[發(fā)明專利]一種基于復(fù)合摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的能量收集背包

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010312952.2
• 申請(qǐng)日: 2020-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN111493501A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程廣貴;曲召奇;丁建寧;張忠強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): A45F3/04
• 分類號(hào): A45F3/04;A45C13/02;A45C13/30;H02N1/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及能量收集、轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，具體為一種基于復(fù)合摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的能量收集背包。其包括背包主體、能量轉(zhuǎn)換單元和背包肩帶。其特征在于：能量轉(zhuǎn)換單元對(duì)稱分布置于背包內(nèi)部，位于與人體背部接觸的位置，能量裝換單元的上端與肩帶固連，能量裝換單元的下端與背包主體固連。本發(fā)明的發(fā)電背包整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧緊湊，重量輕，可承擔(dān)載重大，安全可靠，適用范圍廣；基于摩擦起電和靜電感應(yīng)效應(yīng)的復(fù)合式的摩擦發(fā)電結(jié)構(gòu)，收集了多種形式運(yùn)動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)了將人體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能，進(jìn)行了能量的收集與儲(chǔ)存，應(yīng)用前景廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量收集、轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，具體為一種基于復(fù)合摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的能量收集背包。

背景技術(shù)

背包作為日常生活中常見的物品，因?yàn)槠鋽y帶物品的便捷性、實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。在背負(fù)著負(fù)載行進(jìn)的過(guò)程中，背包會(huì)隨著人體重心的移動(dòng)隨之運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以直觀的分解為兩個(gè)方向：在垂直方向上由于重心的上下移動(dòng)，背包也會(huì)有一個(gè)相對(duì)滯后的上下運(yùn)動(dòng)，直接體現(xiàn)為對(duì)于肩帶的拉扯；在水平方向由于人體的前后移動(dòng)，背包也會(huì)有一個(gè)相對(duì)滯后的前后運(yùn)動(dòng)，直接表現(xiàn)為與背部的擠壓。這樣的運(yùn)動(dòng)都是對(duì)人體能量的損耗屬于無(wú)用功，如果能將這部分能量收集起來(lái)轉(zhuǎn)化為可用的電能，并加以利用具有重大的意義。

在王中林團(tuán)隊(duì)等眾多科學(xué)家不斷努力下，基于摩擦起電效應(yīng)以及靜電感應(yīng)原理的靜電摩擦發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)逐漸興起，能夠?qū)⒆匀唤绺鞣N形式的機(jī)械能包括人體運(yùn)動(dòng)如走路、跳躍等部分能量轉(zhuǎn)化為電能并加以利用，這種無(wú)緣式的能量收集對(duì)于未來(lái)的日常生活、野外生存、偏遠(yuǎn)地區(qū)信號(hào)采集等都有著廣泛的應(yīng)用前景。

基于上述說(shuō)明，已有的一種基于摩擦生電的懸浮式能量收集背包，如申請(qǐng)?zhí)?01900337479.0的專利，包括減重沖擊單元、層式摩擦起電單元以及一對(duì)單向移動(dòng)直線滑軌單元。該裝置利用了滑輪組、彈性繩、用于摩擦起點(diǎn)的電極板，在人體行進(jìn)的過(guò)程中利用背包的上下移動(dòng)，將機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化的能量收集。

該背包的的不足之處在于：背包采用了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，體積大背負(fù)不方便，隨之帶來(lái)的重量也必定會(huì)影響背包的使用；另外，該背包主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的在于減重方面，對(duì)于能量收集方面只考慮了收集在人背負(fù)著背包行進(jìn)時(shí)背包上下移動(dòng)的能量，并未考慮水平方向上的能量收集。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的的主要目的在于，提供一種基于復(fù)合摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的能量收集背包，其可以將人體背負(fù)背包運(yùn)動(dòng)時(shí)引發(fā)的背包運(yùn)動(dòng)的能量收集并轉(zhuǎn)化為電能，避免了上述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并能做到收集多種形式能量，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，適用范圍廣泛。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于復(fù)合納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的能量收集背包，其包括背包主體、能量轉(zhuǎn)換單元和背包肩帶。其特征在于：能量轉(zhuǎn)換單元對(duì)稱分布置于背包內(nèi)部，位于與人體背部接觸的位置，能量裝換單元的上端與肩帶固連，能量裝換單元的下端與背包主體固連。

所述能量轉(zhuǎn)換單元包括：內(nèi)部中空的殼體、垂直分離式摩擦發(fā)電機(jī)以及圓筒型摩擦發(fā)電機(jī)，如圖3所示殼體有兩個(gè)空腔，用于在垂直方向上平行安裝兩個(gè)發(fā)電模塊，其中垂直分離式摩擦發(fā)電機(jī)位于遠(yuǎn)離背包接觸人體的一面，圓筒型摩擦納米發(fā)電機(jī)與殼體上下兩端相連。殼體采用具有一定彈性變形的材料，例如橡膠材料、纖維材料等，具體材料可以綜合背包的使用范圍選擇。

進(jìn)一步地，垂直分離式摩擦分離發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示，由兩個(gè)平面電極以及介于兩者之間的彈性波浪形電極組成。平面電極由電極層和摩擦層組成，摩擦層靠近彈性波浪形電極。在背包與背部反復(fù)擠壓的過(guò)程中，反復(fù)壓縮波浪形電極，并縮短兩電極板和波浪形電極之間的距離。

前述垂直分離式摩擦分離發(fā)電機(jī)的平面電極的摩擦層采用聚四氟乙烯材料，平面電極的電極層為沉積在聚四氟乙烯表面的銅電極，彈性波浪形電極采用經(jīng)過(guò)熱變形制作成波浪形的Kapton，再其上下表面沉積一層銅作為電極。

進(jìn)一步地，圓筒型納米發(fā)電機(jī)模塊由至少一個(gè)圓筒型摩擦發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)組成，其中圓筒型摩擦發(fā)電機(jī)豎直放置，其上下兩端與殼體相連。