[發(fā)明專利]基于菱形網(wǎng)格基底的接觸式摩擦發(fā)電裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811308889.4
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109217711A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 張鶴;張治成;汪華鋼;全力威;駱季奎;董樹榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發(fā)明提供一種基于菱形網(wǎng)格基底的接觸式摩擦發(fā)電裝置，包括四個以上的平板狀靜電發(fā)電單元和四個以上的連接件，所述的連接件包括四根直桿，四根直桿通過鉸接件鉸接形成一菱形結構；所述平板狀發(fā)電單元包括基板，基板的正反面均依次涂布有的金屬導體層和介電材料層；基板的側壁與直桿固定；四個基板通過四個連接件連接形成一個用于發(fā)電的菱形小格。在周期性往復振動下，菱形小格合攏，此時相鄰兩邊的介電材料層接觸，產(chǎn)生摩擦電荷；之后菱形小格受力逐漸張開，內側壁逐漸分離，從而由摩擦電荷產(chǎn)生感應電場，形成電勢差。該裝置無需使用燃料能源，僅憑借裝置本身就能將振動機械能轉化為電能，是一種限制少、效率高、綠色環(huán)保的裝置，且能夠在很寬的頻率范圍內工作。

技術領域

本發(fā)明涉及用于一種基于菱形網(wǎng)格基底的接觸式摩擦發(fā)電裝置，主要用于振動能量的采集。

技術背景

振動是一種我們日常生活中最常見的機械運動，它存在于人體運動、公共汽車行駛、橋梁振動，等等。從環(huán)境中的機械振動采集能量來給電子器件供電可以廣泛應用于健康監(jiān)測、基礎設施的監(jiān)測以及環(huán)境保護和治安監(jiān)測等。目前振動能的采集主要是基于壓電效應、電磁感應效應、靜電效應和磁力控制效應，而這些工作模式都需要器件在其共振頻率及其很窄的范圍內才能有效工作。但是，環(huán)境中的振動往往有很寬的頻譜分布，甚至很多時候會隨著時間的變化而變化，這些因素都會使以前的工作模式不能很好地對環(huán)境中的振動能量進行采集。因而，能在低頻范圍內以及較寬頻率范圍內有效工作的靜電發(fā)電裝置，有著較好的應用前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于菱形網(wǎng)格基底的接觸式摩擦發(fā)電裝置，能夠用于振動能量的收集，將振動機械能轉化為電能，同時還具備能量轉化效率高、應用范圍廣的特點。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：基于菱形網(wǎng)格基底的接觸式摩擦發(fā)電裝置，包括四個以上的平板狀靜電發(fā)電單元和四個以上的連接件，所述的連接件包括四根直桿，四根直桿通過鉸接件鉸接形成一菱形結構；所述平板狀發(fā)電單元包括基板，基板的正反面均依次涂布有的金屬導體層和介電材料層；基板的側壁與直桿固定；四個基板通過四個連接件連接形成一個用于發(fā)電的菱形小格；該用于發(fā)電的菱形小格中，相鄰的基板上的介電材料層的極性相反，相對側的基板上的介電材料層的極性相同。在周期性往復振動下，菱形小格合攏，此時相鄰兩邊的介電材料層接觸，產(chǎn)生摩擦電荷；之后菱形小格受力逐漸張開，內側壁逐漸分離，從而由摩擦電荷產(chǎn)生感應電場，形成電勢差。又將金屬導電層與負載電路連接形成回路后，正負電極之間通過外電路轉移電荷以平衡感應電勢差，即形成電流。

進一步地，所述的連接件中的直桿的長度等于一塊基板與其上的兩層金屬電極層和兩層介電材料層的厚度之和。且直桿需要通過粘接劑與每一側構件的短邊相連。直桿用絕緣材料制成。

進一步地還包括一殼體，用于約束整體菱形結構平面外的運動，保證其只發(fā)生平面內的變形。

進一步地，還包括電能輸送電路，輸送電路包括電線與蓄電裝置，各個靜電發(fā)電單元通過電線與蓄電裝置相連。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明巧妙的提高了TENG的有效面積，并將各個靜電發(fā)電單元串并聯(lián)起來，從而極大地提高了電流輸出的功能。又將環(huán)境動荷載引起的振動能量轉化為電能，經(jīng)過該裝置中的電能輸送電路和蓄電裝置將電能利用起來。該裝置無需使用燃料能源，僅憑借裝置本身就能將振動機械能轉化為電能，是一種限制少、效率高、綠色環(huán)保的裝置，且能夠在很寬的頻率范圍內工作。

附圖說明

圖1是單個靜電發(fā)電單元的豎直剖面圖；

圖2是基于菱形網(wǎng)格基底的接觸式摩擦發(fā)電裝置的結構示意圖。

圖3是振動條件下(當外力背向菱形結構時)摩擦發(fā)電單元起始運動狀態(tài)示意圖和完全接觸狀態(tài)示意圖。

圖4是振動條件下(當外力指向菱形結構時)摩擦發(fā)電單元起始運動狀態(tài)示意圖和完全接觸狀態(tài)示意圖。