基于磁阻尼的带蓄电功能的缓冲鞋垫的装置
技术领域
本发明涉及了一种避震、缓冲、带蓄电的鞋垫结构，尤其涉及了一种基于磁阻尼的带蓄电功能的缓冲鞋垫的装置。
背景技术
人在跑步、跳跃过程中，双足会对地面产生强有力的冲击力，通过反作用力再次获得跑步、跳跃的动力，在此过程中，这股冲击力会对膝盖、脚步产生巨大冲击，体重越重、跑步速率越快、跳跃幅度越高，冲击力越大，时间长了，会对膝盖产生磨损，对脚部骨骼造成损伤，导致脚掌变形，且这种对人体的伤害是不可逆性的。
现在市面上已有鞋底气垫技术来减小这种冲击，但是由于不同材料对气垫性能、质量影响太大，一般鞋子外部很容易磨损，而气垫鞋底使用内部充气，一旦漏气，修复难度极高，市面上的气垫通常使用寿命长至两三年，短的不过一两个月，往往出现气垫已经损坏，但仍在继续使用的情况，也就失去了保护作用。
并且市面上缺少这种能将损耗的动能转换成可存储能量的装置，能量最终转换成热能排放，如能提出类似能量转换的发明，可提升能量利用率，达到节能减排的目的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明主要解决的技术问题是提供了一种基于磁阻尼的带蓄电功能的缓冲鞋垫的装置，采用鞋垫和鞋底形成磁阻尼的电路回路，减小运动产生的震动和冲击。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明包括鞋垫、锂电池和鞋底主体，鞋垫在鞋底主体内，所述的鞋垫包括从上到下的上层、中间层和下层的三层，上层采用柔软舒适材料，中间层采用橡胶磁片，下层采用弹性透气材料；鞋底主体的底部周围一圈内嵌有环状开口的金属箔，金属箔的开口两端连接到锂电池。
所述的鞋底主体沿底部周围一圈分为内外两层，内外两层之间封闭嵌装一圈软质金属条/片作为金属箔。
所述的下层包括分别位于上面和下面的硅胶层和透气防滑布料层，硅胶层位于橡胶磁片的中间层和透气防滑布料层之间，硅胶层和透气防滑布料层的厚度分别为8～10mm和5mm。
所述的上层采用EVA塑胶，厚度5～8mm；中间层的厚度10mm。
所述的金属箔采用铝箔。具体内层镶入的箔片不局限于铝箔，也可以是其他轻质材料金属箔。
所述的锂电池置于鞋底主体的脚后跟位置内部。
所述的金属箔的开口两端经转换电路连接到锂电池。
当人体脚步下落时，本发明的鞋垫受力，以橡胶磁片为主的磁场切割金属箔，形成电磁阻尼感应，在金属箔上形成感应电流，并阻碍鞋垫震动，达到缓冲、减震的目的。并且由于金属箔和橡胶磁片不直接接触，无滑动摩擦，使用寿命长，减震效果稳定。通过收集金属箔上的少量感应电流，储存在该小型锂电池中，经测算，每天通过人体步行可充入电量达0.011千瓦·时左右，可供小型家用电器充电用。
本发明的有益效果是：
本发明主要可应用在鞋垫设计中，通过借助鞋底磁阻尼设计可减小脚掌缓冲，达到保护膝盖，保护脚掌骨骼的目的。并且由于磁阻尼的主要部件橡胶磁片和金属箔不产生直接接触，无磨损，故损坏率极地，不像市面上现有的基于缓冲气垫的鞋垫，本发明可长时间起到缓冲的目的。
另外，本发明通过有效回收磁阻尼阻力，将缓冲做功转换成电能进行存储，实现了动能转换为电能，使用户能充分利用这些能量损耗，绿色环保，低碳节能。
附图说明
图1是本发明鞋垫结构分解图；
图2是本发明的物理原理图；
图3是普通鞋垫在挤压时的足部受力图；
图4是在有本发明鞋垫在挤压时的足部受力图；
图5是本发明鞋垫的电路原理图。
图中：EVA塑胶材质1，薄橡胶磁片2，硅胶材质3，透气防滑布料4，铝箔5，磁场6，环形电流7，反馈力8，阻尼力9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，具体实施的鞋垫分为四层，最上层为EVA塑胶材质1，第二层为薄橡胶磁片2，第三层为硅胶材质的硅胶层3，最底层为透气防滑布料层4，在鞋底周围增加一圈软质铝箔5环绕。硅胶层和透气防滑布料层的厚度分别为8～10mm和5mm。EVA塑胶，厚度5～8mm；中间层的厚度10mm。
鞋底主体的脚后跟位置内部安装设置锂电池，通过薄橡胶磁片日常产生的电流对锂电池进行充电，充电后锂电池可取出，并预留USB接口，可供其他小型家用电器充电。
具体实施在鞋底主体沿底部周围一圈分为内外两层，内外两层之间封闭嵌装一圈软质金属条/片作为金属箔，金属箔上沿不接触鞋底上沿，金属箔下沿不接触鞋底下沿，外层可以为防水橡胶，内层可以为橡胶材料。
金属箔的开口两端经转换电路连接到锂电池。
转换电路如图5所示，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管整流器VD1～VD4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管稳压器ZD、输入交流电源AC和电池组E；电阻R2和电阻R3串联后并联到二极管稳压器ZD的两端，电容C2和电容C3均并联到二极管稳压器ZD的两端，二极管整流器VD1～VD4的其中两端连接到铝箔5的两端，且在铝箔5一端和二极管整流器之间的串接电路上设置有保险丝FU以及并联的电容C1和电阻R1，二极管整流器VD1～VD4的另外两端并联到二极管稳压器ZD的两端，二极管稳压器ZD的两端分别连接锂电池的电池组E，二极管稳压器ZD中间引出连接到电阻R2和电阻R3之间。工作原理如下：磁阻尼交流电压经过电容C1降压、二极管VD1～VD4整流、电容C2滤波后，当电压较低时，ZD关断，电流全部充入电池E。当电池电压过高时，ZD开始导通发挥分流作用，保护电池E。
当鞋底受压时，鞋垫中的橡胶磁片2向下移动，鞋垫下层中的硅胶层向下挤压，橡胶磁片2整片向下移动过程中，相对于鞋底固定带中的铝箔横截面作切割运动，从而形成磁阻尼感应电路，对鞋垫中的橡胶磁片2向下运动产生阻尼力起阻碍作用，同时硅胶层在受到挤压后具有还原到原来形态的回复力，两种材料的作用力下，起到减震、缓冲的作用。
当橡胶磁片2整片相对铝箔进行运动时，环状的铝箔实际对橡胶磁片2产生的磁场进行了切割运动，形成磁阻尼电路，在铝箔产生感应电流，传输给鞋底主体脚后跟位置的锂电池，完成充电。当在人踩下鞋底，使得鞋垫受压回弹不断往复运动，进而带动橡胶磁片2往复切割磁场运动，实现不间断产生感应电流对锂电池进行充电。当需要使用锂电池时，可将锂电池拆卸下，通过电池上的USB接口对小型家用电器充电。
如图2所示，本发明的物理原理过程如下：
当人体脚步下落时，鞋垫受力向下运动，位于鞋垫较上层的薄橡胶磁片2相对鞋底的软质铝箔作向下运动，铝箔5受到薄橡胶磁片产生的磁场B18影响，对磁场作切割运动，从而在铝箔产生环形电流I9，而电流I产生的磁场B2会阻碍薄橡胶磁片的运动，从而形成电磁阻尼感应，感应力阻碍薄橡胶磁片震动。
图3、图4分别是在无本发明鞋垫在挤压时和有本发明鞋垫时的足部受力图，无本发明时，脚部仅收到鞋底的反馈力F10，而有本发明时不仅有鞋底的反馈力F10，还有磁阻尼力f11，从而达到缓冲、减震的目的。
根据磁阻尼力公式
根据鞋垫的设计，切割磁感应线的直线投影长度L0取橡胶磁片的长度为0.2米；橡胶磁片的磁场强度B0一般为500～1000高斯，本处选取1000高斯。R+r为回路内电阻和外电阻，选取电阻较小的200欧。
根据上述公式设置K的值为200N·s/m，当人体腾空时，按照平均弹跳0.5米计算，下降到地面时的速度约为3.2m/s，故每次腾空可产生640N的缓冲力，可大大减小对足部骨骼和膝盖的压力，对电路中的电阻值进行调节能实现缓冲阻力的调节。
根据锂电池的设计，当人体走路、慢跑、跳跃脚部下落时，磁阻尼缓冲力所做的功会转换成电能，走路时磁阻尼阻力约为200N(低于弹跳时的640N)橡胶磁片产生1cm的上下相对位移，可产生2焦的能量，按照普通人人均每日可走1万步的运动量，一日可产生总能量2万焦的能量，双脚能产生4万焦的能量，约为0.011千瓦·时的电量，可供小型家电充电用(如可以为Iphonex手机充电80％左右)。
由此可见，本发明的技术方案具有很好的可实施性，不仅能够有效回收磁阻尼阻力，而且能够将缓冲做功转换成电能进行存储，具有突出显著的技术效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
