[發明專利]電力生成設備及生成方法

有效

• 申請號: 201680058091.1
• 申請日: 2016-08-26
• 公開（公告）號: CN108141152B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: K·阿魯蘭杜;D·A·范登恩德;L·C·格哈特;N·F·茹瓦;M·T·約翰遜
• 申請（專利權）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: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李光穎;王英

本發明提供了一種用于生成電力的設備(和方法)，包括被配置為使用電荷感應來生成輸出電流的電力生成器。負載電容器用于響應于經整流的輸出電流而存儲電荷，其中，負載電容器具有隨著電壓而增加的電容。這意味著存儲在負載電容上的電壓當其被充電和放電時變得更平坦；在相對放電狀態下，電容減小，從而基于所存儲的電荷給出相對較大的電壓，并且在相對充電狀態下，電容增加，從而基于所存儲的電荷給出相對較小的電壓。這改進了從生成器朝向存儲元件(非線性電容器)的初始能量傳輸并且使得輸出電壓更平坦且更易于實際使用。

技術領域

本發明涉及用于生成電力的設備，并且具體而言，涉及用于借助于適于將機械能轉換為電能的能量生成器來生成電流的設備。

背景技術

將小規模的機械能量源收集或轉換成可用形式的電能是近年來引起極大關注的領域，并且作為一個技術領域已經經歷了快速和實質性的發展。

具體而言，已經為大量關注的焦點的一個領域是摩擦電能生成領域。摩擦電效應(也稱為摩擦電充電)是接觸感應起電，其中，材料在其與不同材料接觸后通過摩擦被充電。摩擦電生成基于通過將摩擦電效應與靜電感應耦合的方法將機械能轉化為電能。已經提出，通過捕獲來自諸如步行、隨機身體運動、吹風、振動或海浪的源的在其他情況下會被浪費的機械能，利用摩擦電生成來為諸如傳感器和智能手機的可穿戴設備供電(參見例如：Wang，Sihong、Long Lin和Zhong Lin Wang的“Triboelectric nanogenerators as self-powered active sensors。”(Nano Energy，11(2005)：436-462)。

摩擦電效應是基于根據其獲得電子(變為帶負電)或失去電子(變為帶正電)的趨勢對各種材料進行排列的系列的。這種系列例如在A.F.Diaz和R.M.Felix-Navarro的Asemi-quantitative tribo-electric series for polymeric materials:the influenceof chemical structure and properties(Journal of Electrostatics 62(2004)277-290)中所公開。創建靜電的材料的最佳組合是來自正電荷列表的一種和來自負電荷列表的一種(例如PTFE對銅或FEP對鋁)。將玻璃與毛皮摩擦、或通過頭發的梳子是摩擦電的來自日常生活中的公知的范例。

在其最簡單的形式中，摩擦電式生成器使用兩個這種不同材料的片材，一個是電子供體，另一個是電子受體。材料中的一種或多種能夠是絕緣體。其他可能的材料可以包括半導體材料，例如包括天然氧化物層的硅。當將材料接觸時，電子從一種材料交換到另一種材料，從而在兩種材料上感應相互電荷。這就是摩擦電效應。

如果片材然后被分離，則每個片材保持(不同極性的)電荷，由它們之間的間隙隔離，并且建立了電勢。如果電極被設置在兩種材料表面上，并且電負載連接在它們之間，則片材的任何另外的位移(橫向或垂直)將作為響應感應兩個電極之間的電流。這僅僅是靜電感應的范例。隨著兩個極板的相應的電荷中心之間的距離增加，因此跨間隙的兩者之間的吸引電場減弱，導致兩個外部電極之間的增加的電勢差，因為經由負載的電荷的電吸引開始克服跨間隙的靜電吸引力。

以這種方式，摩擦電式生成器通過在兩個主要物理機制之間的耦合將機械能轉換為電能：接觸起電(摩擦起電)和靜電感應。

通過周期性地增加和減少極板的電荷中心之間的相互分離，因此作為響應能夠感應出在板之間來回流動的電流，從而生成跨負載的交流電流。