[發明專利]一種懸臂式脈沖發電機

有效

• 申請號: 201310222360.1
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103780130A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 楊維清;陳俊;王中林
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;陳瀟瀟

技術領域

本發明涉及一種發電機，特別是涉及將振動產生的機械能轉化為電能的懸臂式脈沖發電機。

背景技術

振動機械能是廣泛存在的能量形式，包括海浪、發動機的振動、汽車經過時高速公路、橋梁和隧道的振動等形式，以及人體運動如步行、跑動、扭動等形式，都會產生振動機械能，這些振動機械能雖然廣泛存在，但是常常被忽視，沒有有效的收集手段加以利用，通常被浪費。

目前，機械能轉化為電能的發電機所利用的原理主要有靜電感應，電磁感應和特殊材料的壓電性能、靜電脈沖發電機等。然而，已經發明的靜電感應發電機，存在體積大、適用性窄等缺點，電磁感應發電機和壓電發電機則普遍存在結構復雜，對材料有特殊要求和成本較高等缺陷。靜電脈沖發電機在小型化和輕量化方面有所不足，輸出功率密度較小，不能滿足對各種振動機械能收集的需要。

發明內容

本發明涉及一種可以將海浪、高速公路、橋梁等等形式的振動機械能轉化為電能的結構簡單的懸臂式脈沖發電機，能夠為微型電子器件如航標、路標、警示牌等提供匹配的電源。

為實現上述目的，本發明提供一種懸臂式脈沖發電機，包括：分別有一端被固定的第一懸臂、第二懸臂和第三懸臂，其中，

所述第一懸臂的下表面設置有第一電極層，所述第一電極層的下表面接觸設置有第一摩擦層；

所述第二懸臂的上表面設置有第二電極層，所述第二電極層的上表面接觸設置有第二摩擦層，所述第二摩擦層的上表面與所述第一摩擦層的下表面相對設置；所述第二懸臂的下表面設置第三電極層，所述第三電極層的下表面接觸設置有第三摩擦層；所述第二懸臂為彈性懸臂；

所述第三懸臂的上表面設置有第四電極層，所述第四電極層的上表面接觸設置有第四摩擦層；所述第四摩擦層的上表面與所述第三摩擦層的下表面相對設置；

所述發電機受到外力作用時，所述第二懸臂在所述第一懸臂與第三懸臂之間振動，使至少部分所述第二摩擦層上表面與所述第一摩擦層下表面接觸和分離、至少部分所述第三摩擦層下表面與所述第四摩擦層上表面接觸和分離，所述第一電極層與第二電極層之間和/或所述第三電極層與第四電極層之間有脈沖電信號輸出。

優選的，所述第一懸臂、第二懸臂和第三懸臂的自由端都在固定端的同一側。

優選的，所述第一懸臂、第二懸臂和第三懸臂固定在同一固定裝置上。

優選的，所述第二懸臂還包括重物，所述重物設置在所述第二懸臂的自由端。

優選的，所述第一懸臂和/或第三懸臂為彈性懸臂。

優選的，所述第二懸臂為導電材料，所述第二懸臂替代所述第二電極層和第三電極層。

優選的，所述第一懸臂和/或第三懸臂采用導電材料；所述第一懸臂替代所述第一電極層，和/或所述第三懸臂替代所述第四電極層。

優選的，所述第二摩擦層和所述第三摩擦層采用導電材料，所述第二懸臂代替所述第二摩擦層和所述第三摩擦層。

優選的，所述第二懸臂的上表面和/或下表面設置有微結構陣列修飾層。

優選的，所述第一摩擦層采用導電材料，所述第一懸臂代替所述第一摩擦層；

和/或，

所述第四摩擦層采用導電材料，所述第三懸臂代替所述第四摩擦層。

優選的，所述第一懸臂的下表面和/或第三懸臂的上表面設置有微結構陣列修飾層。

優選的，所述微結構陣列修飾層包括：

設置在所述懸臂上表面和/或下表面的微結構陣列；

沉積在制備有所述微結構陣列的懸臂表面的導電薄膜層。

優選的，所述微結構陣列選自氧化物半導體的納米線、納米錐、納米棒陣列。

優選的，所述微結構陣列的高度為200納米至2微米。

優選的，所述導電薄膜層選自金屬薄膜層，所述薄膜層的厚度為50納米至400納米。

優選的，所述導電材料選自金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、鉻或硒，以及由上述金屬形成的合金，或者不銹鋼和鈹銅合金。

優選的，所述第一懸臂、第二懸臂和/或第三懸臂為片狀結構。

優選的，所述第一摩擦層材料與第二摩擦層材料之間存在電極序差異；所述第三摩擦層材料與第四摩擦層材料之間存在電極序差異。

優選的，所述第一摩擦層、第二摩擦層、第三摩擦層和/或第四摩擦層的厚度為0.1-0.8毫米。

優選的，所述第一摩擦層、第二摩擦層、第三摩擦層和/或第四摩擦層選自絕緣體或半導體材料。