一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置，包括摩擦纳米发电单元Ⅰ、

【技术实现步骤摘要】
一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置


[0001]本专利技术涉及混合能量收集
，特别是涉及一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置
。

技术介绍

[0002]随着
5G
时代的开启，物联网技术被广泛应用于智能家居
、
可穿戴设备
、
智慧城市等领域
。
未来将有数以万亿计的传感器节点接入物联网系统，实现真正的万物互联
。
传感器节点的供电问题已经成为限制物联网进一步发展的关键因素
。
目前，物联网中的传感器节点大多采用传统的电池供电，需要经常更换电池以保证物联网系统的稳定运行
。
然而，由于物联网系统中的传感器节点数量众多，分布广泛，大量使用电池将导致设备经济性差和环境污染
。
因此，从环境中获取能量为分布在物联网中的传感器节点供电成为当前研究的重点
。
而混合能量收集装置凭借其出色的能量收集效率备受关注
。
[0003]摩擦纳米发电机是一种基于摩擦起电和静电感应耦合原理的新型能量收集装置，以麦克斯韦位移电流为驱动力，可以将环境中广泛分布的机械能转换为电能
。
摩擦纳米发电机具有结构简单
、
材料选择范围广和功率密度高等优点
。
摩擦纳米发电机具有输出电压高，输出电流小的特性，可作为传感器表征物体的运动状态
。
电磁发电机基于法拉第电磁感应定律，通过线圈切割磁感线引起磁通量变化产生电能输出
。
电磁发电机凭借其输出电流大，输出电压小的特性，可作为电源为电子器件供电
。
因此，通过集成摩擦纳米发电机和电磁发电机可以提高能量收集效率，同时实现物联网节点供电和智能家居控制，推动混合能量收集应用场景向多元化趋势发展
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置，以解决上述提出的技术问题，这种混合能量收集装置通过集成摩擦纳米发电单元和电磁发电单元两种能量收集方式，可以有效提高能量收集效率，并同时实现物联网节点供电和智能家居控制
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置，包括摩擦纳米发电单元Ⅰ、
摩擦纳米发电单元Ⅱ、
电磁发电单元
、
供电电路模块和控制电路模块
。
[0007]所述摩擦纳米发电单元Ⅰ包括端盖
、
底座
、
固定架和弹簧，所述端盖的中心设置有一个轴承，所述弹簧设置于所述端盖和所述底座之间，所述固定架固定在所述底座上，当所述端盖相对所述底座向下运动时，所述端盖底部的电极层与所述底座顶部的介电层及金属层接触分离时产生电能输出；所述摩擦纳米发电单元Ⅱ包括外壳和底座，所述外壳与所述端盖固定连接，当所述外壳相对所述底座旋转时，所述外壳内壁的摩擦层与所述底座外壁的叉指电极感应产生电压脉冲信号；所述电磁发电单元内置在所述底座中，所述电磁发电单元包括连接轴
、
磁铁阵列
、
线圈框架和线圈阵列，所述连接轴与所述端盖固定连接，所述磁铁阵列固定在所述连接轴底部，所述线圈阵列内置于线圈框架中，当所述磁铁阵列相对
所述线圈阵列向下运动时，所述线圈阵列切割所述磁铁阵列的磁感线产生电能输出；
[0008]所述供电电路模块包括整流桥
、
电容器
、MOSFET
开关和传感器节点，所述电磁发电单元与所述整流桥并联，所述整流桥与所述电容器并联，所述电容器的正极与所述
MOSFET
开关的漏极连接，所述摩擦纳米发电单元Ⅰ与所述
MOSFET
开关的栅极和源极连接，所述
MOSFET
开关的源极和所述电容器的负极与所述传感器节点的两端连接；
[0009]所述控制电路模块包括信号产生单元
、
信号调理单元
、
信号处理单元和信号输出单元，所述摩擦纳米发电单元Ⅱ与所述信号调理单元连接，所述信号调理单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述信号输出单元的家用电器两端连接
。
[0010]优选的，所述端盖为圆盘形，所述底座为圆柱形框架，所述端盖与所述底座的材料均为白色树脂
。
[0011]优选的，所述电极层与所述金属层均为铜箔，所述介电层为聚四氟乙烯薄膜
。
[0012]优选的，所述外壳为圆筒形，所述摩擦层为铜箔及粘贴在表面的聚四氟乙烯薄膜，所述叉指电极为铜
。
[0013]优选的，所述端盖底部与所述底座顶部设置大小与所述弹簧外径相等的固定槽，所述弹簧两端固定在槽内
。
[0014]优选的，所述电磁发电单元设置于所述底座内
。
[0015]优选的，所述磁铁阵列中的两个磁铁
N
极和
S
极上下叠放排布，所述磁铁阵列通过胶水固定在所述连接轴底部
。
[0016]优选的，所述线圈阵列为圆环形，两个线圈上下叠放并联排布，所述线圈阵列嵌套在所述线圈框架内
。
[0017]优选的，所述连接轴顶部穿过弹簧与所述端盖中心的轴承固定连接
。
[0018]优选的，所述磁铁阵列与所述线圈阵列的间隙为
1mm。
[0019]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果如下：
[0020]1、
本专利技术通过集成摩擦纳米发电单元和电磁发电单元两种能量收集方式，可有效提高人体微动能的收集效率，同时实现物联网节点供电和智能家居控制，推动混合能量收集应用场景向多元化趋势发展；
[0021]2、
本专利技术通过使用电磁发电单元将手动按压产生的机械能转换为电能为物联网节点供电，可有效减少或替代电池的使用；
[0022]3、
本专利技术通过使用摩擦纳米发电单元Ⅱ将手动旋转产生的机械能转换为电压脉冲信号表征家用电器的工作状态，实现智能家居控制，可有效解决传统机械开关工作方式单一，可扩展性差的问题；
[0023]4、
本专利技术提供的混合能量收集装置尺寸小
、
结构简单
、
成本低，可随意分布在智能家居环境中
。
[0024]基于上述理由本专利技术在智能家居领域有很好的应用前景
。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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
。
[0026]图1为本专利技术用于智能家居环境下的混合能量收集装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于智能家居环境下的混合能量收集装置，其特征在于：包括摩擦纳米发电单元Ⅰ、
摩擦纳米发电单元Ⅱ、
电磁发电单元
、
供电电路模块和控制电路模块；所述摩擦纳米发电单元Ⅰ包括端盖
、
底座
、
固定架和弹簧，所述端盖的中心设置有一个轴承，所述弹簧设置于所述端盖和所述底座之间，所述固定架固定在所述底座上，当所述端盖相对所述底座向下运动时，所述端盖底部的电极层与所述底座顶部的介电层及金属层接触分离时产生电能输出；所述摩擦纳米发电单元Ⅱ包括外壳和底座，所述外壳与所述端盖固定连接，当所述外壳相对所述底座旋转时，所述外壳内壁的摩擦层与所述底座外壁的叉指电极感应产生电压脉冲信号；所述电磁发电单元内置在所述底座中，所述电磁发电单元包括连接轴
、
磁铁阵列
、
线圈框架和线圈阵列，所述连接轴与所述端盖固定连接，所述磁铁阵列固定在所述连接轴底部，所述线圈阵列内置于线圈框架中，当所述磁铁阵列相对所述线圈阵列向下运动时，所述线圈阵列切割所述磁铁阵列的磁感线产生电能输出；所述供电电路模块包括整流桥
、
电容器
、MOSFET
开关和传感器节点，所述电磁发电单元与所述整流桥并联，所述整流桥与所述电容器并联，所述电容器的正极与所述
MOSFET
开关的漏极连接，所述摩擦纳米发电单元Ⅰ与所述
MOSFET
开关的栅极和源极连接，所述
MOSFET
开关的源极和所述电容器的负极与所述传感器节点的两端连接；所述控制电路模块包括信号产生单元
、
信号调理单元
、
信号处理单元和信号输出单元，所述摩擦纳米发电单元Ⅱ与所述信号调理单元连接，所述信号调理单元与所述信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：于鑫，陈吉庆，郑瑞防，赵靖，卢晓晖，姜长泓，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：