發(fā)電氣囊裝置及應(yīng)用該發(fā)電氣囊裝置的氣囊發(fā)電鞋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)電氣囊裝置，包括：至少一個(gè)雙層氣囊部件，其包括內(nèi)層氣囊和外層氣囊，外層氣囊和內(nèi)層氣囊之間形成密閉的第一空間；內(nèi)層氣囊內(nèi)部形成密閉的第二空間；內(nèi)層氣囊內(nèi)部設(shè)置有摩擦發(fā)電機(jī)，其包括：第一襯底，第一襯底的第二側(cè)表面設(shè)置有第一電極層；第二襯底，第二襯底的第二側(cè)表面設(shè)置有第二電極層；其中，第一電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第一高分子聚合物絕緣層，和/或，第二電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層，第一電極層和第二電極層作為摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用上述發(fā)電氣囊裝置的氣囊發(fā)電鞋，所述發(fā)電氣囊裝置設(shè)置于所述氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)，或者所述發(fā)電氣囊裝置墊在所述氣囊發(fā)電鞋的鞋墊上。
【專利說(shuō)明】發(fā)電氣囊裝置及應(yīng)用該發(fā)電氣囊裝置的氣囊發(fā)電鞋

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)電氣囊裝置及應(yīng)用該發(fā)電氣囊裝置的氣囊發(fā)電鞋。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，常見的發(fā)電鞋大多是采用磁式發(fā)電，相當(dāng)于在鞋底安裝一個(gè)小型磁式發(fā)電機(jī)，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、容易出現(xiàn)問題，而且發(fā)電效率低，且鞋底發(fā)生較大變形，走路時(shí)容易產(chǎn)生不適感。
[0003]而且，平時(shí)在走路的過(guò)程中，腳掌通過(guò)鞋子對(duì)路面產(chǎn)生壓力，從而產(chǎn)生機(jī)械能。一個(gè)成年人在走路的過(guò)程中通過(guò)鞋子所產(chǎn)生的機(jī)械能是非?？捎^的(例如，可產(chǎn)生60瓦的能量)，但是，目前的發(fā)電鞋并沒有將這部分機(jī)械能利用起來(lái)，使其白白浪費(fèi)掉了。
[0004]另外，現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)電機(jī)在受到較大的壓力或震動(dòng)時(shí)容易受到外力的損傷，影響使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種發(fā)電氣囊裝置及應(yīng)用該發(fā)電氣囊裝置的氣囊發(fā)電鞋，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)電機(jī)在受到較大的壓力或震動(dòng)時(shí)容易受到損傷，影響使用壽命，以及發(fā)電鞋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、發(fā)電效率低、穿起來(lái)不舒適、且沒有對(duì)走路產(chǎn)生的機(jī)械能加以利用的問題。
[0006]一種發(fā)電氣囊裝置，包括:至少一個(gè)雙層氣囊部件，所述雙層氣囊部件包括內(nèi)層氣囊和包裹在所述內(nèi)層氣囊外部的外層氣囊，其中，所述外層氣囊和所述內(nèi)層氣囊之間形成密閉的第一空間；所述內(nèi)層氣囊內(nèi)部形成密閉的第二空間；其中，所述內(nèi)層氣囊內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，所述摩擦發(fā)電機(jī)包括:第一襯底，所述第一襯底的第一側(cè)表面貼合固定在所述內(nèi)層氣囊上壁的內(nèi)表面上，所述第一襯底的第二側(cè)表面上設(shè)置有第一電極層；第二襯底，所述第二襯底的第一側(cè)表面貼合固定在所述內(nèi)層氣囊下壁的內(nèi)表面上，所述第二襯底的第二側(cè)表面上設(shè)置有第二電極層；其中，所述第一電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第一高分子聚合物絕緣層，和/或，所述第二電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層，所述第一電極層和所述第二電極層作為所述摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端。一種應(yīng)用上述發(fā)電氣囊裝置的氣囊發(fā)電鞋，所述發(fā)電氣囊裝置設(shè)置于所述氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)，或者所述發(fā)電氣囊裝置墊在所述氣囊發(fā)電鞋的鞋墊上。
[0007]—種氣囊發(fā)電鞋，包括上述的發(fā)電氣囊裝置。
[0008]本發(fā)明實(shí)施例中，無(wú)需設(shè)置小型磁式發(fā)電機(jī)，只需通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)將走路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的，因而對(duì)走路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能進(jìn)行了合理的利用。該發(fā)電氣囊裝置及氣囊發(fā)電鞋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，且摩擦發(fā)電機(jī)不像常見的發(fā)電鞋內(nèi)部的小型磁式發(fā)電機(jī)那樣材質(zhì)堅(jiān)硬，所以還提高了用戶的舒適度。
[0009]另外，在本發(fā)明中，特別設(shè)置有雙層氣囊部件，通過(guò)該部件能夠有效防止由于蹦跳等劇烈運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致內(nèi)部的摩擦發(fā)電機(jī)受到損傷，而且，還可以防止發(fā)電機(jī)受潮，從而對(duì)發(fā)電機(jī)起到充分的保護(hù)作用，以便延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)電氣囊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)電氣囊裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3a示出了圖2所示的第一種情況中第一連接帶、第二連接帶和中間連接層之間的俯視圖；
[0013]圖3b示出了圖2所示的第二種情況中第一連接帶、第二連接帶和中間連接層之間的俯視圖；
[0014]圖4至圖6分別示出了發(fā)電氣囊裝置的整個(gè)腳掌部位、后腳掌部位和前腳掌部位的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0016]本發(fā)明提供了一種發(fā)電氣囊裝置及氣囊發(fā)電鞋，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)電機(jī)在受到較大的壓力或震動(dòng)時(shí)容易受到外力的損傷，影響使用壽命，以及發(fā)電鞋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、發(fā)電效率低、穿起來(lái)不舒適、且沒有對(duì)走路產(chǎn)生的機(jī)械能加以利用的問題。
[0017]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)電氣囊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該發(fā)電氣囊裝置包括:至少一個(gè)雙層氣囊部件，所述雙層氣囊部件包括內(nèi)層氣囊11和包裹在所述內(nèi)層氣囊11外部的外層氣囊12，其中，所述外層氣囊12和所述內(nèi)層氣囊11之間形成密閉的第一空間100 ;所述內(nèi)層氣囊11內(nèi)部形成密閉的第二空間200。
[0018]其中，所述內(nèi)層氣囊11內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，所述摩擦發(fā)電機(jī)包括:第一襯底21,所述第一襯底21的第一側(cè)表面貼合固定在所述內(nèi)層氣囊上壁的內(nèi)表面上，所述第一襯底21的第二側(cè)表面上設(shè)置有第一電極層22 ;第二襯底23，所述第二襯底23的第一側(cè)表面貼合固定在所述內(nèi)層氣囊下壁的內(nèi)表面上，所述第二襯底23的第二側(cè)表面上設(shè)置有第二電極層24。進(jìn)一步地，所述第一電極層22上進(jìn)一步設(shè)置有第一高分子聚合物絕緣層25，以及，所述第二電極層24上進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層26，所述第一電極層22和所述第二電極層24作為所述摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端。
[0019]在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，在第一電極層和第二電極層上同時(shí)設(shè)置有高分子聚合物絕緣層。實(shí)際上，也可以只在第一電極層上設(shè)置第一高分子聚合物絕緣層，而省去第二高分子聚合物絕緣層；或者，只在第二電極層上設(shè)置第二高分子聚合物絕緣層，而省去第一高分子聚合物絕緣層，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦發(fā)電的目的。
[0020]在本發(fā)明實(shí)施例中，特別設(shè)置有雙層氣囊部件，通過(guò)該部件能夠有效防止由于蹦跳等劇烈運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致內(nèi)部的摩擦發(fā)電機(jī)受到損傷，而且，還可以防止發(fā)電機(jī)受潮，從而對(duì)發(fā)電機(jī)起到充分的保護(hù)作用，以便延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命。
[0021]下面首先詳細(xì)介紹一下上述雙層氣囊部件的具體結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1可以看出，雙層氣囊部件由內(nèi)層氣囊11和外層氣囊12構(gòu)成。其中，內(nèi)層氣囊11的內(nèi)部形成密閉的第二空間200，該第二空間200主要用于容納摩擦發(fā)電機(jī)，并防止摩擦發(fā)電機(jī)受潮或受損；外層氣囊12包裹在內(nèi)層氣囊11的外部，由于外層氣囊12本身也是密閉的，因此在外層氣囊12和內(nèi)層氣囊11之間形成了密閉的第一空間100，該第一空間100主要用于包裹在容納有摩擦發(fā)電機(jī)的第二空間200的外部，以便在走路蹦跳時(shí)起到緩沖作用，由此防止內(nèi)層氣囊因壓縮后而使整個(gè)氣墊失去緩沖減震效果。
[0022]具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，內(nèi)層氣囊和外層氣囊之間的具體位置關(guān)系可以有多種設(shè)計(jì)方式。例如，內(nèi)層氣囊可以直接懸浮在外層氣囊的內(nèi)部，即:在無(wú)外力作用時(shí)，內(nèi)層氣囊與外層氣囊之間互不接觸?；蛘?，也可以使內(nèi)層氣囊和外層氣囊的特定部位粘合在一起，使得內(nèi)層氣囊與外層氣囊之間存在接觸部位，例如，可以使內(nèi)層氣囊的頂端部位的外側(cè)與外層氣囊的頂端部位的內(nèi)側(cè)相互粘合在一起；或者，使內(nèi)層氣囊的底端部位的外側(cè)與外層氣囊的底端部位的內(nèi)側(cè)相互粘合在一起；或者，還可以使內(nèi)層氣囊的中間部位的外側(cè)與外層氣囊的中間部位的內(nèi)側(cè)相互粘合在一起。總之，本發(fā)明對(duì)內(nèi)層氣囊和外層氣囊之間的具體位置關(guān)系不做限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要進(jìn)行靈活選擇。
[0023]下面舉例說(shuō)明一下內(nèi)層氣囊和外層氣囊之間的可能的位置關(guān)系:
[0024]進(jìn)一步參照?qǐng)D2，圖2在圖1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步示出了內(nèi)層氣囊和外層氣囊之間的一種優(yōu)選位置關(guān)系的示意圖。如圖2所示，外層氣囊12由上壁和下壁兩部分組成，且外層氣囊12的上壁和下壁相互粘合并在粘合處形成第一連接帶120。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)一定的注塑脫模工藝分別制作出類似半球形的上壁和下壁，然后，將上壁和下壁對(duì)齊后進(jìn)行粘合(例如以熱熔方式粘合)。通過(guò)這樣的方式，就可以制作出類似球狀的外層氣囊，而且，在這種方式中，外層氣囊的上下壁的粘合處所形成的第一連接帶120為圓形(圖2為剖面圖，所以僅看到一個(gè)點(diǎn)，如果繪制出圖2對(duì)應(yīng)的俯視圖則可以看到第一連接帶120是圓形的)，且位于該球狀氣囊的中間部位，通過(guò)該第一連接帶120將外層氣囊12分為上下兩部分。類似的，內(nèi)層氣囊11同樣由上壁和下壁兩部分組成，且內(nèi)層氣囊11的上壁和下壁也相互粘合并在粘合處形成第二連接帶110。進(jìn)一步地，第一連接帶120和第二連接帶110之間通過(guò)一個(gè)中間連接層130相互粘合在一起。其中，中間連接層130可以采取與制作氣囊的材質(zhì)相同的材質(zhì)(例如橡膠)來(lái)制作，這時(shí)可以在制作時(shí)直接采用一體成型的方式制作該中間連接層，也可以采取其他的材質(zhì)(例如膠劑等)來(lái)制作該中間連接層。
[0025]在制作過(guò)程中，為了方便操作，可以按照先制作內(nèi)層氣囊，然后制作中間連接層，最后制作外層氣囊的順序操作。具體地，首先，將內(nèi)層氣囊的上壁和下壁相互粘合并在粘合處形成第二連接帶110 ;然后，將第二連接帶110通過(guò)中間連接層130與外層氣囊的上壁、外層氣囊的下壁相互粘合，并在粘合處形成第一連接帶120。在本發(fā)明中，對(duì)中間連接層130的材質(zhì)不做限定，只要能夠起到連接固定的作用即可。另外，中間連接層130的厚度也可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，例如，在一些情況下，可以將中間連接層130的厚度設(shè)置得比較厚，而在另一些情況下，也可以將中間連接層的厚度設(shè)置得比較薄。
[0026]通過(guò)上述方式形成的外層氣囊的上下壁的高度之和大于內(nèi)層氣囊的上下壁的高度之和，以便使外層氣囊包裹在內(nèi)層氣囊外部，且內(nèi)層氣囊的第二連接帶的圓周外徑略小于外層氣囊的第一連接帶的圓周內(nèi)徑，由此使得外部的外層氣囊和內(nèi)部的內(nèi)層氣囊之間可以通過(guò)第一連接帶和第二連接帶之間的中間連接層進(jìn)行固定。
[0027]通過(guò)上面的描述也可以看出，在圖2所示的位置關(guān)系中，外層氣囊和內(nèi)層氣囊之間形成的第一空間100進(jìn)一步包括:位于第一連接帶、中間連接層和第二連接帶上方的第一子空間，以及位于第一連接帶、中間連接層和第二連接帶下方的第二子空間。
[0028]具體地，根據(jù)中間連接層130的具體形式，又可以將圖2所示的內(nèi)層氣囊和外層氣囊的位置關(guān)系進(jìn)一步細(xì)分為如下兩種情況:
[0029]在第一種情況中，中間連接層130上進(jìn)一步設(shè)置有孔洞結(jié)構(gòu)。由于中間連接層130用于連接外層氣囊的第一連接帶和內(nèi)層氣囊的第二連接帶，因此，當(dāng)中間連接層130上設(shè)置有孔洞結(jié)構(gòu)時(shí)，第一空間100中的第一子空間和第二子空間通過(guò)該孔洞結(jié)構(gòu)而相互連通。因此，在第一種情況中，第一子空間和第二子空間彼此連通，兩個(gè)子空間中的氣流可以相互流動(dòng)，因此，當(dāng)整個(gè)雙層氣囊部件受到壓力作用時(shí)，兩個(gè)子空間內(nèi)的氣壓基本一致。
[0030]另外，在上述的第一種情況中，設(shè)置在中間連接層130上的孔洞結(jié)構(gòu)的作用主要在于使第一子空間和第二子空間連通，因此，該孔洞結(jié)構(gòu)不僅包括常見的圓孔、方孔等結(jié)構(gòu)，而且，還可以包括面積較大的孔洞，例如，參見圖3a示出的第一連接帶、第二連接帶和中間連接層之間的俯視圖，在圖3a中，將上述的中間連接層130設(shè)置為斷續(xù)的，即:僅在圓形的第一連接帶120和第二連接帶110的第一圓弧部位(上方)、第二圓弧部位(左方)、第三圓弧部位(下方)和第四圓弧部位(右方)處設(shè)置有中間連接層130，而在第一連接帶和第二連接帶的其他圓弧部位則不設(shè)置中間連接層，由此，使得第一子空間和第二子空間能夠通過(guò)未設(shè)置中間連接層的部位而相互連通。
[0031]進(jìn)一步地，當(dāng)中間連接層130上設(shè)置有孔洞結(jié)構(gòu)時(shí)，為了防止孔洞結(jié)構(gòu)因擠壓而發(fā)生形變從而妨礙氣流流通，還可以在位于第一連接帶與第二連接帶之間的中間連接層上進(jìn)一步設(shè)置至少一個(gè)連接導(dǎo)管。優(yōu)選地，該連接導(dǎo)管采用較硬的材質(zhì)制作，以防止孔洞變形，并確保氣流的順暢流通。
[0032]在第一種情況中，由于要在中間連接層上進(jìn)一步設(shè)置孔洞結(jié)構(gòu)，因此，可以將第一連接層設(shè)置得較厚，以便于設(shè)置。
[0033]在第二種情況中，中間連接層130上未設(shè)置孔洞結(jié)構(gòu)，此時(shí)，第一空間100中的第一子空間和第二子空間因被該中間連接層阻隔而彼此不連通。因此，在第二種情況中，由于第一子空間和第二子空間彼此不連通，導(dǎo)致兩個(gè)子空間中的氣流無(wú)法相互流動(dòng)，因此，當(dāng)整個(gè)雙層氣囊部件受到壓力作用時(shí)，兩個(gè)子空間內(nèi)的氣壓互不影響。
[0034]另外，在上述的第二種情況中，中間連接層130上不設(shè)置孔洞結(jié)構(gòu)的作用主要在于使第一子空間和第二子空間不連通，因此，通常將上述的中間連接層130設(shè)置為連續(xù)的，即:在圓形的第一連接帶和第二連接帶的整個(gè)圓形處都設(shè)置有中間連接層130。具體參見圖3b示出的第一連接帶120、第二連接帶110和中間連接層130之間的俯視圖。
[0035]在第二種情況中，由于無(wú)需在中間連接層上設(shè)置孔洞結(jié)構(gòu)，因此，可以將第一連接層設(shè)置得較薄。
[0036]在上面的文字描述以及圖3a和圖3b的附圖描述中，都是以內(nèi)層氣囊和外層氣囊均為圓球狀，相應(yīng)地，第一連接帶和第二連接帶也均為圓形為例進(jìn)行描述的。然而，在實(shí)際情況中，內(nèi)層氣囊和外層氣囊也可以設(shè)置為其他各種形狀，例如長(zhǎng)方體形等，相應(yīng)地，當(dāng)內(nèi)層氣囊和外層氣囊為長(zhǎng)方體形時(shí)，第一連接帶和第二連接帶也均為矩形。
[0037]另外，在本發(fā)明中，還可以進(jìn)一步在外層氣囊上設(shè)置第一氣嘴，用于向第一空間內(nèi)充入一定量的氣體，還可以在內(nèi)層氣囊上設(shè)置第二氣嘴，用于向第二空間內(nèi)充入一定量的氣體。通過(guò)調(diào)節(jié)充入氣體的體積，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)第一空間和第二空間內(nèi)的氣壓大小。優(yōu)選地，第一空間內(nèi)的氣壓大于或等于第二空間內(nèi)的氣壓。這樣的好處在于，第一空間內(nèi)的氣壓較高，可以更好地起到減震效果，從而保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)不受損害；第二空間內(nèi)的氣壓較低，可以使摩擦發(fā)電機(jī)能夠有效地接觸摩擦，從而產(chǎn)生電能。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，第一空間內(nèi)的氣壓和/或第二空間內(nèi)的氣壓的壓力范圍值與氣囊的材料強(qiáng)度以及氣囊承受的壓力大小相關(guān)。優(yōu)選地，第二空間內(nèi)的氣壓范圍包括Ipsi?1psi，第一空間內(nèi)的氣壓范圍包括5psi?30psi,該氣壓范圍能夠更好地起到緩沖效果。
[0038]上述的雙層氣囊部件通?？梢杂蓤?jiān)韌的合成橡膠鑄造而成，也可以采用其他類似材料制作。
[0039]介紹完雙層氣囊部件的結(jié)構(gòu)之后，接下來(lái)再詳細(xì)介紹一下摩擦發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和發(fā)電原理。
[0040]繼續(xù)參照?qǐng)D1，摩擦發(fā)電機(jī)主要包括兩部分，一部分設(shè)置在內(nèi)層氣囊的上壁的內(nèi)表面上，另一部分設(shè)置在內(nèi)層氣囊的下壁的內(nèi)表面上。其中，設(shè)置在內(nèi)層氣囊上壁內(nèi)表面上的這部分從上至下依次包括第一襯底21、第一電極層22和第一高分子聚合物絕緣層25 ;設(shè)置在內(nèi)層氣囊下壁內(nèi)表面上的這部分從下至上依次包括第二襯底23、第二電極層24和第二高分子聚合物絕緣層26。
[0041]由此可見，第一襯底21和第二襯底23位于整個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的最外側(cè)，用于起到支撐及固定的作用，因此，第一襯底21和第二襯底23可以采用具有一定硬度、韌性和彈性的材料來(lái)制作。而且，為了適應(yīng)內(nèi)層氣囊的上下壁的形狀，第一襯底21和第二襯底23都可以制作為弧形結(jié)構(gòu)，例如，第一襯底為向上凸起的弧形結(jié)構(gòu)，第二襯底為向下凹陷的弧形結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，每個(gè)襯底上的電極和高分子聚合物也為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)?；⌒谓Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式不僅可以適應(yīng)內(nèi)層氣囊的形狀，而且還可以在壓力消失后促使摩擦發(fā)電機(jī)的兩部分相互分離，從而提高發(fā)電效果。上述的第一高分子聚合物絕緣層25和第二高分子聚合物絕緣層26相對(duì)設(shè)置，當(dāng)受到擠壓時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層25和第二高分子聚合物絕緣層26則會(huì)相互接觸并發(fā)生摩擦，由此在第一電極層22和第二電極層24上感應(yīng)出電荷，因此，第一電極層22和第二電極層24作為摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電目的。
[0042]為了提高摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力，在第一高分子聚合物絕緣層25和/或第二高分子聚合物絕緣層26上可以進(jìn)一步設(shè)置微納結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)摩擦發(fā)電機(jī)受到擠壓時(shí)，所述第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的相對(duì)表面能夠更好地接觸摩擦，并在第一電極和第二電極處感應(yīng)出較多的電荷。上述的微納結(jié)構(gòu)具體可以采取如下兩種可能的實(shí)現(xiàn)方式:第一種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是微米級(jí)或納米級(jí)的非常小的凹凸結(jié)構(gòu)。該凹凸結(jié)構(gòu)能夠增加摩擦阻力，提高發(fā)電效率。所述凹凸結(jié)構(gòu)能夠在薄膜制備時(shí)直接形成，也能夠用打磨的方法使第一高分子聚合物絕緣層的表面形成不規(guī)則的凹凸結(jié)構(gòu)。具體地，該凹凸結(jié)構(gòu)可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四棱錐型、或圓柱形等形狀的凹凸結(jié)構(gòu)。第二種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是納米級(jí)孔狀結(jié)構(gòu)，此時(shí)第一高分子聚合物絕緣層所用材料優(yōu)選為聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm (優(yōu)選1.0mm)，且其相對(duì)第二電極的面上設(shè)有多個(gè)納米孔。其中，每個(gè)納米孔的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔的尺寸為:寬度為1-1OOnm以及深度為4_50 μ m。納米孔的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些納米孔是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9μπι的均勻分布。
[0043]下面具體介紹一下上述的摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理。當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)受到擠壓時(shí)，導(dǎo)致摩擦發(fā)電機(jī)中的第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極和第二電極之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極和第二電極之間出現(xiàn)電勢(shì)差。由于第一電極和第二電極作為摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端與外電路連接，因此，當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)的各層恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一電極和第二電極之間的內(nèi)電勢(shì)消失，此時(shí)已平衡的第一電極和第二電極之間將再次產(chǎn)生反向的電勢(shì)差。通過(guò)反復(fù)摩擦和恢復(fù)，就可以在外電路中形成周期性的交流脈沖電信號(hào)。具體到本發(fā)明中，當(dāng)該氣囊發(fā)電裝置受到擠壓時(shí)，氣囊內(nèi)的摩擦發(fā)電機(jī)由于受到擠壓使得兩部分相互接觸進(jìn)行摩擦，當(dāng)壓力消失時(shí)，由于氣囊內(nèi)的壓縮能量釋放，導(dǎo)致氣囊內(nèi)的摩擦發(fā)電機(jī)的兩部分自然彈回并處于分離狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中重復(fù)此過(guò)程。
[0044]除了圖1所示的摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)之外，還可以省去上述的第一高分子聚合物絕緣層或者省去上述的第二高分子聚合物絕緣層，使保留的高分子聚合物絕緣層直接與相對(duì)的電極進(jìn)行摩擦，同樣可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。
[0045]另外，在圖1所示的摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步在第一高分子聚合物絕緣層上或者在第二高分子聚合物絕緣層上設(shè)置居間薄膜層，該居間薄膜層為聚合物薄膜層。優(yōu)選地，也可以在居間薄膜層和/或未設(shè)置居間薄膜層的高分子聚合物絕緣層上設(shè)置微納結(jié)構(gòu)，以便提高摩擦效果。
[0046]上述的第一電極層和第二電極層所用材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。上述的第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層和居間薄膜層可以分別選自耐磨抗壓的PTFE、聚酯纖維、纖維素、半纖維素材料，或者選自聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。其中，在沒有居間薄膜層的結(jié)構(gòu)中，原則上第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)可以相同，也可以不同。但是，如果兩層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)都相同，會(huì)導(dǎo)致摩擦起電的電荷量很小。因此優(yōu)選地，第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。在有居間薄膜層的結(jié)構(gòu)中，為了提高摩擦效果，優(yōu)選地，居間薄膜層的材質(zhì)不同于第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層，而第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)則優(yōu)選相同，這樣，能減少材料種類，使本發(fā)明的制作更加方便。
[0047]可選地，為了對(duì)產(chǎn)生的電能加以利用，本發(fā)明中的發(fā)電氣囊裝置還可以進(jìn)一步包括:與摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端電連接的電路器件，該電路器件通常位于雙層氣囊部件的外部，并且，該電路器件包括以下器件中的一個(gè)或多個(gè):照明元件、顯示元件、儲(chǔ)能元件和發(fā)射器。更廣泛的，本發(fā)明還可以應(yīng)用于照明、儲(chǔ)能及充電、顯示、防偽、無(wú)限發(fā)射、無(wú)線標(biāo)簽、身份識(shí)別、人體信號(hào)采集、追蹤等各種領(lǐng)域。
[0048]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種氣囊發(fā)電鞋,該氣囊發(fā)電鞋包括上述任一實(shí)施例所描述的發(fā)電氣囊裝置。
[0049]可選地，上述的發(fā)電氣囊裝置位于該氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)，或者，上述的發(fā)電氣囊裝置墊在該氣囊發(fā)電鞋的鞋墊上。具體地，當(dāng)該氣囊發(fā)電鞋中的發(fā)電氣囊裝置進(jìn)一步包括上述的電路器件時(shí)，該電路器件可以設(shè)置在雙層氣囊部件的外部，僅通過(guò)導(dǎo)線與其內(nèi)部的摩擦發(fā)電機(jī)相連，此時(shí)，該發(fā)電氣囊裝置中的雙層氣囊部件可以設(shè)置于該氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)，這樣，既可以防止雙層氣囊部件因暴露在外而發(fā)生損壞，還可以增加鞋底的厚度，以滿足部分用戶群體的需求；或者，該發(fā)電氣囊裝置中的雙層氣囊部件也可以墊在該氣囊發(fā)電鞋的鞋墊上，以充當(dāng)鞋墊使用，并且，由于其充氣的特性，還可以增加用戶穿著時(shí)的舒適度；另外，發(fā)電氣囊裝置中的電路器件可以設(shè)置于該氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)(例如當(dāng)該電路器件為儲(chǔ)能元件或發(fā)射器時(shí))，或者，該電路器件也可以設(shè)置于該氣囊發(fā)電鞋的鞋面上(例如當(dāng)該電路器件為照明元件或顯示元件時(shí))。
[0050]另外，本發(fā)明的發(fā)電鞋中的雙層氣囊部件可以為一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)其為一個(gè)時(shí)，既可以設(shè)置在鞋子的前腳掌部位，也可以設(shè)置在后腳掌部位，或者還可以設(shè)置在整個(gè)腳掌部位上；當(dāng)其為多個(gè)時(shí)，可以將多個(gè)雙層氣囊部件分別設(shè)置在鞋子的前腳掌部位或后腳掌部位。圖4至圖6分別示出了鞋子的整個(gè)腳掌部位、后腳掌部位和前腳掌部位的示意圖。每個(gè)雙層氣囊部件中還可以進(jìn)一步設(shè)置多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，以便提高發(fā)電效率。各個(gè)雙層氣囊部件中的多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)之間可以通過(guò)串聯(lián)和/或并聯(lián)方式連接。
[0051]本發(fā)明實(shí)施例提供的氣囊發(fā)電鞋無(wú)需設(shè)置小型磁式發(fā)電機(jī)，只需通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)將走路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的，因而對(duì)走路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能進(jìn)行了合理的利用。該發(fā)電氣囊裝置及發(fā)電鞋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，且摩擦發(fā)電機(jī)不像常見的發(fā)電鞋內(nèi)部的小型磁式發(fā)電機(jī)那樣材質(zhì)堅(jiān)硬，所以還提高了用戶的舒適度。
[0052]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，雖然上述說(shuō)明中，為便于理解，對(duì)方法的步驟采用了順序性描述，但是應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于上述步驟的順序并不作嚴(yán)格限制。
[0053]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如:R0M/RAM、磁碟、光盤等。
[0054]還可以理解的是，附圖或?qū)嵤├兴镜难b置結(jié)構(gòu)僅僅是示意性的，表示邏輯結(jié)構(gòu)。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
[0055]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，包括: 至少一個(gè)雙層氣囊部件，所述雙層氣囊部件包括內(nèi)層氣囊和包裹在所述內(nèi)層氣囊外部的外層氣囊，其中，所述外層氣囊和所述內(nèi)層氣囊之間形成密閉的第一空間；所述內(nèi)層氣囊內(nèi)部形成密閉的第二空間； 其中，所述內(nèi)層氣囊內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，所述摩擦發(fā)電機(jī)包括: 第一襯底，所述第一襯底的第一側(cè)表面貼合固定在所述內(nèi)層氣囊上壁的內(nèi)表面上，所述第一襯底的第二側(cè)表面上設(shè)置有第一電極層； 第二襯底，所述第二襯底的第一側(cè)表面貼合固定在所述內(nèi)層氣囊下壁的內(nèi)表面上，所述第二襯底的第二側(cè)表面上設(shè)置有第二電極層； 其中，所述第一電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第一高分子聚合物絕緣層，和/或，所述第二電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層，所述第一電極層和所述第二電極層作為所述摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述外層氣囊的上壁和所述外層氣囊的下壁相互粘合并在粘合處形成第一連接帶，所述內(nèi)層氣囊的上壁和所述內(nèi)層氣囊的下壁相互粘合并在粘合處形成第二連接帶，所述第一連接帶和所述第二連接帶之間通過(guò)中間連接層相互粘合，且所述中間連接層上設(shè)置有孔洞結(jié)構(gòu)， 則所述第一空間進(jìn)一步包括:位于所述第一連接帶、中間連接層和所述第二連接帶上方的第一子空間，以及位于所述第一連接帶、中間連接層和所述第二連接帶下方的第二子空間，其中，所述第一子空間和所述第二子空間彼此連通。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括:位于所述第一連接帶與所述第二連接帶之間的中間連接層上的至少一個(gè)連接導(dǎo)管。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述外層氣囊的上壁和所述外層氣囊的下壁相互粘合并在粘合處形成第一連接帶，所述內(nèi)層氣囊的上壁和所述內(nèi)層氣囊的下壁相互粘合并在粘合處形成第二連接帶，所述第一連接帶和所述第二連接帶之間通過(guò)中間連接層相互粘合，且所述中間連接層上未設(shè)置孔洞結(jié)構(gòu)， 則所述第一空間進(jìn)一步包括:位于所述第一連接帶和所述第二連接帶上方的第一子空間，以及位于所述第一連接帶和所述第二連接帶下方的第二子空間；其中，所述第一子空間和所述第二子空間彼此不連通。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述氣囊裝置進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述外層氣囊上的第一氣嘴，以及設(shè)置在所述內(nèi)層氣囊上的第二氣嘴。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述第一空間內(nèi)的氣壓大于或等于所述第二空間內(nèi)的氣壓。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述第二空間內(nèi)的氣壓范圍包括Ipsi?1psi,所述第一空間內(nèi)的氣壓范圍包括5psi?30psi。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和/或所述第二高分子聚合物絕緣層上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，當(dāng)所述第一電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第一高分子聚合物絕緣層，且所述第二電極層上進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層時(shí)，進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層上或者設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層上的居間薄膜層，其中，所述居間薄膜層為聚合物薄膜層。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述居間薄膜層和/或未設(shè)置居間薄膜層的高分子聚合物絕緣層上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，所述第一襯底和所述第一電極為向上凸起的弧形結(jié)構(gòu)，所述第二襯底和所述第二電極為向下凹陷的弧形結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電氣囊裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括:位于所述雙層氣囊部件的外部、且與所述摩擦發(fā)電機(jī)的電能輸出端電連接的電路器件，所述電路器件包括以下器件中的一個(gè)或多個(gè):照明元件、顯示元件、儲(chǔ)能元件和發(fā)射器。
13.一種氣囊發(fā)電鞋，其特征在于，包括上述權(quán)利要求1至11任一權(quán)利要求所述的發(fā)電氣囊裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的氣囊發(fā)電鞋，其特征在于，所述發(fā)電氣囊裝置設(shè)置于所述氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)，或者所述發(fā)電氣囊裝置墊在所述氣囊發(fā)電鞋的鞋墊上。
15.一種氣囊發(fā)電鞋，其特征在于，包括上述權(quán)利要求12所述的發(fā)電氣囊裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的氣囊發(fā)電鞋，其特征在于，所述發(fā)電氣囊裝置中的雙層氣囊部件設(shè)置于所述氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)，或者所述發(fā)電氣囊裝置中的雙層氣囊部件墊在所述氣囊發(fā)電鞋的鞋墊上；所述發(fā)電氣囊裝置中的電路器件設(shè)置于所述氣囊發(fā)電鞋的鞋底內(nèi)或鞋面上。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK104426418SQ201310393932
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】王小雄, 王珊 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司