振动能量收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种振动能量收集装置，包括：第一摩擦纳米发电机、第二摩擦纳米发电机、整流桥以及电容，其中，所述整流桥连接在所述第一摩擦纳米发电机与所述电容之间，所述电容与所述第二摩擦纳米发电机相连接，在振动能量作用下所述第一摩擦纳米发电机产生的交流输出经所述整流桥后转化为直流输出，并为所述电容注入电荷，所述第二摩擦纳米发电机在所述振动能量作用下的工作会使得电荷在所述第二摩擦纳米发电机与所述电容之间穿梭。在环境宽频振动激励的作用下，使得其中的第一摩擦纳米发电机与第二摩擦纳米发电机的摩擦薄膜层与摩擦电极之间不断发生碰撞，产生非线性特征，使其可高效收集宽频带的振动能量，将环境中随机宽频带的振动能量转化为电能。频带的振动能量转化为电能。频带的振动能量转化为电能。

Vibration energy collection device

【技术实现步骤摘要】
振动能量收集装置


[0001]本专利技术本专利技术涉及能量收集领域，具体涉及了一种具有宽频带高性能的振动能量收集装置。

技术介绍

[0002]随着无线传感器网络的迅速发展，环境能量收集可以取代传统的电池或电线供电并有望成为主要能量供给方式。振动能是环境中分布最广的能量，在机械设备、建筑结构、水波、微风以及我们的日常活动随处可见。静电、电磁和压电等三种传统的能量转换机制可以将环境振动能量转换为有用的电能。
[0003]然而，这些传统的振动能量收集器只能在窄频率下工作，严重限制了其在随机和宽频带振动能量收集方面的实际应用。另一方面，摩擦纳米发电机作为一种新的能量收集技术，可通过反复接触和分离产生能量，导致固有的非线性特征。这一特征导致摩擦纳米发电机的宽带振动能量收集优于传统的振动能量收集器。但目前摩擦纳米发电机仅具有一个止动块，导致其带宽仍然较窄。此外，摩擦纳米发电机的表面电荷密度低，大大降低了它们在宽带振动能量收集中的能量输出。因此，需要开发出一种具有宽频带高输出性能的振动能量收集器以解决目前振动能量收集器收集频带窄、输出性能低的诸多弊端。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有振动能量收集器中存在的上述问题，提供具有宽频带高性能的振动能量收集装置，可以有效收集环境中的宽频带振动能量并进行高效能量输出。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种振动能量收集装置，包括：第一摩擦纳米发电机、第二摩擦纳米发电机、整流桥以及电容，其中，所述整流桥连接在所述第一摩擦纳米发电机与所述电容之间，所述电容与所述第二摩擦纳米发电机相连接，在振动能量作用下所述第一摩擦纳米发电机产生的交流输出经所述整流桥后转化为直流输出，并为所述电容注入电荷，所述第二摩擦纳米发电机在所述振动能量作用下的工作会使得电荷在所述第二摩擦纳米发电机与所述电容之间穿梭。
[0006]优选的，所述第一摩擦纳米发电机由层叠设置在中心支撑件下表面第一电极、第一摩擦薄膜以及设置在周边支撑件上的第一摩擦电极组成，所述第一摩擦薄膜及第一摩擦电极面对面设置；
[0007]所述第二摩擦纳米发电机由设置在所述周边支撑件上的第二摩擦电极，层叠设置在中心支撑件上表面的第二摩擦薄膜、第二电极组成，第二摩擦薄膜及第二摩擦电极面对面设置；在所述振动能量激励作用下，所述周边支撑件相对所述中心支撑件振动，所述第一摩擦薄膜和第一摩擦电极、第二摩擦薄膜和第二摩擦电极依次发生接触分离。
[0008]优选的，所述中心支撑件进行固定，在所述周边支撑件上设置弹簧，实现所述周边支撑件相对中心支撑件的振动。
[0009]优选的，所述周边支撑件相对中心支撑件的振动幅度可以在0.1mm
‑
8mm范围。
[0010]优选的，所述振动幅度在0.1mm
‑
2mm。
[0011]优选的，所述电容的容量和所述第二摩擦纳米发电机的电容相当。
[0012]优选的，所述电容的容量范围为0.68nF
‑
10nF。
[0013]优选的，所述中心支撑件下表面与所述第一电极之间设置第一缓冲层；和/或，所述中心支撑件上表面与所述第二电极之间设置第二缓冲层；
[0014]优选的，所述第一缓冲层和第二缓冲层的材料为弹性绝缘材料。
[0015]本专利技术的技术方案与现有技术相比，有下列优点：
[0016]本专利技术公开的振动能量收集装置，包括第一摩擦纳米发电机、第二摩擦纳米发电机、整流桥及电容。在环境宽频振动激励的作用下，使得其中的第一摩擦纳米发电机与第二摩擦纳米发电机的摩擦薄膜层与摩擦电极之间不断发生碰撞，产生非线性特征，使其可收集宽频带的振动能量。第一摩擦纳米发电机产生的交流输出经整流桥后可转化为直流输出，并为电容注入电荷，第二摩擦纳米发电机的工作会使得电荷在第二摩擦纳米发电机与电容之间穿梭，从而使在宽频带的范围内持续的进行能量的高效输出。
[0017]本专利技术公开的具有宽频带高性能的振动能量收集装置可应用于收集环境中的振动能量，并进行高效的能量输出，实现小型电子设备的自驱动化。
附图说明
[0018]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0019]图1为本专利技术振动能量收集装置的原理图；
[0020]图2为本专利技术振动能量收集装置的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术振动能量收集装置第一摩擦纳米发电机及第二摩擦纳米发电机示意图；
[0022]图4为本专利技术振动能量收集装置的机械模型示意图；
[0023]图5为本专利技术振动能量收集装置第一摩擦纳米发电机的电荷转移原理图；
[0024]图6为本专利技术振动能量收集装置的电荷转移原理图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0026]图1为本专利技术振动能量收集装置的原理图。如图1所示，本专利技术的振动能量收集装置包括：第一摩擦纳米发电机、第二摩擦纳米发电机、整流桥以及电容。所述振动能量收集装置，可在环境宽频振动激励的作用下，使得其中的第一摩擦纳米发电机与第二摩擦纳米发电机的摩擦层之间不断发生碰撞，产生非线性特征，使其可收集宽频带的振动能量。第一摩擦纳米发电机产生的交流输出经整流桥后可转化为直流输出，并为电容注入电荷，第二摩擦纳米发电机的工作会使得电荷在第二摩擦纳米发电机与电容之间穿梭，从而进行能量的高效输出。
[0027]图2为本专利技术振动能量收集装置的结构示意图。如图2所示，本专利技术的振动能量收集装置包括第一摩擦纳米发电机100和第二摩擦纳米发电机200。
[0028]图3为本专利技术振动能量收集装置第一摩擦纳米发电机及第二摩擦纳米发电机示意图。如图3所示，本专利技术的第一摩擦纳米发电机100由层叠设置在中心支撑件下表面的第一缓冲层101、第一电极102、第一摩擦薄膜103以及设置在周边支撑件上的第一摩擦电极104组成，第一摩擦薄膜103及第一摩擦电极104面对面设置。第二摩擦纳米发电机200是由设置在周边支撑件上的第二摩擦电极201，层叠设置在中心支撑件上表面的第二摩擦薄膜202、第二电极203及第二缓冲层204及组成，第二摩擦薄膜202及第二摩擦电极201面对面设置；在振动能量激励作用下，周边支撑件相对中心支撑件振动，第一摩擦薄膜103和第一摩擦电极104、第二摩擦薄膜202和第二摩擦电极201依次发生接触分离。整流桥连接在第一摩擦纳米发电机与电容之间，电容与第二摩擦纳米发电机电连接。第一摩擦纳米发电机产生的交流输出经整流桥后可转化为直流输出，并为电容注入电荷，第二摩擦纳米发电机的工作会使得电荷在第二摩擦纳米发电机与电容之间穿梭，从而实现能量的高效输出。
[0029]在本实施例中可以将中心支撑件进行固定，在周边支撑件上设置弹簧，实现周边支撑件相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动能量收集装置，其特征在于，包括：第一摩擦纳米发电机、第二摩擦纳米发电机、整流桥以及电容，其中，所述整流桥连接在所述第一摩擦纳米发电机与所述电容之间，所述电容与所述第二摩擦纳米发电机相连接，在振动能量作用下所述第一摩擦纳米发电机产生的交流输出经所述整流桥后转化为直流输出，并为所述电容注入电荷，所述第二摩擦纳米发电机在所述振动能量作用下的工作会使得电荷在所述第二摩擦纳米发电机与所述电容之间穿梭。2.根据权利要求1所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述第一摩擦纳米发电机由层叠设置在中心支撑件下表面第一电极、第一摩擦薄膜以及设置在周边支撑件上的第一摩擦电极组成，所述第一摩擦薄膜及第一摩擦电极面对面设置；所述第二摩擦纳米发电机由设置在所述周边支撑件上的第二摩擦电极，层叠设置在中心支撑件上表面的第二摩擦薄膜、第二电极组成，第二摩擦薄膜及第二摩擦电极面对面设置；在所述振动能量激励作用下，所述周边支撑件相对所述中心支撑件振动，所述第一摩擦薄膜和第一摩擦电极、第二摩擦薄膜和第二摩擦电极依次发生接触分离。3.根据权利要求2所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述中心支...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，亓有超，刘国旭，曾建华，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：