自电荷激励摩擦发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种自电荷激励摩擦发电机，包括TENG，所述TENG具有第一电极和第二电极，覆盖在第一电极和/或第二电极上的绝缘介电膜，其特征在于：还包括有二极管和电容构成的自倍压整流电路和对自倍压整流电路进行稳压调控的稳压调控电路，所述主TENG第一电极和第二电极分别连接在自倍压电路的两对角输入端。本发明专利技术的自电荷激励摩擦发电机设计新颖合理，结构简单、成本低廉。由于自倍压结构的设计，使得发电机能快速的产生高激励电压和快速的电荷累积，即使绝缘介电膜较厚时也能很快的在电极上产生大电荷密度。

Self-Charge Excited Friction Generator

The invention relates to a self-charge excitation friction generator, including TENG, which has a first electrode and a second electrode covered with an insulating dielectric film on the first electrode and/or the second electrode. Its characteristics include a self-doubling rectifying circuit consisting of a diode and a capacitor and a voltage stabilizing and regulating circuit for the self-doubling rectifying circuit, and the main TENG first electrode. The second electrode is connected to the two diagonal input terminals of the self-doubling circuit, respectively. The self-charge excitation friction generator of the invention has novel and reasonable design, simple structure and low cost. Because of the design of self-doubling structure, the generator can quickly generate high excitation voltage and fast charge accumulation, even when the dielectric film is thicker, it can quickly generate large charge density on the electrode.

【技术实现步骤摘要】
自电荷激励摩擦发电机
本专利技术涉及摩擦纳米发电领域，具体的是一种自电荷激励摩擦发电机(SCE-TENG)。
技术介绍
基于摩擦电效应的摩擦纳米发电机(TENG)被广泛用来收集诸如振动、滑动、转动、风能、水能、甚至声音等环境机械能量以满足社会对能源的需求。TENG的实际应用和商业化进程很大程度上受制与其当前较低的输出功率，而摩擦纳米发电机的输出功率与其摩擦面电荷密度成二次正比关系，因此，对于传统的摩擦纳米发电机，大量的工作例如:材料选择，接触改善，材料表面修饰，离子注入和环境控制等，都在致力于改善TENG的摩擦面电荷密度以期望获得更大的输出功率，然而受制与环境与稳定性，都很难实现大面电荷密度的同时可以进行广泛的实际应用。因此，有必要专利技术一种新结构的摩擦纳米发电机来在大气环境中获得高的面电荷密度，从而实现更广泛和更有效的能量收集与应用。在中国专利技术专利申请CN201710214174中公开了一种摩擦纳米发电机的能量管理电路和能量管理方法，能量管理电路包括：脉冲电流控制开关、中间储能元件和目标储能元件，其中，脉冲电流控制开关，用于在所述摩擦纳米发电机的两个相对运动部分的移动使摩擦纳米发电机的两个电极层之间产生感应静电荷后，瞬时接通所述两个电极层产生瞬间脉冲电流；中间储能元件，用于存储所述瞬间脉冲电流的电能；目标储能元件，用于存储所述中间储能元件输出的电能。该脉冲电流控制开关的设置克服摩擦纳米发电机的输出电流小的缺点，输出瞬时脉冲大电流，提高了瞬时输出功率，通过引入具有感抗特性的元件作为能量转换和存储过程的中介来实现摩擦纳米发电机TENG的高效能量存储。然而该方案提供的电荷密度和交流输出能力依然是有限的。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供了一种能在大气环境中获得高电荷密度的自电荷激励摩擦发电机。本专利技术的技术方案如下：一种自电荷激励摩擦发电机，包括TENG，所述TENG具有第一电极和第二电极，覆盖在第一电极和/或第二电极上的绝缘介电膜，其特征在于：还包括有二极管和电容构成的自倍压整流电路和对自倍压整流电路进行稳压调控的稳压调控电路，所述主TENG第一电极和第二电极分别连接在自倍压电路的两对角输入端。本专利技术的TENG在工作过程中，依靠电极在接触分离中导致自倍压整流电路中电容组串并联状态的自动切换，实现了主TEGN中的电荷增加，在回路中产生一个交流输出。其具体工作原理将结合实施例予以详细说明。本专利技术的优选技术方案如下：优选地，所述稳压调控调控电路包括稳压二极管或三极管控制系统。优选地，在所述第一电极和第二电极与各自对应连接的自倍压电路输入端之间设有开关，所述开关可以切换自倍压电路输入端与第一电极和第二电极之间的连接关系。优选地，所述发电机还包括基板，其安装在第一电极和第二电极外侧，所述所述基板和第一、第二电极中的一个电极之间还设置有复合液体软垫。优选地，所述复合液体软垫由层叠在一起的液体软垫，弹性聚氨酯泡棉层和柔性硅胶层组成，其中液体软垫由密闭橡胶壳和其内部填充的液体构成，弹性聚氨酯泡棉和柔性硅胶邵氏硬度为5-45Psi。优选地，所述绝缘介质膜的尺寸大于电极的尺寸。优选地，所述第一和第二电极的材料是金属或者石墨、导电聚合物、非金属导电材料。优选地，所述绝缘介电膜是塑料膜或晶体膜。优选地，所述自倍压电路中电容和整流二极管元件漏电流之和小于自电荷激励摩擦发电机的平均电流。这样可以实现有效的自电荷累积。优选地，所述基板为硬质绝缘材料或带金属基底的硬质绝缘复合材料。本专利技术还提供了一种包含上述的自电荷激励摩擦发电机的设备，设备包括：便携式电子充电设备、置于环境中收集机械能的吸能装置(例如：所述吸能装置为鞋底、自电荷路面、轮胎、鼠标或者键盘)或者自驱动环境监测装置(例如：所述监测装置为液体泄漏监测装置自电荷或者结构突变监测装置)。本专利技术的有益效果是：本专利技术的自电荷激励摩擦发电机设计新颖合理，结构简单、成本低廉。由于自倍压结构的设计，使得发电机能快速的产生高激励电压和快速的电荷累积，即使绝缘介电膜较厚时也能很快的在电极上产生大电荷密度；采用自倍压电路中电容组作为电荷存储电容可以有效简化结构和降低成本。在一些实施例中，二极管和三极管的增加能稳定和控制激励电压，从而实现对发电机输出的调控；复合液体软垫的使用可以有效改善电极和绝缘介电膜间的接触从而增加有效电荷密度。自电荷激励摩擦发电机在大气环境中具高的输出电荷密度，使其具有极大的潜力在驱动大的电子设备，有效的低频能量收集，大尺寸的应用和大功率自供能系统等方面。附图说明图1是本专利技术实施例的示意图；图2是本专利技术另一实施例的示意图；图3A-E是本专利技术实施例的工作流程示意图；图4A-I是本专利技术实施例实施效果图。图5是本专利技术实施例的电压输出效果图。具体实施方式下面结合实施例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术的
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。一种自电荷激励摩擦发电机，采用图1所示结构：TENG包括一个金属上电极2，金属下电极3和覆盖于一个电极上的或者两个电极都覆盖有的绝缘介电膜4；所述自电荷激励系统包括一个自倍压整流电路和对自倍压整流电路稳压调控的三极管控制系统6组成，所述自倍压整流电路由电容7和整流二极管8组成；所述主TENG和液体软垫安置在两块硬质绝缘基板9之间。所述复合液体软垫置于硬质绝缘基板9之上，下电极之下以改善主TENG电极和绝缘介电膜之间的接触。其中，上下基板9为长、宽、厚分别为45mm、45mm、4mm的亚克力板。对于TENG的金属电极2和3分别是铜电极和铝电极，面积约为10cm2，长宽都为32mm，倒5mm半径圆角；介电膜4采用9微米厚的聚酰亚胺膜，其长宽为40mm。柔性硅胶11型号为ecoflex-20；液体软垫采用1mm厚商业硅橡胶板12粘接封装“PEG-200”13而成，总厚3mm，长宽和亚克力基板9相同；2mm厚的泡棉10为20Psi聚氨酯泡棉，长宽和液体软垫相同。对于自电荷激励系统，整流二极管8型号为1N4007，瓷片电容7为10nF，采用了3个自倍压整流单元。在自倍压整流电路上还并联有三极管控制系统6，用于避免电压过高，将绝缘膜击穿。在自倍压整流电路和TENG的电极之间还设置有一个切换开关1，其可以切换两个输出端和两个电极之间的连接关系。采用上述方案，本专利技术的自电荷激励式结构设计使得发电机在接触分离驱动方式下以指数增加的速度，快速地产生远大于传统TENG的高电荷密度和交流输出，且具有一个简单的结构。在实施例中，泡棉通过金手指双面胶固定在液体软垫上，液体软垫通过金手指双面胶带固定在亚克力基板11上。柔性硅胶利用自身粘附性能粘附在泡棉上，电极3粘附在柔性硅胶上。聚酰亚胺膜边缘通过金手指胶带粘接固定从而附着在铝电极3上，与电极3中心对齐。电极2通过金手指双面胶带固定在亚克力基板11上。在上述方案中，弹性聚氨酯泡棉和柔性硅胶邵氏硬度为5-45Psi。为了测试发电机的输出性能，用直线电机在简谐振动模式下驱动发电机，同时用吉时利静电计(Keithley6514)和吉时利七位半台式万用表(KeithleyDMM7510)测量发电机输出性能。如图4A-I所示的，TENG面积为10cm2时的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自电荷激励摩擦发电机，包括TENG，所述TENG具有第一电极和第二电极，覆盖在第一电极和/或第二电极上的绝缘介电膜，其特征在于：还包括有二极管和电容构成的自倍压整流电路和对自倍压整流电路进行稳压调控的稳压调控电路，所述主TENG第一电极和第二电极分别连接在自倍压电路的两对角输入端。

【技术特征摘要】
1.一种自电荷激励摩擦发电机，包括TENG，所述TENG具有第一电极和第二电极，覆盖在第一电极和/或第二电极上的绝缘介电膜，其特征在于：还包括有二极管和电容构成的自倍压整流电路和对自倍压整流电路进行稳压调控的稳压调控电路，所述主TENG第一电极和第二电极分别连接在自倍压电路的两对角输入端。2.根据权利要求1所述的自电荷激励摩擦发电机，其特征在于：所述稳压调控调控电路包括稳压二极管或三极管控制系统。3.根据权利要求1或2所述的自电荷激励摩擦发电机，其特征在于：在所述第一电极和第二电极与各自对应连接的自倍压电路输入端之间设有开关，所述开关可以切换自倍压电路输入端与第一电极和第二电极之间的连接关系。4.根据权利要求1或2所述的自电荷激励摩擦发电机，其特征在于：所述发电机还包括基板，其安装在第一电极和第二电极外侧，所述所述基板和第一、第二电极中的一个电极之间还设置有复合液体软垫。5.根据权利要求4所述的自电荷激励摩擦发电机，其特征在于：所述复合液体软垫由层叠在一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡陈果，刘文林，王中林，郭恒宇，
申请(专利权)人：重庆大学，北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50