[發(fā)明專利]摩擦電發(fā)電機系統(tǒng)和方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201580068483.1 | 申請日： | 2015-12-07 |
| 公開（公告）號： | CN107112924B | 公開（公告）日： | 2019-12-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | A.U.魯特格斯;M.T.喬恩森;A.J.戴維斯 | 申請（專利權(quán)）人： | 皇家飛利浦有限公司 |
| 主分類號： | H02N1/04 | 分類號： | H02N1/04 |
| 代理公司： | 72001 中國專利代理(香港)有限公司 | 代理人： | 張同慶;陳嵐 |
| 地址： | 荷蘭艾*** | 國省代碼： | 荷蘭;NL |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 摩擦 發(fā)電機 系統(tǒng) 方法 | ||
一種摩擦電發(fā)電機系統(tǒng)使用功率轉(zhuǎn)換器根據(jù)摩擦電發(fā)電機輸出在摩擦電發(fā)電機與負載之間提供可控阻抗。這實現(xiàn)了改進的功率轉(zhuǎn)移，即使由摩擦電發(fā)電機生成的輸出可能是不規(guī)則的并隨時間波動。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及摩擦電發(fā)電系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)
摩擦電效應(yīng)基于接觸誘發(fā)起電，其中材料在它通過摩擦與不同的材料接觸之后變得帶電。已經(jīng)提出利用這個電荷流通過捕獲來自諸如行走、風吹、振動或海浪之類的源的原本浪費的機械能來給諸如傳感器和智能電話之類的移動設(shè)備供電。除作為電源使用以外，還提出了摩擦電效應(yīng)用于在沒有外部電源的情況下感測。因為發(fā)電機在其被干擾時產(chǎn)生電流，所以它們可以用于測量流速的變化、突然的移動或甚至下落的雨滴。
摩擦電效應(yīng)基于根據(jù)各種材料獲得電子（變得帶負電）或失去電子（變得帶正電）的傾向來對所述各種材料評級的一個系列。例如在A.F. Diaz和R.M. Felix-Navarro的“Asemi-quantitative tribo-electric series for polymeric materials: theinfluence of chemical structure and properties”（Journal of Electrostatics 62(2004) 277–290）中公開了這個系列。產(chǎn)生靜電的材料的最佳組合是來自正電荷列表的材料和來自負電荷列表的材料（例如，PTFE與銅相對，或FEP與鋁相對）。摩擦玻璃與毛皮或穿過頭發(fā)的梳子是摩擦電的來自日常生活的公知的示例。
在其最簡單的形式中，摩擦電發(fā)電機因此使用不同材料的兩個片，一個是電子供體，另一是電子受體。當材料接觸時，電子從一種材料流到另一種材料。如果然后所述片被分離，則一個片保持通過它們之間的間隙隔離的電荷。如果電氣負載然后連接到放置在兩個表面的外邊緣處的兩個電極，則小電流將流動以使電荷均衡。
通過連續(xù)地重復該過程，可產(chǎn)生交變電流。在該技術(shù)的變形中，材料-最常見的便宜的柔性聚合物-產(chǎn)生電流，如果它們在分離之前在一起摩擦的話。也提出了產(chǎn)生DC電流的發(fā)電機。體積功率密度在超過50%的效率下可達到每立方米超過400千瓦。
可以通過將微米級圖案貼附到聚合物片來增加功率輸出。圖案化有效地增加接觸面積并且從而增加電荷轉(zhuǎn)移的有效性。
最近，開發(fā)了用于發(fā)電（能量采集）和感測的新興材料技術(shù)，其利用如在Wang, Z.L的“Triboelectric Nanogenerators as New Energy Technology for Self-PoweredSystems and as Active Mechanical and Chemical Sensors”（ACS Nano:131014091722005. doi:10.1021/nn404614z, 2013）中公開的這個效應(yīng)。
基于這個效應(yīng)，開發(fā)了所謂的摩擦電發(fā)電機（“TEG”） 的幾種設(shè)備配置。一些設(shè)備在接觸模式中操作，而其它設(shè)備在摩擦模式中操作。
特別開發(fā)了用于從鞋內(nèi)底發(fā)電的一種配置。這從用戶邁出的腳步發(fā)電，且所生成的功率可例如用于移動便攜式設(shè)備的充電。該設(shè)備包括在之字形襯底上形成的多層結(jié)構(gòu)。該設(shè)備基于由于接觸起電所致的表面電荷轉(zhuǎn)移來操作。當壓力被施加到所述結(jié)構(gòu)時，之字形狀被壓縮以創(chuàng)建在不同層之間的接觸，且當壓力被釋放時所述接觸被釋放。細節(jié)可以在Peng Bai等人在ACS Nano 2013 7(4), pp3713-3719中的文章“Integrated MultilayeredTriboelectric Nanogenerator for Harvesting Biomechanical Energy from HumanMotiosn”中找到。
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