一种集成三种发电方式的振动能量收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种集成三种发电方式的振动能量收集装置，属于微能源系统的能量转化领域；包括管外壳、管内壁、折纸发电单元、叉指发电单元、电磁发电单元、永磁体和内电路；管内壁同轴安装于管外壳内，在管外壳和管内壁之间形成环形间隙；永磁体同轴放置于管内壁内，永磁体能够沿轴向在管内壁内运动；通过永磁铁在管内的运动充当质量块，使折纸发电单元产生变形，进而影响电荷分布产生输出电压；使永磁体上充以图形化电荷的驻极体薄膜与叉指发电单元产生位移，进而影响电荷分布产生输出电压；永磁体产生磁场使切割磁感线，电磁发电单元输出电压。本发明专利技术集成三种发电方式的振动能量收集装置安装方便，尺寸较小，内部发电结构弹性较好，发电效率高。发电效率高。发电效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种集成三种发电方式的振动能量收集装置


[0001]本专利技术属于微能源系统的能量转化领域，具体涉及一种集成三种发电方式的振动能量收集装置。

技术介绍

[0002]随着无线传感网络在便携式电子产品等领域的广泛应用，其器件要求使用寿命相对较长且分布广泛，更换电池或采用电力线供电显得不切实际，这就对器件的电源供应提出了新的挑战。从环境中收集已存在的机械能量的方法逐渐成为自供电微机电系统的电源系统方案，这种方式也更有利于微机电系统的进一步微型化。可将自然环境广泛存在的如风能、水力能量转换为可以带动发电机工作的旋转运动能量。
[0003]最近，柔性压电，摩擦电或驻极体发电机已经被开发出来以解决以上问题。拥有易于制造，低成本，高转换效率和环保无化学处理等优点，能适合众多复杂环境，且能与无线电子器件融合，因此有着广泛的应用前景。
[0004]经过对现有技术的检索发现，M Geisler等人在“Human-motion energy harvester for autonomous body area sensors”(Smart Mater.Struct.26(2017)035028(12pp))(中文题目：“用于自主身体区域传感器的人体运动能量采集器”国际期刊：智能材料与结构)文章中报道了一种电磁式管状振动能量收集装置，在装置两端，贴有反磁铁使管中运动磁铁处于悬浮状态，装置基于电磁感应原理收集环境中的振动能量。从一个适度的“人类运动”刺激下，一个装置能够在阻性负载下传输平均4.95mW的电力。虽然装置在两端加入了反磁铁结构，增强了磁铁运动的稳定性和提高了磁铁的运动速度。但是由于只是采用了单一的一种发电方式，所以说降低了能量转化效率，其输出功率相对较小。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题：
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种集成三种发电方式的振动能量收集装置，集成了三种发电方式。当装置受到外界振动时，永磁体会在内部进行运动产生相对位移，折纸发电单元，叉指发电单元，电磁发电单元会分别产生持续的输出电压，将机械能转换为电能。纸发电单元，叉指发电单元发电原理基于驻极体的薄膜摩擦/静电感应原理。电磁发电单元基于电磁感应原理。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种集成三种发电方式的振动能量收集装置，其特征在于：包括管外壳、管内壁、折纸发电单元、叉指发电单元、电磁发电单元、永磁体和内电路；所述管内壁同轴安装于管外壳内，形成两端封闭的中空圆柱结构，在管外壳和管内壁之间形成环形间隙；所述折纸发电单元、叉指发电单元、电磁发电单元由内电路集成置于管内；所述永磁体同轴放置于管内壁内，两者之间为间隙配合，永磁体能够沿轴向在管内壁内运动；
[0008]两个所述折纸发电单元的一端分别固定于所述管内壁的两端内壁上，另一端均为自由端，通过永磁体沿轴向运动交替压缩两端的折纸发电单元，使折纸发电单元产生变形，
进而影响电荷分布产生输出电压；
[0009]所述叉指发电单元的叉指电极设置于管外壳和管内壁之间的环形间隙内，以聚酰亚胺为基底，铜为电极，是具有指状或梳状的面内有周期性图案的电极；所述永磁体外表面上充以图形化电荷的驻极体薄膜作为另一电极，通过轴向运动与叉指发电单元产生位移，进而影响电荷分布产生输出电压；
[0010]所述电磁发电单元由永磁铁和缠绕在管外壳的外周面上的多匝铜丝组成，通过所述永磁体产生的磁场切割磁感线，电磁发电单元输出电压。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述折纸发电单元是由两个矩形长条结构的柔性电极反复交叉折叠形成的三维弹性结构，其中一条是底电极，另一条是对电极。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述折纸发电单元的底电极是电镀铜薄片/聚酰亚胺/电镀铜薄片组成的三层复合结构，是通过工业压延而成的折纸结构；所述折纸发电单元的对电极是驻极体/电镀铜薄片/聚酰亚胺/电镀铜薄片/驻极体五层复合结构，是在所述底电极三层复合结构的基础上，将驻极体薄膜通过化学覆盖，覆盖到其两侧表面形成的复合结构。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述管外壳和管内壁之间的间隙为1mm。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述驻极体薄膜为派瑞林Parylene或特氟龙Teflon，采用化学气象沉积、旋涂、深涂、浇灌的方法覆盖到柔性衬底电极上。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述驻极体薄膜的荷电植入方法为采用电晕充电，电子束辐射方式完成驻极体偶极子预注入。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述电磁发电单元中铜丝组为500匝铜线圈。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：所述永磁铁为圆柱形，直径18mm，长度20mm。
[0018]本专利技术的进一步技术方案是：所述叉指发电单元中永磁体表面的驻极体薄膜，采用旋转电荷注入方式，实现图形化的电荷注入。
[0019]有益效果
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出一种集成三种发电方式的振动能量收集装置，包括管外壳，管内壁，折纸发电单元，叉指发电单元，电磁发电单元，永磁铁，内电路。通过永磁铁在管内的运动充当质量块，使折纸发电单元产生变形，进而影响电荷分布产生输出电压；使永磁体上充以图形化电荷的驻极体薄膜与叉指发电单元产生位移，进而影响电荷分布产生输出电压；永磁体产生磁场使切割磁感线，电磁发电单元输出电压。本专利技术集成三种发电方式的振动能量收集装置具有安装方便，尺寸较小，内部发电结构弹性较好，发电效率高等特点。本专利技术可广泛用于收集各频段振动频率。本专利技术所述的发电机发的电能可用作驱动指示灯或为储能元件供电。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的集成三种发电方式的振动能量收集装置具有以下几个优点：
[0022]1.本专利技术所述的集成三种发电方式的振动能量收集装置的内部集成了两种发电方式分别为三种不同的能量采集单元，较单一的能量采集装置，如电磁发电高电流、低阻抗，静电发电高电压、低电流的难点，实现不同能量采集单元间的优缺互补，实现高电压、高电流的特点，能量捕获效率高。
[0023]2.本专利技术所述的永磁体结构充当三个发电单元的主要部件，在电磁发电单元永磁
体产生磁场，在叉指发电单元永磁体覆有经特有旋转电荷注入方式充以叉指状图形化电荷的驻极体薄膜充当另一电极，在折纸发电单元充当质量块对折纸进行冲击。是三种发电方式联动，避免了需要不同产生激励的方式。集成三种发电方式的振动能量收集装置体积较小、结构易于制作、质量轻便，易于安装，克服了传统的大型波浪能发电装置安装困难，结构复杂的问题。
[0024]3.本专利技术所述的集成三种发电方式的振动能量收集装置可以采集各种频段的振动信号。可应用于多种领域，可穿戴设备的供电，海洋预警传感器供电，采集人体运动和海洋波浪等所产生的的振动能量。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一种集成三种发电方式的振动能量收集装置二分之一剖视图。
[0026]图2为集成三种发电方式的振动能量收集装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成三种发电方式的振动能量收集装置，其特征在于：包括管外壳、管内壁、折纸发电单元、叉指发电单元、电磁发电单元、永磁体和内电路；所述管内壁同轴安装于管外壳内，形成两端封闭的中空圆柱结构，在管外壳和管内壁之间形成环形间隙；所述折纸发电单元、叉指发电单元、电磁发电单元由内电路集成置于管内；所述永磁体同轴放置于管内壁内，两者之间为间隙配合，永磁体能够沿轴向在管内壁内运动；两个所述折纸发电单元的一端分别固定于所述管内壁的两端内壁上，另一端均为自由端，通过永磁体沿轴向运动交替压缩两端的折纸发电单元，使折纸发电单元产生变形，进而影响电荷分布产生输出电压；所述叉指发电单元的叉指电极设置于管外壳和管内壁之间的环形间隙内，以聚酰亚胺为基底，铜为电极，是具有指状或梳状的面内有周期性图案的电极；所述永磁体外表面上充以图形化电荷的驻极体薄膜作为另一电极，通过轴向运动与叉指发电单元产生位移，进而影响电荷分布产生输出电压；所述电磁发电单元由永磁铁和缠绕在管外壳的外周面上的多匝铜丝组成，通过所述永磁体产生的磁场切割磁感线，电磁发电单元输出电压。2.根据权利要求1所述集成三种发电方式的振动能量收集装置，其特征在于：所述折纸发电单元是由两个矩形长条结构的柔性电极反复交叉折叠形成的三维弹性结构，其中一条是底电极，另一条是对电极。3.根据权利要求1所述集成三种发电方式的振动能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶凯，曹勇琪，陈振生，王一炜，赵哲，张健，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：