[發明專利]懸臂梁結構式摩擦發電機和發電機組

在審

• 申請號: 201310163280.3
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN104135186A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 鄧楊;孫利佳
• 申請（專利權）人: 納米新能源（唐山）有限責任公司
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;B32B15/04;B32B3/30
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成;黃德海

技術領域

本發明涉及一種發電裝置，更具體地，涉及一種懸臂梁結構式摩擦發電機和具有其的懸臂梁結構式摩擦發電機組。

背景技術

機械能是環境里最為廣泛的能源之一，收集環境中的機械能將其轉換為電能從而實現對傳感器的供電是無線傳感器網絡發展的主要趨勢?，F有換能器的核心部件大都為基于壓電材料的懸臂梁式結構，當外界機械振動帶動懸臂梁振動后，利用壓電材料的正壓電效應將機械能轉換為電能。壓電材料的制備較為復雜，價格昂貴，為此我們提出的一種基于摩擦發電機的懸臂梁式換能器。

現有實驗表明，隨工作頻率的增大，摩擦發電機的輸出功率在一定范圍能增加。而摩擦發電機的現有應用往往是用于收集與人體運動相關的低頻振動（幾個赫茲），沒能最大限度的發揮其優勢。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種結構簡單、使用方便、能量收集效率高的懸臂梁結構式摩擦發電機。

本發明的另一個目的在于提出一種具有上述的懸臂梁結構式摩擦發電機的懸臂梁結構式摩擦發電機組。

根據本發明第一方面實施例的懸臂梁結構式摩擦發電機，包括：固定端；懸臂梁，所述懸臂梁的第一端與所述固定端的側面相連且所述懸臂梁的第二端遠離所述固定端并沿所述固定端的側面的垂直方向延伸；質量塊，所述質量塊設在所述懸臂梁的第二端且與所述懸臂梁的上表面相連；第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層設在所述懸臂梁的上側表面且位于所述質量塊和所述固定端之間，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面以及所述懸臂梁的上表面的至少一個面上設有微納凹凸結構，所述第一高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側面相連；和第一電極，所述第一電極設在所述質量塊和所述固定端之間，所述第一電極的下表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的上表面相連，所述第一電極的第一端與所述固定端的側面相連。

根據本發明實施例的懸臂梁結構式摩擦發電機，通過將摩擦發電機與懸臂梁結構相結合，借助懸臂梁結構收集外部環境振動等產生的能量，解決了摩擦發電機需要不停按壓且很難收集高頻能量的問題，并且摩擦發電機在高頻機械振動下輸出電信號的能力提高數倍，所以極大地擴寬了摩擦發電機的應用范圍，提高了能量收集效率。

另外，根據本發明實施例的懸臂梁結構式摩擦發電機，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述懸臂梁為所述發電機的第二電極，所述懸臂梁第一電極、第一高分子聚合物絕緣層構成為通過彎曲或變形能夠產生摩擦起電的平板結構。

根據本發明的一個實施例，所述懸臂梁為磷青銅片。

根據本發明的一個實施例，所述質量塊為鎢合金。

根據本發明的一個實施例，所述質量塊通過膠水與所述懸臂梁相連。

根據本發明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層為選自以下材料中的一種：聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維（再生）海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。

根據本發明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述懸臂梁的上表面的微納凹凸結構為納米級至微米級的凹凸結構。根據本發明的一個實施例，還包括：第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層設在所述懸臂梁的下表面上，所述第二高分子聚合物絕緣層的下表面以及所述懸臂梁的下表面的至少一個面上設有微納凹凸結構，所述第二高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側面相連；和第三電極，所述第三電極的上表面與所述第二高分子聚合物絕緣層的下表面相連，所述第三電極的第一端與所述固定端的側面相連。

根據本發明的一個實施例，所述第二高分子聚合物絕緣層和所述第三電極與所述第一高分子聚合物絕緣層和第一電極相對于所述懸臂梁對稱。

根據本發明的一個實施例，所述懸臂梁為輸出電極分別與所述第一電極和第三電極配合。