一种自动发电的智能装置及制备、使用方法和应用

技术领域

本发明涉及智能穿戴技术领域，更具体的说是涉及一种自动发电的智能装置及制备、使用方法和应用，且主要应用于鞋底或鞋垫。

背景技术

随着移动互联网的发展，5G技术的普及使用，更多的移动电子设备丰富了人们的生活需求，移动电源是日常生活的必需品，现在的移动电源需要人们随身携带，还需要及时充电防止供电不足，不仅占用空间，使用起来还很麻烦；同时，由于物联网产业的发展，促使多种多样的有益于人们生活需求的智能穿戴产品诞生，需要更便捷的供电方案。

因此，提供一种将人体正常脚步行进或跑步所产生的动能转化为电能、方便随时给用电设备充电的自动发电的智能装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可以通过正常脚步行进或跑步运动，基于压电材料技术创造，其自身就产生5V电压的电能并储存于设备内部自己的电池之中，同时通过电源输出接口输出电能，同时可输出搭载的智能模块数据，解决人们随身的5V电压电子设备充电需求的自动发电的智能装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自动发电的智能装置，包括：包裹部、骨架、发电装置以及供电装置；

所述发电装置设置在所述包裹部的顶端或底端，所述供电装置位于所述骨架内部，所述骨架位于所述包裹部内部；

其中，所述包裹部包括：主体顶面，以及与所述主体顶面边缘固定连接的主体侧面，且所述主体侧面上设有电源输出装置；

所述发电装置包括：弹性基片及压电发电片，所述压电发电片贴附在所述弹性基片上；

所述弹性基片设于所述主体顶面顶端或底端；

所述压电发电片与所述供电装置连接。

进一步的，所述供电装置包括：PCB板、整流器、电容器、稳压管、智能负载以及充电电源；

智能负载包括但不限于GPS传感模块，血压血氧传感模块，蓝牙无线通讯模块，2.4G通讯模块，4G通讯模块。

所述整流器、电容器、稳压管、智能负载以及充电电源均设于所述PCB板上，所述整流器、电容器、稳压管、充电电源以及智能负载依次并联；

采用上述技术方案的有益效果至少包括：可实现无线输出PCB板上所搭载智能传感器数据；且本发明将各电子元件串联或并联在一起，最大限度的实现了电能的整流转化及存储。

进一步，所述压电发电片通过导线与所述整流器连接。

所述压电发电片与所述PCB板通过导线连接。

进一步，所述骨架为金属框架，所述金属框架内部设有金属框架空腔，所述供电装置位于所述金属框架空腔内。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：首先本发明将弹性基片设置在主体顶面顶端或底端，在人们用脚步行走或跑步时，驱使弹性基片产生一定程度的形变弯曲，带动贴附于其表面的压电发电片也产生形变，从而产生交流电流，经整流器交流电流转换成直流电流，最终将电能储存在充电电源中，以备电能输出。

进一步，所述压电发电片为无机压电材料、有机压电材料或复合压电材料。

其中，无机压电材料分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体；

有机压电材料又称压电聚合物，如偏聚氟乙烯(PVDF)(薄膜)及其它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面获得应用；

复合压电材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料而构成的；至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：压电发电片将弯曲形变时产生的动能转发为电能。

进一步，所述压电发电片和所述弹性基片均至少设置有一个。

进一步，所述弹性基片为弹簧钢基片，还可以由其他可以将脚部动能贮存并传递给压电发电片的材料制作而成。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：弹性基片和压电发电片的相互匹配设置，充分利用了人们在用脚步行走或跑步时由于脚掌弯曲产生的形变，进而将形变动能转化为电能并进行存储和使用，并且弹性基片能保护压电发电片不被过度弯折被毁坏。

进一步，所述主体顶面包括依次固定在所述骨架顶端柔绒性包裹材料层及硅胶包裹材料层；所述弹性基片设于所述柔绒性包裹材料层顶端或所述硅胶包裹材料层底端。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：本发明设置的柔绒性包裹材料层及硅胶包裹材料层提高使用的舒适度。

进一步，所述电源输出装置为电源输出USB标准线路，其电源输出接口<母口>尾端线的电源线与所述充电电源电连接；

进一步，电源输出接口<母口>为TYPE-C接口。

还包括数据线，所述数据线一端与所述智能负载连接，另一端与所述电源输出接口连接，以方便数据输出。

所述电源输出装置或为电源线，所述电源线一端与所述充电电源电连接，另一端与需充电设备电连接；其接口若不是USB标准接口，则不具备数据输出功能。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：本发明设置的电源输出装置将储存在充电电源中的电能，输出到需要充电的设备中，不仅能够实现充电接口的标准化，而且实现了将可能的内置智能模块产生的数据输出。

进一步的，所述自动发电的智能装置主要应用于鞋底或鞋垫，且安装于鞋底或鞋垫的内部。

进一步的，所述自动发电的智能装置的厚度不低于0.3cm，也可以适当增加度，增加鞋垫的内增高功能。

进一步的，所述自动发电的智能装置的厚度优选为0.3-2cm。

进一步的，所述自动发电的智能装置在使用时，通过弹性基片吸收运动时产生的动能，再将动能传递给压电发电片，引起压电发电片产生形变，产生电流，进而将电能整流收集并存储，作为持久移动电源使用。

进一步的，所述自动发电的智能装置在使用时，通过做成鞋底或鞋垫的形式，更有益于吸收脚掌在运动时产生的动能，再将动能传递给压电发电片。同时还具有增高的功能。

综上所述，本发明提供了一种应用于鞋体的自动发电的智能装置，利用压电片和弹性基片的特性，通过合理的结构设计制备更便携的移动持久自发电电源，革新了低功耗随身用电设备的便捷充电电能来源；并且可搭载有益的智能化模块，从而可扩充更多的智能化体验。

在使用时，本发明可产生5V的稳定电压，并把电能存贮自带的电池中，可通过电源导线或自带的电源输出接口对外供电；本发明在设备内部可搭载5V的用电器件，同时可以搭载智能化感应芯片，链接到更智能化的生产生活应用，给人们带来更多智能化的体验，从而提高民众生活品质，增加民众的生活幸福指数；本发明主要应用于鞋底或鞋垫，且使用方便，生产方便，利于推广，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置的主视图；

图2附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置的侧面透视图；

图3附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置的主要结构解剖图；

图4附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置的主体顶面层次结构示意图；

图5附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置内弹性基片与压电陶瓷的贴附状态示意图；

图6附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置内部模块放置位置示意图；

图7附图为本发明应用于鞋体的自动发电的智能装置内部电子元件的线路图；

其中，1为主体顶面；2为主体侧面；3为电源输出接口<母口>；4为接头<公口>；5为金属框架空腔；6为金属框架；7为硅胶包裹材料层；8为柔绒性包裹材料层；9为弹性基片；10为导线；11为PCB板；12为压电发电片；13为发电装置；14为整流器；15为电容器；16为稳压管；17为智能负载；18为充电电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图7所示，本实施例公开了一种应用于鞋体的自动发电的智能装置。

实施案例：一种应用于鞋体的自动发电的智能装置，本案例主要演示自动发电功能的实施过程：由于移动互联网、物联网及5G通讯技术的开发，人们生活中对移动电源的需要大增，如人们所使用的手机每天都要充电，使用频率高时，一天要充电两三次以上，现在人们生活用大部分使用电池来解决，充电宝也是一种解决随身电能需求的主要产品，但充电宝最大的特点是要不断的为其充电才能不断的使用。本案例自动发电的智能装置展示了在人们正常穿戴时，只要正常的行走或跑跳，即可获取到足够的随身设备所需电能，亦可使用自身的TYPE-C、USB接口给手机等5V用电设备充电。

以发电装置13设置在鞋垫内部，压电发电片12材质选用压电陶瓷，以图示方向前后为例，如图5所示，本发明实施例中弹性基片9裁切为标准鞋垫的形状，用以作为鞋垫内部的支撑骨架，同时压电发电片12贴附于弹性基片9，贴附胶要选择绝缘性能高的强力胶，如705硅橡胶，从压电发电片12的两个电流输出电极上引出两根电导线10连接于PCB板11上的整流器14，以保证正常输出产生的电流。

如图1所示，人们在正常使用本鞋垫时，正常行走或跑跳时，脚掌发生弯曲，鞋垫主体顶面1会跟随脚掌的运动而发生形变，从而引发内部的弹性基片9及压电发电片12形变而产生电流。

压电发电片12产生的电流一般为不规则交流电流，所以需要整流器14进行整流，并转换输出直流电，输出给电容器15暂存，在稳压管16的稳压功能的支持下，再输出给充电电源18中的电池，以方便电源存贮。

充电电源18自身就包括了电池的充放电保护模块，保护模块具有保护电池过充，过放，过流，短路等保护功能,用以保护电池使用的安全，充电电源18内含的电池建议使用聚合物锂电池，也可以使用其他可充电电池。

当发电装置13产生的电压大于4.2V时，充电电源18就可以持续充电，直到充满，充满时，由于充电电源18电池的保护模块，所以不用担心过充问题。

金属框架6与弹性基片9使用电焊接技术将两者固定连接在一起，或使用螺丝与螺母固定在一起，金属框架6内的金属框架空腔5部分可粘合固定放置PCB板11,PCB板11上所承载的所有电子元件对外均做绝缘防水处理，如使用705硅橡胶。

PCB板11上可承载智能负载17，智能负载17包括但不限于智能化的传感器及通讯模块，以便扩充更智能化的应用功能。

通讯模块包括4G或2.4G或蓝牙无线通讯模块，实现数据传输。

电源输出接口<母口>3使用焊接技术固定在金属框架6上，位置在主体侧面2的内侧，鞋垫体的中后部。

在自动发电的智能装置上还可以设置USB延长线，延长线一端与电源输出接口<母口>3连接，另一端选择方便实用的一款USB标准接头即可，可使用USB标准的Type-A接口<母口>，设置于鞋口表面侧或更美观的位置。

外部5V用电设备在需要充电时，直接用USB标准的Type-A接头<公口>连接插入鞋口处的Type-A接口<母口>即可。

本实施例中，电源输出接口<母口>3为TYPE-C接口。

鞋垫的包裹材料：从鞋垫外层到里层的包裹材料依次是柔绒性包裹材料8、硅胶包裹材料7，再向里面就是发电装置13，发电装置13包括贴附有压电发电片12的弹性基片9。

其中硅胶包裹材料有两个作用，一个是在脚部运动时，可以给人体脚部各部分弹性运动缓冲，第二个作用是给包裹基本的电子设备防水与绝缘的保护功能。

设备工作过程：将自动发电的智能装置正常置放于鞋子中，当人们正常穿着垫有自动发电的智能装置的鞋子，在正常行走或跑跳时，会使弹簧基片9产生一定程度的形变弯曲，从而引发压电发电片12也产生形变，形变致使压电发电片12产生交流电流，通过整流器14把交流转换成直流电流，而后通过稳压电路传输给充电电源18，将电能贮存到充电电源<包括充放电保护板模块与电池>18中,以备电能的输出；亦可通过电源输出TYPE-C接口<母口>3连接其他储能设备扩容电池的存贮容量。

自动发电的智能装置中后部设置有承载人体体重的金属框架6，金属框架6中间放置PCB板11及充电电源18等电子设备；靠近脚面一侧使用柔绒性包裹材料和硅胶包裹材料对脚面起到很好的保护作用，TYPE-C接口的固定位置不仅限于自动发电的智能装置的外侧，以有益于客户方便使用为准；弹性基片9的基本作用是固定承载于基板上的发电装置,并保护发电装置，免于过度弯曲而折损；同时还可以对人体的整个脚体起到很强的机械性保护作用,尤其对脚底面起到了很强的机械性保护作用。

自动发电的智能装置中的中后部位置固定有金属框架6，使自动发电的智能装置本体的厚度增加，因此本自动发电的智能装置兼具有了内增高的功能，使用本鞋垫后，使用人比未使用时的身高会增高。

在另一个实施例中，自动发电的智能装置设置的智能负载还包括：传感器和无线通讯模块，利用传感器感知到人体的运动状态，获取人体参数、运动参数和环境参数；同时本发明自身具备自发电功能，不用额外考虑供电的问题；利用各种传感数据进行运动管理或健康管理；

如，传感器为电子陀螺仪传感器，通过电子陀螺仪传感器可以获取到脚部的运动状态数据，通过通讯模块(无线或有线)把数据用INERNET互联网传输到远程的服务器进行存贮、分析、应用；

本发明实施例可以做到老人远程陪护，通过传感器收集数据和感应老人的运动状态，分析老人的活动状态与体能状态与身体机能数据，传输到子女的手机中，尤其对留守老人远程陪护有比较大的帮助。

例如：老人正常行走时，突然发生倾倒，电子陀螺仪传感器就能感觉到人体的倾倒，并可以通过远程服务端的报警服务,通过手机软件或以电话的方式向亲人发出警报。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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；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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实施例。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。