一种复合供能发电鞋

技术领域

本发明涉及复合发电技术领域，更具体地说，涉及一种复合供能发电鞋。

背景技术

环境污染和能源短缺是当今世界各国面临的一大难题，由此造成的环境恶化和能源危机已引起全社会的高度重视。为此，各国科技工作者都在积极寻找新的能源。

振动是人们日常生活中的常见现象，由于其具有较高的能量密度，其潜在的能量价值已引起广泛的关注和思考。利用压电材料的压电效应，可以将机械能转化为电能。依据此原理进行环境振动能量的采集和转换，将获得取之不尽用之不竭的电能。因此压电换能器被广泛应用于可穿戴设备、智能传感、能量回收等领域。

人在走路过程中可产生大量振动能，利用压电效应进行该部分能量的收集，应用于随身电子设备的供能，不仅能极大地方便使用，更为关键的是可以节省电能。

目前应用于鞋内的压电俘能器，多采用金属基体。由于加工限制，压电俘能器中的金属基体采用冲压成形，形状较为简单，制作周期长、成本高。这些结构虽能承受大应力，但人体舒适感较差，较难实现低成本人性化的产品定制。且发电形式单一，其能量俘获效率不高。

因此，如何解决现有鞋内的俘能器成本高、舒适性差且能量俘获效率低的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种复合供能发电鞋，成本低、舒适性高且能量俘获效率高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合供能发电鞋，包括鞋底、鞋垫、电能存储装置、连接于所述电能存储装置的无线充电部、以及设于所述鞋底与所述鞋垫之间的压电俘能层与摩擦俘能层；

所述压电俘能层包括柔性基体，所述柔性基体的上端面设有带电极的第一压电薄膜，所述柔性基体的下端面设有带电极的第二压电薄膜，所述第一压电薄膜与所述第二压电薄膜中的一者连接于所述电能存储装置的正极、另一者连接于所述电能存储装置的负极；

所述摩擦俘能层包括氨基甲酸脂层、黏粘于所述氨基甲酸脂层的氟膜以及分别设于所述氨基甲酸脂层与所述氟膜的外端面的导电布，两个所述导电布中的一者连接于所述电能存储装置的正极、另一者连接于所述电能存储装置的负极。

优选的，所述柔性基体的上端面与下端面均为呈波浪状的波浪面。

优选的，所述柔性基体包括采用数字光处理固化工艺制备的光敏树脂基体。

优选的，所述摩擦俘能层通过绝缘层连接于所述波浪面。

优选的，所述压电俘能层的上端面与下端面均通过所述绝缘层连接有所述摩擦俘能层。

优选的，所述绝缘层包括连接所述摩擦俘能层与所述压电俘能层的绝缘胶。

优选的，所述压电俘能层与所述摩擦俘能层设于脚掌和/或脚跟。

优选的，所述鞋底的外侧设有用于插接充电线的接口，所述接口连接于所述电能存储装置。

优选的，所述鞋底的外侧设有用于控制所述无线充电部的开关。

优选的，所述开关与所述接口均设于所述鞋底外侧的凹槽内，所述凹槽的外端面设有防水盖，且所述防水盖与所述鞋底的外侧面平齐。

本发明所提供的复合供能发电鞋，采用柔性基体、带电极的第一压电薄膜与带电极的第二压电薄膜组成压电俘能层，采用氨基甲酸脂层、氟膜以及导电布组成摩擦俘能层，使制成的产品轻薄，柔韧性好，耐冲击具有工艺简单、制作成本低的优点，且柔性基体能够增大鞋子的舒适性。将摩擦俘能层与压电俘能层同时设在鞋底与鞋垫之间，以利用压电俘能层与摩擦俘能层同时收集人体振动产生的能量，并转换为电能存储在电能存储装置内，通过无线充电部可向外用设备充电，显著提高了能量的转化率。

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为本发明所提供复合供能发电鞋具体实施例的示意图；

图2为图1中压电俘能层与摩擦俘能层的装配示意图；

图3为柔性基体的示意图；

图4为摩擦俘能层的示意图。

其中，10-压电俘能层、11-柔性基体、12-第一压电薄膜、13-第二压电薄膜、14-波浪面、20-摩擦俘能层、21-导电布、22-氟膜、23-氨基甲酸脂层、30-鞋垫、40-鞋底、50-电能存储装置、60-无线充电部、70-绝缘层。

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。

本发明的核心是提供一种复合供能发电鞋，成本低、舒适性高且能量俘获效率高。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供复合供能发电鞋具体实施例的示意图；图2为图1中压电俘能层与摩擦俘能层的装配示意图；图3为柔性基体的示意图；图4为摩擦俘能层的示意图。

本发明所提供的复合供能发电鞋，包括鞋底40、鞋垫30、电能存储装置50、连接于电能存储装置50的无线充电部60、以及设于鞋底40与鞋垫30之间的压电俘能层10与摩擦俘能层20；

压电俘能层10包括柔性基体11，柔性基体11的上端面设有带电极的第一压电薄膜12，柔性基体11的下端面设有带电极的第二压电薄膜13，第一压电薄膜12与第二压电薄膜13中的一者连接于电能存储装置50的正极、另一者连接于电能存储装置50的负极；

摩擦俘能层20包括氨基甲酸脂层23、黏粘于氨基甲酸脂层23的氟膜22以及分别设于氨基甲酸脂层23与氟膜22的外端面的导电布21，两个导电布21中的一者连接于电能存储装置50的正极、另一者连接于电能存储装置50的负极。

其中，鞋底40与鞋垫30可根据需要，采用常规的手段进行生产，鞋底40与鞋底40之间设有压电俘能层10与摩擦俘能层20，具体的，压电俘能层10的上侧与下侧均设有摩擦俘能层20，即采用三明治的组合形式，上下层为摩擦俘能层20，中间层为压电俘能层10。

压电俘能层10，包括柔性基体11，柔性基体11的上端面黏贴带电极的第一压电薄膜12，柔性基体11的上端面黏贴带电极的第二压电薄膜13，柔性基体11的弹性较好，能够显著增加鞋的舒适性。第一压电薄膜12与第二压电薄膜13可在温度80～120℃的烘箱中进行热极化，保持施加电压40～60分钟，然后在保持电压不变的情况下，将烘箱冷却至室温后撤去电压，得到带电极的第一压电薄膜12与所述带电极的第二压电薄膜13。

第一压电薄膜12与第二压电薄膜13中的一者通过导线连接于电能存储装置50的正极、另一者通过导线连接于电能存储装置50的负极，在在人体重力的作用下，置于鞋垫30下的压电俘能层10受到压力，产生由负极向正极的电流，并通过导线将电能存储至电能存储装置50内。

摩擦俘能层20包括氨基甲酸脂层23、黏粘于氨基甲酸脂层23的氟膜22以及分别设于氨基甲酸脂层23与氟膜22的外端面的导电布21，两个导电布21中的一者连接于电能存储装置50的正极、另一者连接于电能存储装置50的负极。同理，在在人体重力的作用下，置于鞋垫30下的摩擦俘能层20受到压力产生形变，进行氨基甲酸脂层23与氟膜22产生摩擦并形成电流，通过导电布21将电能存储至电能存储装置50内。

需要指出的是，由于摩擦俘能层20与压电俘能层10产生的电压的大小不同，因此，可设置两组电能存储装置50，以分别存储由摩擦俘能层20与压电俘能层10产生的电能。当然，也可设置一组电能存储装置50，通过转换器以同时存储摩擦俘能层20与压电俘能层10所产生的电能。

无线充电部60连接于电能存储装置50，以通过无线充电部60对外用设备进行充电，例如，对手机等设备进行无线充电，关于无线充电的技术请参考现有技术，此处不再赘述。

本发明所提供的复合供能发电鞋，采用柔性基体11、带电极的第一压电薄膜12与带电极的第二压电薄膜13组成压电俘能层10，采用氨基甲酸脂层23、氟膜22以及导电布21组成摩擦俘能层20，使制成的产品轻薄，柔韧性好，耐冲击具有工艺简单、制作成本低的优点，且柔性基体11能够增大鞋子的舒适性。将摩擦俘能层20与压电俘能层10同时设在鞋底40与鞋垫30之间，以利用压电俘能层10与摩擦俘能层20同时收集人体振动产生的能量，并转换为电能存储在电能存储装置50内，通过无线充电部60可向外用设备充电，显著提高了能量的转化率。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，柔性基体11的上端面与下端面均为呈波浪状的波浪面14。本实施例中，将柔性基体11的上端面与下端面设置为凹凸不平的波浪面14，利用凹凸微结构的集中作用力，增大压电俘能层10的应变，从而极大地压电俘能层10的能量收集效果。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，柔性基体11包括采用数字光处理固化工艺制备的光敏树脂基体。本实施例中，将光敏树脂通过数字光处理器照射得到光敏树脂基体，即利用DLP固化工艺制备柔性基体11，极大地缩短了产品的制造周期，可满足产品个性化定制的低成本要求。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，摩擦俘能层20通过绝缘层70连接于压电俘能层10。本实施例中，通过绝缘层70将摩擦俘能层20设于压电俘能层10的波浪面14，在简化装配结构的同时，能够使波浪面14的凹凸微结构的应变作用于摩擦俘能层20，促进摩擦俘能层20的摩擦发电，即压电-摩擦复合发电，产生了更大的输出电能。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，压电俘能层10的上端面与下端面均通过绝缘层70连接有摩擦俘能层20。本实施例中，压电俘能层10的上端面与下端面均设有摩擦俘能层20，以简化装配结构，同时充分利用柔性基体11的波浪面14，利用凹凸微结构的应变作用于摩擦俘能层20，压电-摩擦复合发电，进一步促进输出电能。

在上述实施例的基础之上，考虑到摩擦俘能层20与压电俘能层10的具体连接方式，作为一种优选，绝缘层70包括连接摩擦俘能层20与压电俘能层10的绝缘胶。

在上述实施例的基础之上，考虑到压电俘能层10与摩擦俘能层20具体设置的位置，作为一种优选，压电俘能层10与摩擦俘能层20设于脚掌和/或脚跟，以充分利用与人体的重力。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，鞋底40的外侧设有用于插接充电线的接口，接口连接于电能存储装置50。在使用时，可将充电线插接在接口处，并连接手机等用电设备，以通过有线的形式向手机等用电设备充电。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，鞋底40的外侧设有用于控制无线充电部60的开关。且开关与接口均设于鞋底40外侧的凹槽内，凹槽的外端面设有防水盖，且防水盖与鞋底40的外侧面平齐，以防止雨水进入开关，保证设备的安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的复合供能发电鞋进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。