[發(fā)明專利]一種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610357445.4
• 申請(qǐng)日: 2016-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN105958858B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊維清;靳龍;張磊;張彬彬;張海濤;朱旻昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，特別是涉及將振動(dòng)能產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的雜化納米發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

機(jī)械振動(dòng)能是環(huán)境中普遍存在的一種能量形式，持續(xù)或階段性持續(xù)振動(dòng)的振源比較豐富，比如家用電器和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、人體運(yùn)動(dòng)和車輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)、橋梁的振動(dòng)等。通常這些能量因?yàn)楹雎远话装桌速M(fèi)或被減震系統(tǒng)吸收。因此，通過(guò)振動(dòng)能量采集器將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能為低功耗電子設(shè)備供電，不僅提高了能量的綜合利用率，而且為低功耗電子設(shè)備提供了新的綠色電源系統(tǒng)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、便攜式設(shè)備等低功耗電子設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

目前，振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)所利用的原理主要有靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)和特殊材料的壓電性能、靜電脈沖發(fā)電機(jī)等。然而，已經(jīng)發(fā)明的靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)，由于需要接入外部電源作為啟動(dòng)電壓，并且靜電式能量收集裝置產(chǎn)生的是高電壓、低電流和高輸出阻抗，從一定程度上限制了靜電式能量收集技術(shù)的應(yīng)用范圍。靜電脈沖發(fā)電機(jī)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(duì)各種振動(dòng)機(jī)械能收集的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種可以將自然界、軌道、人體振動(dòng)等等形式的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雜化納米發(fā)電機(jī)，能夠?yàn)槲o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、便攜式設(shè)備等低功耗電子設(shè)備等提供匹配的電源。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)手段：

一種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，包括若干平置于摩擦源表面的結(jié)構(gòu)單元組成，在每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中具有：被固定在上塑料基底101、中塑料基底109、下塑料基底117上鍍有電極的塑料膜與鍍有電極的波浪彈性塑料片形成的摩擦單元，以及上下線圈與中間永磁鐵所形成的電磁單元；

在相鄰塑料膜與波浪彈性塑料片構(gòu)成的摩擦單元中包括：附在上塑料基底101上的第一電極層102和第一摩擦層103，附在波浪彈性塑料片105上的第二電極層104，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一摩擦發(fā)電單元；附在波浪彈性塑料片105上的第三電極層106，附在中塑料基底109上的第四電極層108和第二摩擦層107，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦發(fā)電單元；附在中塑料基底109上的第五電極層110和第三摩擦層111，附在波浪彈性塑料片113上的第六電極層112，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第三摩擦發(fā)電單元；附在波浪彈性塑料片113上的第七電極層114，附在下塑料基底117上的第八電極層116和第四摩擦層115，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第四摩擦發(fā)電單元。

所述塑料膜的表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)陣列修飾層；

在線圈與永磁鐵構(gòu)成的電磁單元中包括：嵌入上塑料基底101中的線圈118和嵌入中塑料基底109中的永磁鐵119構(gòu)成的第一電磁發(fā)電單元：嵌入中塑料基底109中的永磁鐵和嵌入下塑料基底117中的線圈120構(gòu)成的第二電磁發(fā)電單元。

所述各摩擦發(fā)電單元和電磁發(fā)電單元均布置有導(dǎo)電引出線,導(dǎo)出各結(jié)構(gòu)單元的電流向外輸出。

本發(fā)明發(fā)電機(jī)在外界振動(dòng)作用下，所有單元的摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦極性相差較大的表面接觸面積增大、減小，所有單元的電磁發(fā)電機(jī)通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，因而有脈沖電信號(hào)輸出。

這樣，第一電極層102、第四電極層108、第五電極層110、第八電極層116充當(dāng)背電極，背電極上附有塑料膜103、107、111、115充當(dāng)摩擦層，波浪彈性塑料片105上有第二電極層104、第三電極層106，波浪彈性塑料片113上有第六電極層112、第七電極層114，這些充當(dāng)接觸電極層。發(fā)電機(jī)受到外力作用(振動(dòng)作用)時(shí)，使得雜化納米發(fā)電機(jī)中塑料基底109上下振動(dòng)，帶動(dòng)永磁鐵119上下振動(dòng)，使發(fā)電單元的第一摩擦層103與第二電極層104的有效接觸面積增大減小，在第一電極層102與第二電極層104之間有脈沖電信號(hào)輸出。上塑料基底101和下塑料基底117中的線圈118和120的磁通量也因?yàn)榇盆F119的上下振動(dòng)而變化，因而也有脈沖信號(hào)輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列有益效果：

1、本發(fā)明提供的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)采用最新的納米摩擦發(fā)電技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)造價(jià)昂貴，體積及質(zhì)量龐大的渦輪式風(fēng)能發(fā)電機(jī)，它在增強(qiáng)發(fā)電適用性，大大的降低成本，同時(shí)雜化電磁發(fā)電機(jī)，提高了單位功率的輸出。

2、本發(fā)明提供的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)采用波浪形塑料彈片，為接觸電極提供了載體，使得發(fā)電機(jī)的數(shù)目增加，從而有效地增加了摩擦發(fā)電機(jī)的功率輸出，從而有效地將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>