口；130-led灯；200-鞋底板；210-电路板；211-整流模块；212-填谷模块；213-存储模块；221-传力部圆弧段弹性板端部槽口；222-压电部固定板槽口；223-脚部固定装置衔接孔；224-鞋底外壳衔接孔；230-滑槽；240-鞋底板槽口；300-传力部；310-传力部；320-传力部；330-传力部；340-传力部；400-压电部：410-施力板；410-连接轴杆；420-压电耦合板；421-压电片；430-固定板；500-鞋底外壳；510-防滑片；520-通气孔；530-鞋底板衔接孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例提供了一种多功能压电发电鞋，包括脚部固定装置、鞋底板、传力部、压电部及电路板，所述脚部固定装置包括鞋底板衔接孔，所述脚部固定装置通过所述鞋底板衔接孔与所述鞋底板衔接，所述鞋底板上开设有传力部圆弧段弹性板端部槽口和压电部固定板槽口，所述传力部包括圆弧段弹性板和传力斜板，所述圆弧段弹性板的一端固定于鞋底板槽口，另一端和传力斜板的一端连接，所述传力斜板的另一端与压电部施力板自由端铰接，所述压电部的固定板固定于鞋底板槽口内，所述压电部包括施力板、压电耦合板和固定板，压电耦合板上下表面设有压电片；当人体运动时，传力部的传力斜板将所受到的激励放大并传递给压电部，使所述压电耦合板上的压电片发生形变，产生电能，所述电路板将所述电能变换为以利用的电能。

一个具体实施例中，多功能压电发电鞋的结构示意图，如图1所示，脚部固定装置示意图，如图2所示，多功能压电发电鞋包括脚部固定装置100，鞋底板200，传力部300，压电部400以及鞋底外壳500，脚部固定装置为一个鞋型设计，在其前后分别设置有led灯与usb接口，通过衔接孔110与鞋底板连接，鞋底板结构示意图，如图3所示，鞋底板200上固定有传力部300、压电部400和电路板210；所述传力斜板的自由端与压电部400的施力板410自由端通过轴杆铰接并限位于固定在鞋底板200的滑槽230内，两侧的滑槽230可以保证轴杆的水平运动；鞋跟的传力部300设计略高于鞋头；压电部400为一段u型梁，包含施力板410、固定板430和压电耦合板420，且每一段都是刚性连接；

当人体运动时，该压电发电鞋受到来自地面对脚部的反作用力的激励，这个激励就会通过传力部的斜板将激励放大并传递给压电部的施力板，施力板将与压电耦合板连接处的最大弯矩传递给压电耦合板，从而使压电耦合板上的压电片发生形变，产生电能，通过电路板将该电能转换为可以高效利用的电能；

所述电路板结构示意图，如图4所示，电路板210包括整流模块211、填谷模块212与存储模块213；

优选的，所述鞋底板200上还设置有滑槽230，所述传力斜板的自由端与压电部施力板410自由端铰接处，在所述滑槽230内；

一个具体实施例中，压电鞋工作主体结构示意图，如图5所示，鞋底板200上的鞋底板槽口221用于衔接传力部300，鞋底板槽口222用于衔接压电部400；传力部300与压电部400之间通过轴杆铰接，轴杆在鞋底板200上的滑槽230内做水平运动；

优选的，所述压电部为一段u型梁所述施力板、压电耦合板及固定板依次刚性连接，所述固定板固定于鞋底板槽口内，所述压电耦合板的厚度小于传力板与固定板的厚度；从而使u型梁的变形集中在压电耦合部；所述压电耦合板均为水平板，所述水平板与竖向布置的固定板和传力板固定连接；

优选的，所述圆弧段弹性板的一端和传力斜板的一端刚性连接，所述传力斜板与水平方向的夹角小于45度，从而保证水平力臂大于竖向力臂，使地面对鞋底的作用力得到放大；

一个具体实施例中，如图6和图7所示传力部一端固定一端铰接，图6所示传力部310略高，设置于鞋跟位置；图7所示传力部320略低，置于鞋头；

传力部包括圆弧段弹性板与传力斜板，圆弧段弹性板与传力斜板为刚性连接，传力斜板与水平方向的夹角小于45度，保证水平力臂大于竖向力臂，使地面对鞋底的作用力得到放大；鞋跟的传力部300设计略高于鞋头，鞋跟所受的压力大于鞋头，在充分利用能量的同时保证了脚的舒适度；圆弧段弹性板具有很好的弹性，可以使人在行走跑步时有更好的弹跳作用，从而使行走跑步速度更快；所述传力部的传力斜板的端部均和与之对应的压电部施力板自由端通过轴杆铰接，并且轴杆在其两侧的滑槽内水平滑动，保证压电耦合板安全高效工作；

所述压电部结构如图8所示，压电部400包括施力板410、压电耦合板420和固定板430，压电耦合板上下表面粘贴有压电片421；三块板之间均为刚性连接，固定板430通过压电部固定板槽口222固定于鞋底板110上。压电耦合板厚度小于传力板与固定板厚度，从而使u型梁的变形集中在压电耦合部；鞋底外壳结构如图9所示，防滑片如图10所示，鞋底外壳500类似一个箱型设计，包括防滑片510、小型设备usb充电口520、鞋头灯530、通气孔540；

优选的，所述电路板包括整流模块、填谷模块和存储模块，所述电能经过整流模块将交流电转化为直流电，再经过填谷模块滤波后传至存储模块将电能进行储存；

优选的，还包括鞋底外壳，所述鞋底板上还开设鞋底外壳衔接孔，所述鞋底外壳上开设有与鞋底板衔接对应的孔，所述鞋底外壳还包括防滑片及通气孔，所述防滑片设置于鞋底外壳的底部，所述通气孔设置于鞋底外壳的侧面；

一个具体实施例中，鞋底外壳是一个箱型设计与鞋底板契合；所述鞋底外壳的侧面设置有通气孔，保证内部空气的排出，以免内部空气挤压；所述鞋底外壳底部设置有防滑片用于路面防滑；所述脚部固定装置与鞋底外壳可以通过连接孔与鞋底板很好的契合；所述鞋底外壳保证整个装置在工作时外界的雨水和灰尘不会进入内部影响其工作性能；衔接孔223与脚部固定装置上的孔110一一对应，衔接孔224与鞋底外壳上的孔530一一对应；

优选的，所述脚部固定装置还设置有usb接口，所述usb接口与电路板连接，所述压电耦合板采用压电陶瓷的d31效应；脚部固定装置上设置的usb接口可以供随身携带的小型用电设备充电，led灯可供夜间照明；所述u型梁压电耦合板上的压电片采用的是压电陶瓷的d31效应，在振动过程中表面应变均匀从而使发电效率更高；

一个具体实施例中，所述传力部300分为嵌入形(310与320)与铰接形(330与340)，其圆弧段弹性板末端均可与鞋底板200嵌入或铰接。其中斜向传力板为“弓”字形或者“中”字形，可以增加其弹性，保证在具有大位移的传力斜板的激励下压电部不会受到破坏；

优选的，所述传力部具体为一端嵌入固定另一端铰链连接，所述传力部圆弧段弹性板端部槽口嵌入于鞋底板，所述传力部传力斜板的自由端轴杆铰接压电部施力板自由端并限位于固定在鞋底板的滑槽内，当人运动时，传力部将地面给鞋底的反作用力扩大，使施力板的底端产生水平作用力从而产生力矩，带动压电部内的压电耦合板发生凹向或凸向的弹性形变，使压电耦合板上下表面的压电片产生弹性形变，产生电能。

具体实施时，采用嵌入形传力部310与320进行组合，直接通过滑槽嵌于鞋底板200上；当人运动时，通过设置在鞋头与鞋跟处的传力部300将地面给鞋底的反作用力放大，使压电部400的施力板410的底端产生水平作用力并进而使施力板产生力矩，带动压电部内的压电耦合版420发生凹向或凸向的弹性形变，使压电耦合版上下表面的压电片421产生弹性形变，产生电能。继而通过电路板210，经过整流模块211将交流电转化为直流电，再经过填谷模块212尖峰脉冲电压转化为正弦电压，最后再与存储模块213连接供压电发电鞋使用。

实施例2

本发明实施例为一种多功能压电发电鞋，所述传力部为铰接形传力部，所述圆弧段弹性板传力斜板的自由端均通过轴杆铰接于鞋底板的鞋底板槽口内，当人运动时，通过传力部将地面给鞋底的反作用力放大，使施力板的底端产生水平作用力并进而使施力板产生力矩，带动压电部内的压电耦合板发生凹向或凸向的均匀弹性形变，从而使压电耦合板上下表面的压电片产生均匀弹性形变，产生电能。

具体实施时，如图11和图12所示的传力部两端铰接，图11传力部330略高，置于鞋跟；图12所示传力部340略低，置于鞋头。采用铰接形传力部330与340进行组合，通过轴杆铰接于鞋底板200的滑槽内；当人运动时，通过设置在鞋头与鞋跟处的传力部300将地面给鞋底的反作用力放大，使压电部400的施力板410的底端产生水平作用力并进而使施力板产生力矩，带动压电部内的压电耦合版420发生凹向或凸向的均匀弹性形变，使压电耦合版上下表面的压电片421产生均匀弹性形变，产生电能。继而通过电路板210，经过整流模块211将交流电转化为直流电，再经过填谷模块212将尖峰脉冲电压转化为正弦电压，最后再与存储模块213连接供压电发电鞋使用。

本发明公开了一种压电发电鞋，通过在所述脚部固定装置设置鞋底板衔接孔，所述脚部固定装置通过所述鞋底板衔接孔与所述鞋底板衔接，所述鞋底板上开设有传力部圆弧段弹性板端部槽口和压电部固定板槽口，所述传力部包括圆弧段弹性板和传力斜板，所述圆弧段弹性板的一端铰接于鞋底板槽口，另一端和传力斜板的一端固定连接，所述传力斜板的另一端与压电部施力板自由端铰接，所述压电部的固定板固定于鞋底板槽口内，所述压电部包括施力板、压电耦合板和固定板，压电耦合板上下表面有压电片；当人体运动时，传力部的传力斜板将所受到的激励放大并传递给压电部，使所述压电耦合板上的电片发生形变，产生电能，所述电路板将所述电能变换为可以高效利用的电能，提高了压电发电鞋的发电效率；

本发明所述技术方案，即能增大人的弹跳力提高行走奔跑速度，又能将脚部动能转换为电能满足行人用电需求。利用压电效应制成的压电发电鞋，结构简单，发电效率高。其中的传力板结构可以使人在行走跑步时弹性更好从而速度更快；通过传力板把作用在鞋底的力放大作用于u型梁，使其压电耦合部产生集中而且均匀分布的应变，进而使压电陶瓷发电效率更高。压电片产生的电能经过电路板转换就可以给随身的小型用电设备诸如手机，耳机，夜跑头灯等充电；

本发明所述技术方案，通过传力部的斜板将竖向力放大为水平力，再通过压电部的竖向施力板将水平力转化为力矩传递给水平的压电耦合板，带动压电耦合板发生均匀的弯曲弹性形变，进而同步带动粘贴在压电耦合板上下表面的压电片发生形变而发电。经过电路板将尖峰脉冲压电转化为正弦电压；所述多功能压电发电鞋结构简单，在给人们提供便捷的同行又能起到保护环境的作用。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

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