[發明專利]彈性波形能量產生裝置

有效

• 申請號: 201780073034.5
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN110121792B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 曹石鼓;劉雯丹;羅輝;傅麗
• 申請（專利權）人: 納米及先進材料研發院有限公司
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/08;H01L41/113;H01L41/18;H02N2/18
• 代理公司: 深圳宜保知識產權代理事務所(普通合伙) 44588
• 代理人: 王琴;曹玉存

一種能量產生裝置，用于通過裝置在三個正交方向中的任何一個方向上的變形來產生能量。裝置包括彈性波形基底（10），其包括沿至少一個軸延伸的六個或更多個交替波結構。彈性波形基底（10）能夠在三個正交方向上變形和恢復。彈性的能量產生部件（20）安裝在彈性波形結構的頂面和底面上。能量產生部件（20）選自壓電的和摩擦起電的能量產生部件，并響應三個正交方向中的任何一個方向上的形變而輸出電壓和電流。一方面，能量產生裝置包含在能量采集器之中。另一方面，能量產生裝置包含在傳感器之中，尤其是用于測量應力的傳感器。一方面，雜亂的壓電纖維墊包括能量產生部件。能量產生裝置是便攜式的并且響應于人類活動產生的振動。

技術領域

本發明涉及能量產生裝置，并且更具體地涉及在三個正交方向中的任何一個方向上可變形的波形能量產生裝置，用于從每個方向上的變形產生能量。能量產生裝置可以結合在能量采集器或傳感器中。

背景技術

能量可以由壓電材料或摩擦起電材料產生。壓電材料將機械應力轉化為電力，而摩擦起電材料通過與不同的摩擦起電材料的摩擦接觸產生電荷。能量采集器利用這些材料特性來產生電力，以供電給電力設備。為了產生足夠的電量，許多能量采集器使用一些形式的懸臂結構，其中加重塊以共振頻率震動。在這種結構中，懸臂一般固定在一端?，F在已有許多不同的懸臂結構被采用，還有多種能量采集器的設計可供選擇。

隨著可攜式和可穿戴式的電子設備的廣泛使用，接通電源來為個人設備充電的需求增加。備選為電源的能量采集器引人注意。然而，大多數能量采集器的設計不會從人體運動和振動中產生能量，因為這些運動和振動是隨機的，也就是說，它們不處于能量采集器的共振頻率上。此外，大多數能量采集器都包含了讓使用者穿戴不舒服的剛性元件。

人們把注意力從能量采集器的固定在一端的標準懸臂梁形狀，轉向可替代的形狀。例如，US2016/0156287公開了一種使用彎曲部位的能量采集器，該彎曲部為具有固定于其上的半壓電陶瓷管，一端連接到振動源。盡管獲得較高的輸出功率，但整體結構仍然是以與標準懸臂梁相同的方式移動，因此仍然存在共振頻率。

本領域需要改進的能量產生裝置。特別是，需要便攜式且可響應于人類活動所產生的振動的能量產生裝置。

發明內容

本發明提供了一種能量產生裝置，用于通過裝置在三個正交方向中的任何一個方向上的變形來產生能量。裝置包括彈性波形基底，其包括沿至少一個軸延伸的六個或更多個交替波結構。彈性波形基底能夠在三個正交方向上變形和恢復。彈性的能量產生部件安裝在彈性波形結構的頂面和底面上。能量產生部件選自壓電的和摩擦起電的能量產生部件，并響應三個正交方向中的任何一個方向上的形變而輸出電壓和電流。一方面，能量產生裝置包含在能量采集器之中。另一方面，能量產生裝置包含在傳感器之中，尤其是用于測量應力的傳感器。

附圖說明

圖1示意性地示出了根據一種實施方式的能量產生結構；

圖2示意性地示出了圖1的能量產生結構的一部分；

圖3a示出了一個方向上的彎曲程度；圖3b示出了兩個方向上的彎曲程度；

圖4示意性地示出圖1的能量產生結構中使用的雜亂纖維墊；

圖5示意性地示出了圖1的能量產生結構中使用的摩擦起電結構；

圖6A和圖6B示意性地示出了包含有圖1的能量產生結構的單個能量產生裝置和堆疊的能量產生裝置；

圖7示意性地示出了圖6的能量產生裝置的示例性層結構；

圖8a至圖8f示意性地示出了根據一種實施方式的能量產生結構的封裝方法。

具體實施方式