基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统。包括：摩擦发电机、整流模块、控制电路模块、开关电路和互感线圈，摩擦发电机、整流模块、开关电路和互感线圈依次串联连接，控制电路模块与整流模块、开关电路连接，整流模块将摩擦发电机产生的交流电能信号进行整流处理，输出直流电能信号；控制电路模块检测输出的直流电能信号的峰值，当该峰值达到设定的阈值时，通过开关闭合控制信号控制开关电路中的开关闭合；互感线圈当开关闭合后，利用LC振荡接收所述摩擦发电机内部的电容转移过来的电能，并将电能转移到能量存储单元。本发明专利技术系统可实现摩擦发电机最大化输出，实现摩擦发电机产生电能到电能存储单元的高效率转移。

Energy management system for friction generator based on LC oscillation

The present invention provides an energy management system suitable for a friction generator based on the LC oscillation. Including: friction generator, rectifier module, control module, switch circuit and transformer coil, friction generator, rectifier module, switch circuit and transformer coil connected in series, the control circuit module and rectifier module, connection switch circuit, rectifier module friction generator to generate the alternating current signal of rectifier, DC power output signal DC control circuit module; the output of the detection signal peak, when the peak value reaches a threshold value, the switch is closed by a switch control signal to control the switch in the circuit is closed; when the switch is closed after the mutual inductance coil, receiving the friction capacitance inside the generator transferred by LC oscillation power, and power can be transferred to the energy storage unit. The system of the invention can realize maximum output of the friction generator and realize the high-efficiency transfer of the electric energy generated by the friction generator to the electric energy storage unit.

【技术实现步骤摘要】
基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统
本专利技术涉及摩擦发电
，尤其涉及一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统。
技术介绍
从生活环境中采集能量，被广泛视为实现绿色能源和能源可持续发展的有效途径，将有望在无线传输系统、植入式医疗器件乃至消费类电子的供能中发挥重要作用。基于摩擦起电与静互感线圈应原理，通过简单低成本的加工制备的微型摩擦发电机可以完成对周围环境机械能的高效率采集，实现高输出功率密度和能量转换效率。但现有摩擦发电机的输出具有高输出电压、低输出电流的特点，使得能量转换变得极其困难，从而限制了其实际应用价值。目前，典型的摩擦发电机的能量管理电路主要由整流桥完成交直流转换、变压器实现降压和稳压管实现稳压。根据作用方式不同，摩擦发电机主要分为两大类：接触分离式和平面滑动式。除了平面滑动式在相同频率作用下能输出稳定的类似正弦信号外，大多数发电机输出的为频率不稳的脉冲信号，这种特点使得绝大多数电能在用变压器降压的过程中损失掉，从而降低整个能量管理系统的能量转换效率，极大地限制了摩擦发电机的实用价值。若直接用摩擦发电机向电能存储单元(如电容)充电，则由于摩擦发电机内部电容影响，电能存储效率随着存储电容值的增大会急剧地下降。虽然使用电容式变压器能够对不同频率的摩擦信号实现很好的适应与兼容，但对应的开关的数量会随着发电机阵列的增加而指数式增长，且机械开关的使用会极大增加能量管理单元的复杂性，不利于能量管理单元的小型化与集成化。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统，以实现有效地利用摩擦发电机所产生的电能。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统，包括：摩擦发电机、整流模块、控制电路模块、开关电路和互感线圈，所述摩擦发电机、整流模块、开关电路和互感线圈依次串联连接，所述控制电路模块与所述整流模块、开关电路连接，所述开关电路中的开关初始处于断开状态；所述摩擦发电机，用于将外界机械能转换为电能，并产生交流电能信号，将所述交流电能信号传输给整流模块；所述整流模块，用于对接收到的交流电能信号进行整流处理，输出直流电能信号；所述控制电路模块，用于检测所述整流模块输出的直流电能信号的峰值，当该峰值达到设定的阈值时，产生开关闭合控制信号，通过该开关闭合控制信号控制开关电路中的开关闭合；所述互感线圈，用于当所述开关电路中的开关闭合后，利用与所述摩擦发电机内部的电容之间的LC振荡，接收所述摩擦发电机内部的电容转移过来的电能。进一步地，所述系统还包括：能量存储单元：所述互感线圈，用于包括互相隔离的初级线圈和次级线圈，通过初级线圈接收所述摩擦发电机内部的电容转移过来的电能，并通过次级线圈将电能转移到所述能量存储单元；所述能量存储单元，用于通过二极管与所述互感线圈相连，利用内部的存储电容与所述互感线圈之间的LC振荡，接收并存储所述互感线圈的次级线圈转移过来的电能。进一步地，所述整流模块包括半波整流电路、全波整流电路或者桥式整流电路。进一步地，所述控制电路模块包括比较器、逻辑电路和/或信号发生器。进一步地，所述开关电路中的开关为机械开关、三极管或者MEMS开关。进一步地，所述互感线圈包括分立互感线圈或者耦合互感线圈，所述互感线圈的电感值为1μH-1H。进一步地，所述能量存储模块包括储能电容、储能电容、锂电池和/或超级电容器的并联组合。进一步地，所述控制电路模块与所述能量存储模块连接，所述能量存储模块对所述控制电路模块提供电源。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例的系统通过利用LC振荡原理，可实现摩擦发电机最大化输出，通过控制电路单元与开关的搭配使用，能够从摩擦发电机中获取最大能量，可实现摩擦发电机产生电能到电能存储单元的高效率转移，最大化利用摩擦发电机所产生的电能，能明显提高摩擦发电机的实用价值。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统的结构图；图2为本专利技术实施例提供的能量管理系统的一种电路组成方式；图3为使用本专利技术实施例的能量管理系统的交流到恒定电压转换效率示意图；具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本专利技术实施例提供了一种基于LC振荡原理，实现摩擦发电机输出高效率能量管理单元。基于摩擦发电机是一个变电容式器件的特点，首先获取在一个工作周期中，摩擦发电机内部电容上存储的最大电量，利用控制电路通断，实现摩擦发电机的最大能量输出循环。其次采用互感线圈与发电机内部电容形成LC回路，并通过控制电路精确控制电路接通时机，使得在一个工作周期中，摩擦发电机存储在内部电容上的电能能够完全转移到互感线圈上。在此之后，再通过控制电路实现互感线圈到能量存储单元间的电能转移。通过以上过程，实现摩擦发电机的高效率能量管理。实施例一下面结合附图1-图2阐述本专利技术提供的基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统的构成及工作原理。图1为本专利技术实施例提供的一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统的结构图，本系统由摩擦发电机、整流模块、控制电路模块、开关电路、互感线圈与能量存储单元构成。所述摩擦发电机、整流模块、开关电路和互感线圈依次串联连接，所述控制电路模块与所述整流模块、开关电路连接，所述开关电路中的开关初始处于断开状态。所述摩擦发电机，用于将外界机械能转换为电能，并产生交流电能信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统，其特征在于，包括：摩擦发电机、整流模块、控制电路模块、开关电路和互感线圈，所述摩擦发电机、整流模块、开关电路和互感线圈依次串联连接，所述控制电路模块与所述整流模块、开关电路连接，所述开关电路中的开关初始处于断开状态；所述摩擦发电机，用于将外界机械能转换为电能，并产生交流电能信号，将所述交流电能信号传输给整流模块；所述整流模块，用于对接收到的交流电能信号进行整流处理，输出直流电能信号；所述控制电路模块，用于检测所述整流模块输出的直流电能信号的峰值，当该峰值达到设定的阈值时，产生开关闭合控制信号，通过该开关闭合控制信号控制开关电路中的开关闭合；所述互感线圈，用于当所述开关电路中的开关闭合后，利用与所述摩擦发电机内部的电容之间的LC振荡，接收所述摩擦发电机内部的电容转移过来的电能。

【技术特征摘要】
1.一种基于LC振荡的适用于摩擦发电机的能量管理系统，其特征在于，包括：摩擦发电机、整流模块、控制电路模块、开关电路和互感线圈，所述摩擦发电机、整流模块、开关电路和互感线圈依次串联连接，所述控制电路模块与所述整流模块、开关电路连接，所述开关电路中的开关初始处于断开状态；所述摩擦发电机，用于将外界机械能转换为电能，并产生交流电能信号，将所述交流电能信号传输给整流模块；所述整流模块，用于对接收到的交流电能信号进行整流处理，输出直流电能信号；所述控制电路模块，用于检测所述整流模块输出的直流电能信号的峰值，当该峰值达到设定的阈值时，产生开关闭合控制信号，通过该开关闭合控制信号控制开关电路中的开关闭合；所述互感线圈，用于当所述开关电路中的开关闭合后，利用与所述摩擦发电机内部的电容之间的LC振荡，接收所述摩擦发电机内部的电容转移过来的电能。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：能量存储单元：所述互感线圈，用于包括互相隔离的初级线圈和次级线圈，通过初级线圈接收所述摩擦发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海霞，程晓亮，缪立明，宋宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11