一种旅游鞋

技术领域

本发明属于运动器材与新能源技术领域，具体涉及一种旅游鞋。

背景技术

定位跟踪、导航及手机等微功率电子产品已经成为人们出行必备的通讯产品，具体的应用场合或对象包括：乘坐飞机、船舶及车辆等载运工具，野外环境的徒步旅游、勘探与探险、边防巡查，城市与农村的留守老人与儿童定位跟踪等场合。目前，所有的定位跟踪、导航及通讯系统还是由电池供电的，电池电量耗尽且不能得到及时补充时将无法正常使用，不便于出行者迷路或失联的自救和被救、甚至将造成不可挽回的生命与财产损失。因此，急需开发基于发电功能的运动装备，如鞋、服装及背包等，以期通过回收徒步者运动能发电，为便携式电子设备提供实时的电力补充。

发明内容

本发明提出一种旅游鞋，主要包括鞋体、鞋底和鞋垫，鞋垫垫在鞋底上；一双运动鞋中，一只鞋底中镶嵌有换能器，另一只鞋底中镶嵌有激励器。

激励器为长方体、圆柱体或球体，激励器为永磁体，激励器的磁极沿鞋底的纵向或横向配置，纵向和横向分别指鞋底的长度方向和宽度方向。

换能器由护罩、骨架、电路板以及发电单元构成；电路板上设有能量收集与管理单元、能量存储单元及信息收集与发射单元；发电单元由线圈和滚动体构成；骨架安装在护罩中，线圈和电路板安装在骨架上，滚动体位于线圈内部，骨架将滚动体与线圈隔开；滚动体为球形或圆柱形结构，滚动体为磁极沿径向分布的永磁体；滚动体为圆柱体时，滚动体的轴线与线圈的轴线垂直，滚动体在线圈及骨架内可自由滚动；换能器由两个发电单元构成时，各个发电单元纵向排列或横向排列；对于设有换能器的运动鞋，其鞋底上设有接线插口，鞋体上设有无线充电单元和用于放置电子产品的收纳袋或固定电子产品的柔性带。

护罩的内腔为由罩上腔和罩下腔构成的阶梯腔，罩上腔的端口朝上，罩上腔的横截面积大于罩下腔的横截面积，罩下腔底壁的外侧凸缘与罩下腔筒壁及罩上腔底壁构成罩环槽或沉腔。

骨架由架顶壁和与其垂直的架立壁构成，架立壁的两侧分别设有架侧筒和架横壁，即架立壁一侧设有架侧筒、另一侧设有架横壁，架立壁上设有走线孔；骨架由两个架立壁构成时，架横壁将两个架立壁相连接，架侧筒位于两个架立壁外侧；架侧筒和架立壁围成架筒腔，架筒腔的轴线与架顶壁平行、即架筒腔的端口指向侧向。

本发明中，护罩和骨架均由非铁磁性材料制成，所述非铁磁性材料包括不锈钢、铝合金等金属或塑料。

分别嵌有换能器和激励器的两只运动鞋构成一双运动鞋，换能器和激励器靠近安装，即换能器和激励器均靠近鞋底的内侧安装。

护罩镶嵌在鞋底的根部，护罩经注塑方法镶嵌在鞋底中，罩环槽或沉腔中充满鞋底的材料以提高结构强度和可靠性；骨架安装在护罩的内腔中，架顶壁顶靠在罩上腔底壁上并经螺钉固定，架立壁的下端部顶靠罩下腔底壁上，电路板经螺钉安装在架横壁上；线圈套在架侧筒上，线圈的轴线与架筒腔及架立壁垂直；滚动体经架筒腔安装在线圈的内部，滚动体可在线圈及架筒腔内滚动；线圈与其内部的滚动体构成发电单元，即线圈与其所在的架筒腔内部的滚动体构成发电单元；滚动体为圆柱体时其轴线与鞋底的平面垂直，即圆柱形的滚动体的轴线处于铅垂面内。

行走时，两只分别嵌有换能器和激励器的运动鞋交替地靠近与分离，换能器与激励器交替地接近与离开，激励器经磁耦合作用力给滚动体施加转动力矩，滚动体受转动力矩作用后在架筒腔内往复地滚动，滚动体的磁极及穿过线圈的磁场强度交替地变化，线圈切割磁力线并将机械能转换成电能，所生成的电能经导线输送到电路板，电能经转换处理后供给存储或输出。

换能器由两个横向配置的发电单元构成时，滚动体与激励器间的最大作用力远大于两个发电单元中滚动体间的最大作用力；换能器由两个纵向配置的发电单元构成时，两个滚动体间的作用力较小或无相互作用力，激励器的数量大于1，各激励器沿纵向配置，磁极纵向配置的各激励器磁极的配置方向相同、磁极横向配置的各激励器磁极的配置方向相反，同一滚动体不同时与两个相邻的激励器产生相互作用力。

本发明中，为获得较佳的发供电能力，线圈与滚动体的参数关系为：λ=L/D=2±1，δ=T/D=0.6±0.4，η=V/D=2.25±0.75,β=U/D=1.3±0.7, 其中，D为球形和圆柱形滚动体的直径，L为圆柱形滚动体的长度，T、V和U分别为线圈的壁厚、径向宽度和高度，线圈的径向宽度是指线圈沿滚动体径向的宽度，δ、η和β分别称为线圈壁厚比、线圈宽度比和线圈高度比，δ、η和β统称为线圈参数比；本发明中，发供电能力采用输出功率比加以评价，输出功率比是指不同结构参数时所得功率与其最大值之比，所述输出功率为开路电压与短路电流的乘积。

现有电磁发电利用位于线圈体外的运动磁体改变磁场强度使线圈切割磁力线发电，与之不同，本发明中发电装置利用激励器迫使线圈内部滚动体的滚动改变磁场方向与强度，从而使线圈切割磁力线发电，激励器所产生的磁场强度较小，激励器的功能是驱动滚动体转动并改变磁极方向和磁场强度；滚动体在线圈内部滚动过程中，磁场强度最大时的磁场方向与线圈的轴线平行，磁极变化引起的线圈内磁场变化梯度大且每激励一次时滚动体产生滚动多周、线圈多次切割磁力线，故发电能力强，输出电压高、电量大。

优势与特色：带自发电的定位跟踪系统，利用行走时踢腿和落脚的运动发电，发电装置结构简单且可靠性高，一次抬腿-落脚可实现多次发电且磁力线梯度变化快，发电量电量大、输出电压高。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中嵌有换能器的运动鞋结构原理简图；

图2是本发明一个较佳实施例中嵌有磁极纵向排列激励器的运动鞋结构原理简图；

图3是本发明一个较佳实施例中换能器的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图3的B-B剖视图；

图6是本发明一个较佳实施例中护罩的结构示意图；

图7是6的俯视图；

图8是本发明一个较佳实施例中支架的结构示意图；

图9是图8的左视图；

图10是图8的仰视图；

图11是本发明一个较佳实施例中嵌有磁极横向排列激励器的运动鞋结构原理简图；

图12是本发明一个较佳实施例中输出功率比与线圈壁厚比及线圈高度比的关系图。

具体实施方式

本发明提出一种旅游鞋，主要包括鞋体Z、鞋底Y和鞋垫t，鞋垫t垫在鞋底Y上；一双运动鞋中，一只鞋底Y中镶嵌有换能器H，另一只鞋底Y中镶嵌有激励器w。

激励器w为长方体、圆柱体或球体，激励器w为永磁体，激励器w的磁极沿鞋底Y的纵向或横向配置，纵向和横向分别指鞋底Y的长度方向和宽度方向。

换能器H由护罩a、骨架b、电路板p以及发电单元E构成；电路板p上设有能量收集与管理单元、能量存储单元及信息收集与发射单元；发电单元E由线圈x和滚动体y构成；骨架b安装在护罩a中，线圈x和电路板p安装在骨架b上，滚动体y位于线圈x内部，骨架b将滚动体y与线圈x隔开；滚动体y为球形或圆柱形结构，滚动体y为磁极沿径向分布的永磁体，磁极沿径向分布是指滚动体y沿径向充磁；滚动体y为圆柱体时，滚动体y的轴线与线圈x的轴线垂直，滚动体y在线圈x及骨架b内可自由滚动；换能器H由两个发电单元E构成时，各个发电单元E纵向排列或横向排列；对于设有换能器H的运动鞋，其鞋底Y上设有接线插口U，鞋体Z上设有无线充电单元和用于放置电子产品的收纳袋或固定电子产品的柔性带。

护罩a的内腔为由罩上腔a1和罩下腔a2构成的阶梯腔，罩上腔a1的端口朝上，罩上腔a1的横截面积大于罩下腔a2的横截面积，罩下腔底壁a4的外侧凸缘与罩下腔筒壁a5及罩上腔底壁a3构成罩环槽或沉腔a6。

骨架b由架顶壁b1和与其垂直的架立壁b2构成，架立壁b2的两侧分别设有架侧筒b3和架横壁b5，即架立壁b2一侧设有架侧筒b3、另一侧设有架横壁b5，架立壁b2上设有走线孔b6；骨架b由两个架立壁b2构成时，架横壁b5将两个架立壁b2相连接，架侧筒b3位于两个架立壁b2外侧；架侧筒b3和架立壁b2围成架筒腔b4，架筒腔b4的轴线与架顶壁b1平行、即架筒腔b4的端口指向侧向。

本发明中，护罩a和骨架b均由非铁磁性材料制成，所述非铁磁性材料包括不锈钢、铝合金等金属或塑料。

分别嵌有换能器H和激励器w的两只运动鞋构成一双运动鞋，换能器H和激励器w靠近安装，即换能器H和激励器w均靠近鞋底Y的内侧安装。

护罩a镶嵌在鞋底Y的根部，护罩a经注塑方法镶嵌在鞋底Y中，罩环槽或沉腔a6中充满鞋底Y的材料以提高结构强度和可靠性；骨架b安装在护罩a的内腔中，架顶壁b1顶靠在罩上腔底壁a3上并经螺钉固定，架立壁b2的下端部顶靠罩下腔底壁a4上，电路板p经螺钉安装在架横壁b5上；线圈x套在架侧筒b3上，线圈x的轴线与架筒腔b4及架立壁b2垂直；滚动体y经架筒腔b4安装在线圈x的内部，滚动体y可在线圈x及架筒腔b4内滚动；线圈x与其内部的滚动体y构成发电单元E，即线圈x与其所在的架筒腔b4内部的滚动体y构成发电单元E；滚动体y为圆柱体时其轴线与鞋底Y的平面垂直，即圆柱形的滚动体y的轴线处于铅垂面内。

行走时，两只分别嵌有换能器H和激励器的运动鞋交替地靠近与分离，换能器H与激励器w交替地接近与离开，激励器w经磁耦合作用力给滚动体y施加转动力矩，滚动体y受转动力矩作用后在架筒腔b4内往复地滚动，滚动体y的磁极及穿过线圈x的磁场强度交替地变化，线圈x切割磁力线并将机械能转换成电能，所生成的电能经导线输送到电路板p，电能经转换处理后供给存储或输出。

换能器H由两个横向配置的发电单元E构成时，滚动体y与激励器w间的最大作用力远大于两个发电单元E中滚动体y间的最大作用力；换能器H由两个纵向配置的发电单元构成时，两个滚动体y间的作用力较小或无相互作用力，激励器w的数量大于1，各激励器w沿纵向配置，磁极纵向配置的各激励器w磁极的配置方向相同、磁极横向配置的各激励器w磁极的配置方向相反，同一滚动体y不同时与两个相邻的激励器w产生相互作用力。

本发明中，为获得较佳的发供电能力，线圈x与滚动体y的参数关系为：λ=L/D=2±1，δ=T/D=0.6±0.4，η=V/D=2.25±0.75,β=U/D=1.3±0.7, 其中，D为球形和圆柱形滚动体y的直径，L为圆柱形滚动体y的长度，T、V和U分别为线圈x的壁厚、径向宽度和高度，线圈x的径向宽度是指线圈x沿滚动体y径向的宽度，δ、η和β分别称为线圈壁厚比、线圈宽度比和线圈高度比，δ、η和β统称为线圈参数比；本发明中，发供电能力采用输出功率比加以评价，输出功率比是指不同结构参数时所得功率与其最大值之比，所述输出功率为开路电压与短路电流的乘积。

现有电磁发电利用位于线圈体外的运动磁体改变磁场强度使线圈切割磁力线发电，与之不同，本发明中发电装置利用激励器w迫使线圈x内部滚动体y的滚动改变磁场方向与强度，从而使线圈x切割磁力线发电，激励器w所产生的磁场强度较小，激励器w的功能是驱动滚动体y转动并改变磁极方向和磁场强度；滚动体y在线圈x内部滚动过程中，磁场强度最大时的磁场方向与线圈x的轴线平行，磁极变化引起的线圈x内磁场变化梯度大且每激励一次时滚动体y产生滚动多周、线圈x多次切割磁力线，故发电能力强，输出电压高、电量大。