[發(fā)明專利]一種基于摩擦發(fā)電的移動(dòng)充電組件、充電外殼和充電器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410314514.4
• 申請(qǐng)日: 2014-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN105245128B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐偉;王中林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京納米能源與系統(tǒng)研究所
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04
• 代理公司: 北京潤平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 孫向民;肖冰濱

本發(fā)明提供了一種能夠有效利用人體日常活動(dòng)過程中產(chǎn)生的機(jī)械能為用電器件進(jìn)行充電的充電組件、基于該充電組件的充電外殼和充電器。由于采用了互補(bǔ)的插齒電極和相互匹配設(shè)計(jì)的滑動(dòng)摩擦塊與彈性連接件，本發(fā)明出色地解決了日常活動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械能頻率和強(qiáng)度低、難以回收的問題，而且將這些充電組件集成在一個(gè)外殼或充電器中，更方便攜帶和使用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠利用人體日常活動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械能對(duì)電器進(jìn)行充電的組件，特別是一種基于摩擦發(fā)電的、可移動(dòng)的充電組件，以及使用該組件的直接充電外殼和電池充電器。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的移動(dòng)智能設(shè)備被開發(fā)出來并被廣泛使用。然而，由于智能移動(dòng)設(shè)備功能的迅速增加，電池供電量不足的問題也日益凸顯。傳統(tǒng)大功率電池在體積和重量上的不足難以適應(yīng)設(shè)備移動(dòng)化和可穿戴化的需求，同時(shí)目前所用電池含有的有毒化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人體存在著潛在的危害。因此，開發(fā)出能將人體日常活動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并直接給設(shè)備進(jìn)行充電的技術(shù)具有極其重要的意義。

從2012年開始，將摩擦效應(yīng)和靜電效應(yīng)巧妙耦合的摩擦發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，為機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軄眚?qū)動(dòng)電子器件提供了一種十分具有前景的途徑。但是，現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機(jī)普遍存在著輸出功率較小的缺陷，普遍無法給用電器件直接供電。為了提高輸出功率，一種常用的方法是利用圓盤結(jié)構(gòu)將高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，但是這種方式不利于收集人體日常活動(dòng)中所產(chǎn)生的低頻能量，而且圓盤式發(fā)電機(jī)的面積相對(duì)較大，不便與移動(dòng)電子設(shè)備進(jìn)行集成。因此，如果能夠設(shè)計(jì)一種可以高效收集低頻機(jī)械能、并與移動(dòng)電子設(shè)備良好集成的摩擦充電組件，將對(duì)摩擦發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用具有極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的充電組件，結(jié)合該組件制備的、可直接應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備上的充電外殼和可獨(dú)立給電池進(jìn)行充電的充電器，實(shí)現(xiàn)利用人體的日常活動(dòng)為移動(dòng)設(shè)備有效充電的目的。

為此，本發(fā)明提出一種基于摩擦發(fā)電技術(shù)的充電組件，包括外殼、設(shè)置在所述外殼內(nèi)表面的兩個(gè)形狀互補(bǔ)的插齒狀電極、一個(gè)能交替覆蓋兩個(gè)電極的滑動(dòng)摩擦塊、連接滑動(dòng)摩擦塊與外殼的彈性連接件和電信號(hào)輸出模塊。通過對(duì)滑動(dòng)摩擦塊和彈性結(jié)構(gòu)的匹配設(shè)計(jì)，該充電組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻機(jī)械能的有效收集；通過嵌入輸出模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器件的直接供電。在工作時(shí)，滑動(dòng)摩擦塊相對(duì)于兩個(gè)電極發(fā)生位移，并交替與兩個(gè)電極接觸，在此過程中，滑動(dòng)摩擦塊表面所帶有的摩擦凈電荷將隨其一起移動(dòng)，而使得電極間的感應(yīng)電勢(shì)差發(fā)生周期性變化，并通過電極向外輸出電信號(hào)。

將該組件與現(xiàn)有移動(dòng)設(shè)備的外殼進(jìn)行集成，可以得到具有充電功能的設(shè)備外殼，實(shí)現(xiàn)通過人體的日常活動(dòng)給移動(dòng)設(shè)備補(bǔ)充電量的目的。而且，本發(fā)明還提供了兩種充電模式：一種是利用人體日常活動(dòng)的低頻機(jī)械能自動(dòng)充電；另一種是在急需快速充電時(shí)，可以手動(dòng)高頻充電。為了使這兩種模式更好地工作，還設(shè)計(jì)了空隙間距調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，

將本發(fā)明的充電組件進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b還可以制備給電池獨(dú)立充電的充電器，以適應(yīng)不同用電器件的供電需要。同時(shí)，利用封裝的表面作為另一組滑動(dòng)發(fā)電單元可以有效地提高電信號(hào)的輸出性能。

基于上述思路，本發(fā)明首先提供一種基于摩擦發(fā)電的充電組件，包括第一外殼、第一電極模塊、滑動(dòng)摩擦塊、連接所述滑動(dòng)摩擦塊與所述外殼的彈性連接件和電信號(hào)輸出模塊；所述第一外殼包括一個(gè)平板；所述第一電極模塊設(shè)置在所述平板的表面之上，包括第一插齒電極和第二插齒電極，所述第一插齒電極和第二插齒電極均為條狀插齒結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)所述插齒電極在所有條狀插齒的一端形成電連接，所述兩個(gè)插齒電極通過插齒互補(bǔ)設(shè)置在同一平面上，第一插齒電極和第二插齒電極的條狀插齒之間絕緣隔離；所述滑動(dòng)摩擦塊的下表面與所述第一插齒電極和第二插齒電極上表面的材料具有不同的摩擦電性質(zhì)；所述滑動(dòng)摩擦塊的質(zhì)量m滿足條件：其中m的單位為kg，k為所述彈性連接件的勁度系數(shù)，單位為N/m；所述電信號(hào)輸出模塊的兩個(gè)輸入端分別與所述第一插齒電極和第二插齒電極相連。