CN104203023A - 被加热的鞋垫 - Google Patents

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Abstract

一种对鞋的被加热的鞋垫的鞋垫进行加热的有效***，在所述***中，用于扁平的锂电池的智能电路(IC)位于鞋的外侧，并且在更有效的热绝缘和热传导构件之间放置用于鞋垫的加热器。

Description

被加热的鞋垫
相关申请
本申请基于于2011年12月30日提交的美国临时专利申请序列号61/581,782和于2012年2月2日提交的美国临时专利申请61/594,043并且要求这两个美国临时专利申请的优先权，上述申请的内容被并入到本文中。
背景技术
本发明涉及对穿着的鞋类(特别针对远足、骑行和滑雪的鞋，并且甚至针对普通的鞋(如果穿着者脚冷的话))的被加热的鞋垫的改进。
多年来，已经设计和采用了各种***来提供额外的内侧加热的鞋(当所述鞋被在户外环境中使用时)。在美国专利公开US2009/0013554中，示出了这样的现有技术的***的一个示例，其涉及无线***，在所述无线***中，发送信号来控制鞋垫中的加热器。
在一段时间中，出现了固定的硬线连接的***(例如美国专利#4,665,301中所示的***)，其中加热器被***到墙壁的插座中，以将热量提供给在白天使用的鞋垫。其可以被通过适当的充电***充电以对被加热的鞋垫进行再加热，以便向用户提供足够的温暖。
这些***通常使得在鞋垫的底部放置电加热器，并且在鞋垫中具有各种非导电性泡沫材料。当前的常规设计的限制在于，并未将热量的良好部分提供给鞋垫的与穿着者的足部更紧密地接触的上部分。
已经集成了扁平的锂离子电池作为向鞋垫提供电力的电池，这相对于先前为加热鞋垫提供的在鞋的外侧具有电池电力。
锂离子电池充电器通常由两个部分构成：
·将线路AC转换为低电压DC的电力供应；以及
·集成电路(IC)，所述集成电路接收低电压DC、监视电池充电状态、并且传送适当的电流和电压，以便完全地且安全地对用于加热被加热的护垫和鞋垫的电池进行充电。
在此之前，具有内建锂离子电池的鞋垫将充电器电力供应作为墙壁上安装的设备和位于鞋垫中的智能充电电路。当鞋类被磨损时，这样的布置使得充电部件受到使用的机械压力和热量的影响。充电部件的任何故障都会导致整个产品无法使用。
本发明的一个目的在于提供一种用于鞋的鞋垫的改进的加热***。
本发明的另一个目的在于在日常使用期间将热量更有效地提供给穿着者。
本发明的另一个目的在于提供其中智能电路部件位于鞋外侧的改进的锂电池***。
本发明的另一个目的在于提供更有效、更经济的用于加热鞋垫的***。
本发明的另一个目的在于在鞋垫中更有效地放置加热器以便将热量更直接地提供给穿着者的足部。
本发明的另一个目的在于提供更易于广泛使用的更有效和更经济的电池充电***。
根据以下描述，本发明的其他目的、优势和特征将变得更加明显。
根据本发明的主旨，通过从锂离子电池自身分离对可充电锂电池进行充电的智能电路(IC)来实现上述目的。这可以是通过在AD/DC插头适配器组件中放置IC充电电路或使得IC充电电路组件作为紧密位于并且连接到AC/DC转换器的模块来实现的。
由于IC是锂电池组件的相对昂贵的部件，因此令该IC免除通常遇到并且集成方式形成有要被充电的电池的物理磨损和撕破使得昂贵的组件能够延长其寿命，减小故障的可能性并且确保当必要时仅更换锂电池而无需更换整个的集成电路(IC)锂电池组件。
此外，通过额外地将鞋垫中的加热器从距离用户的鞋垫最远的实质上的最底部的位置重新放置到更接近于用户的足部的位置，以便将更有效的热量直接提供给用户，从而减小能量消耗并且更有效和更快速地加热该区域，来实现上述目的。现有技术的鞋垫具有位于加热器之上的大约5mm厚度的EVA泡沫层。新的结构将EVA泡沫压缩到不超过2或3mm，随后在电池之上增加额外的导电层并且在足部和鞋的底部之间增加额外的绝缘层，以便改进到穿着者的足部的热传导性。
在下文中，参照附图更详细地描述这些改进。
附图说明
图1是位于处于鞋垫中的锂电池的外侧的智能电路(IC)元件的框图。
图2是用于对如图1中所示的锂电池进行充电的IC元件的示意图。
图3是通过示出现有技术的鞋的鞋垫的剖视图。
图4是与图3类似但示出了被更有效地放置以对用户的鞋垫进行加热的加热器的另一个剖视图。
图5是示出了额外的实施例的与图4类似的鞋垫的另一个剖视图。
图6是与图5类似的鞋垫结构的另一个实施例的立体视图。
具体实施方式
图1是在框10中仅被指示为DC的AC到DC的转换器的本发明的框图。这样的AC到DC转换器被***到120V的墙壁插座上或任何其他适当的AC墙壁插座上来提供DC输出。DC转换器10的输出被供应到充电器智能电路(IC)12和14，所述智能电路12和14包括这样的能力：接收由转换器10产生的低DC电压，监视电池充电状态并且递送适当的电流和电压以完全地且安全地对电池进行充电。充电LED驱动器16被提供以随着电池被充电来点亮LED18。充电器智能电路12和14的输出被分别供应到电池20和22，所述电池20和22分别位于鞋垫中。
电池20和22位于鞋垫中，并且提供两个电池来用于一双鞋的一对鞋垫。线缆或导体24和26被分别提供作为在要被加热的鞋中包括的插座的标准插头中终结的IC电路的输出。IC电路12和14、LED驱动器16和LED18均可以被包括在直接连接到AC到DC转换器10或在AC到DC转换器10中一体形成的单个外壳中。
图2是示出了图1中所示的方框电路的电子部件的更详细的示意图。
在AC/DC转换器处提供DC输入电力，并且DC输入电力在图2被示出为符号+，其通常是+5V。由电容器28和30传递的电力确保了电力是平整的并且不带有任何短暂的电压窄脉冲。Torex部件32和34是集成的锂离子电池充电IC。一个这样的IC是Torex XC6801A4PR-G。这些器件的用途是监视在位置上与PCB分离的鞋垫电池的状态以及在被加热的鞋垫自身中的鞋垫电池的状态。IC32和34均是智能器件，所述智能器件检查每个电池的充电特性并且调整它们的输出电压以匹配与电池的容量和电池的化学特性相匹配的当前概况(profile)。此输出分别是IC32和34的管脚36。
电池状况被经由IC32和34的管脚38显示给用户，并且该管脚是开集器(open collector)类型的输出，并且在充电状态期间被下拉。电力被通过电阻器31供应到管脚38。低电平充电随后开启被指定为编号40的P通道FET Q1-B，其继而开启接下来的被指定为42的P通道FET Q1-A。Q1-A42上的低电平允许电流从使LED发光的LED44的阴极流出，并且通过电阻器46接收其电力。
IC32和34两者共享到Q1-B40的此连接，因为重要的是充电器器件32或34中的任一个能够在电池需要充电时激活充电LED指示器，或者充电器器件32或34中的仅一个这样做。一旦两个器件确定每一个电池被完全充电，它们就在它们的输出管脚36上呈现高电平，其随后被经由电阻器46拉动到+Power。
此节点上的高电平随后去激活Q1-B40，随后Q1-A，使得来自LED44的电流被中断，并且使得LED熄灭。熄灭的LED指示对两个鞋垫电池的充电完成。
部件48、50和52形成RC时间恒定，使得在充电期间IC32和34的输出处出现的小脉冲被忽略，并且仅DC状态指示LED状态的变化。
电容器54和56是DC存储电容器，使得当充电器并未连接到电池时，经由IC32和34将电容器充电到这样的点，在所述点中，IC32和34两者都认定电池存在并且被完全充电，因此当没有电池连接到***时关断LED。由于期望LED在没有连接电池时处于“关断”状态，在连接电池并且对电池进行充电时处于“开启”状态，并且在电池被完全充电时再次处于“关断”状态，这就由此实现。
图3是具有黑色的非编织底部层62和其上设置有PCB板63的绝缘泡沫层72的现有技术的鞋垫60的剖视图。PCB板控制加热器68。现有技术的IC64电路控制充电电池20，其与PCB板电路63相结合地通过导体70控制加热器68，以对鞋垫进行加热。在授予给Macher等人的美国专利8,074,373中描述了控制加热器68的PCB电路的使用，该专利的内容被并入在本文中。
尽管现有技术的图3是组合的锂和智能电路(IC)集成的单个单元66(20和64)，但应当理解的是，在鞋垫中包括的电池20可以与IC电路64分离。IC电路之间的电导体24和26以及鞋类中的插座将携带信号以对电池66进行充电，从而与PCB板63相结合地控制加热器68。
当使用在上述的图1和图2中所示的鞋的外侧的分离的IC电路进行利用时，用于鞋垫中的加热器垫的改进的位置上的组件的组合还增强了本发明的总体加热能力和整体效率。
图3中的现有技术的构造具有EVA泡沫鞋垫构件72，所述构件72位于先前描述的鞋垫结构的顶部上，从而热量总体上通过泡沫72从加热器68向上散发到位于EVA泡沫构件72的顶部上的足部(未示出)的脚掌的底部。现有技术结构的泡沫材料具有仅被少量压缩的大约5mm厚，从而当穿着鞋时层72的厚度大约是5mm。
图4中示出了对现有技术进行改进的第一实施例，其使得加热器68的位置更接近于位于泡沫72的顶部的足部的脚掌。在这个实施例中，凹槽74是在加热器68之上形成的EVA泡沫72，以最小化恰恰在加热器68的区域中的脚掌之下的泡沫。泡沫72被压缩到2-3mm并且优选是2mm。将EVA泡沫压缩到不超过3mm使得其密度更大，并且与现有技术相比导热性更好，从而将热量从加热器68传送到足部。额外地，大致为加热器68的大小的分离的绝缘构件76被增加在表面62和加热器68之间以确保使得热量向上。该额外的绝缘构件能够被增加的原因在于通过将泡沫层72压缩到2-3mm而节省出的空间。因此，在材料上减少了加热器68和足部的脚掌之间的泡沫72的厚度，同时泡沫72之下的绝缘物76减小了从加热器68向下损失的热量的量。
图5是可以分离设置或与图4的实施例结合地设置的加热器垫鞋垫结构的另一个实施例。在底部黑色非编织层62的顶部上和加热器68之下设置额外的绝缘层78，以进一步防止来自加热器68的热量向下逸出到鞋垫的底部。由于泡沫层72的厚度减小，因此就为实质上延长了鞋的长度的层78提供了空间。在这一点上，通过进一步防止热量逸出，使得更多的热量向上到达足部，从而提供了更有效的鞋垫加热***。
图6是在被加热的鞋垫中将更多的热量递送到足部的***的另一个实施例的立体视图。现有技术的单个的EVA泡沫垫72被修改为在两个部分(前部分80和后部分82)中形成。部分80和82是一体的，并且具有位于前部分和后部分之间的孔或凹槽84。传导垫86适配在孔84中。垫86是导热橡胶或类橡胶的材料。其为1或2mm厚。加热器68位于孔84中，并且在垫86之下。底部绝缘基层78(如图5中所示)具有在凹槽84中的基层78的顶部上放置的加热器68。传导垫材料86位于加热器68的顶部上，从而来自加热器的热量被直接携带到足部的脚掌，并且通过绝缘层78防止从加热器68向下逸出的热量消耗。这个结构以更有效的方式使得更多的热量向上到达脚掌的底部，从而减小电池66的电力耗用。泡沫72包括在图6中被标记为72a的小的部分。
本发明的优选实施例将加热器68放置在鞋垫的足部侧的2mm内。
可以在初始开启加热器68时通过具有提供高热量的初始突发的透平模式(turbo mode)来提供更加消费者友好的产品。此外，所述透平模式可以由用户手动重复地激活或者在***中自动地重复激活。当采用远程***来控制加热器68时，当被激活时的远程发送器可以针对***开始透平模式。
作为进一步的改进，PCB板上的电子***还可以包括在高热量和低热量之间循环热量控制，以更有效地利用能量并且最大化用户的舒适度。
对于改进泡沫EVA层的热传导性，可以压缩泡沫以使得其密度更大来改进热传导性或者使用硬质塑料而不是泡沫来提供绝缘和热传导性两者，从而使得热量更有效地到达穿着者的足部的底部。
已经相关于改进为主要用于户外的鞋类提供被加热的鞋垫的整体效率、安全性和经济性而描述了本发明。本发明的一个方面在于改进将热量传递到穿着者的足部，以便减少被浪费的热量，并且更有效地利用加热的垫的输出。这减少了功率消耗并且在总体上改进了加热单元的寿命和电池运行次数。
此外，本发明的一个重要方面在于通过将智能电路与锂电池分离(其不同于其中在鞋垫中将这样的元件组合为单个的单元的现有技术的结构)来最小化浪费。通过分离IC电路和电池，使得***获得了重要的改进。
在鞋垫的外侧执行与仅使得电连接到电池不同的IC充电功能。在***到墙壁的插座中的电力供应中或者在电力供应和电池之间的线缆中放置电子部件，所述电子部件具有智能来确定电池的充电状态，并且响应于正确的电压和电流来完全地且快速地对电池进行充电。
这样的***的优势在于：
·从鞋垫移除充电部件，其中充电部件要经历热量累积，并且行走的重复的机械压力意味着充电器将持续的更长。
·通过单独替换充电器而不是整个产品，就可以修复充电器电路故障。
·鞋垫结构中的更少的电子部件意味着鞋垫将持续的更长。
·容易升级，更快、更长的持续充电等，其能够被通过改变充电器来实现。在先前，包括两个鞋垫和充电器电力供应的整个产品需要被升级。
·改进的能源效率：一个LED指示充电状态，并且当鞋垫未被充电时，此LED关断。
·更大的充电器PCB区域允许更好的ESD(静电放电)保护和绝缘。
·可以针对各种AC和DC输入电压来修改外部充电器以用于更广泛的全球使用。
应当注意的是，描述了优选实施例来提供对本发明的主旨及其实际应用的最佳的说明，从而使得本领域一般技术人员能够在各个实施例以及适合于所构思的具体使用的各个修改例中利用本发明。当根据法律上相当并且权利上等同的幅度内，所有这样的修改和变更在由所述权利要求确定的本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种用于在鞋垫中携带的扁平电池的充电***，以对鞋的鞋垫进行加热，所述充电***包括：
位于所述鞋垫的外侧的智能电路，用于通过监视电池的充电状态来控制对所述电池的充电，并且提供电流和电压来对所述电池进行充电；
所述智能电路具有输入，所述输入用于接收DC输入电压；
所述智能电路包括输出电导体，所述输出电导体用于将充电电压和电流传送到所述电池；
位于所述鞋垫内的所述电池；以及
在所述鞋中的电插座，所述电插座连接到所述导体和所述电池，以将所述充电电压和电流传送到所述电池。
2.如权利要求1所述的充电***，其中所述导体将监视信息从所述电池传送到所述智能电路。
3.如权利要求1所述的充电***，其中由AC到DC转换器生成所述DC输入电压，所述智能电路被形成为与所述AC/DC转换器集成的组件。
4.如权利要求1所述的充电***，其中所述模块包括两个电导体，一个针对一双鞋中的每一只鞋。
5.如权利要求1所述的充电***，其中所述充电***包括LED以在所述电池需要充电时进行指示。
6.如权利要求1所述的充电***，其中所述LED在一双鞋中的任一个电池需要充电时进行指示。
7.如权利要求1所述的充电***，其中所述电池连接到加热器来提供所述热量，其中所述鞋垫包括位于所述电池和所述鞋的穿着者的足部之间的泡沫层。
8.如权利要求7所述的充电***，其中当所述泡沫被压缩时，位于所述加热器和所述足部的脚掌之间的所述泡沫层的厚度大约为两毫米。
9.如权利要求7所述的充电***，其中当所述泡沫被压缩时，位于所述加热器和所述足部的脚掌之间的所述泡沫层的厚度大约为三毫米。
10.如权利要求7所述的充电***，其中所述鞋垫包括位于所述泡沫层之下的绝缘层。
11.如权利要求7所述的充电***，其中所述泡沫层具有通过间隙分离的前部分和后部分，并且导热层位于所述间隙中，所述加热器位于所述导热层之下。
12.如权利要求11所述的充电***，还包括位于所述加热器之下的用于延长所述前部分和后部分的长度的绝缘层。
13.一种用于鞋的被加热的鞋垫的鞋垫组件，在所述鞋垫组件中，所述鞋垫包括加热器、与所述加热器相连接的电池，其中所述电池通过控制电路连接到所述加热器，所述控制电路用于控制所述加热垫的加热，所述鞋垫组件包括位于所述加热器和所述鞋的鞋垫之间的分离的绝缘构件。
14.如权利要求13所述的鞋垫组件，其中所述鞋垫包括位于穿着者的足部之下的泡沫构件，所述泡沫构件包括用于容纳热传导顶层的孔，所述加热器位于所述热传导顶层之下，并且绝缘底层位于所述加热器之下。
15.如权利要求14所述的鞋垫组件，还包括位于所述加热器之下的绝缘层。
16.如权利要求14所述的鞋垫组件，其中所述泡沫构件被压缩为在厚度上不超过大约2毫米。
17.如权利要求14所述的鞋垫组件，其中所述泡沫构件被压缩为在厚度上不超过大约3毫米。
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