[發(fā)明專利]一種用于低頻運(yùn)動(dòng)的電磁摩擦電混合式能量收集器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011448823.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN112564541B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忠杰;彭緒彰;彭艷;羅均;謝少榮;蒲華燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04;H02K35/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 孫玲

本發(fā)明公開了一種用于低頻運(yùn)動(dòng)的電磁摩擦電混合式能量收集器，包括電磁模塊、摩擦電模塊和彈簧質(zhì)量模塊；電磁模塊包括外殼、磁鐵框架、磁鐵陣列、線圈陣列、線圈框架和線圈導(dǎo)磁柱，彈簧質(zhì)量模塊包括彈簧、質(zhì)量塊和兩個(gè)端蓋，摩擦電模塊包括多個(gè)依次連接的納米摩擦發(fā)電單元；當(dāng)能量收集器受到激勵(lì)后，磁體組件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電磁模塊產(chǎn)生電壓。因外部激勵(lì)而產(chǎn)生的磁體組件運(yùn)動(dòng)也會(huì)使每個(gè)摩擦電單元之間發(fā)生接觸和分離，并產(chǎn)生電壓。由于能量收集器設(shè)計(jì)有較低的共振頻率，因此可以有效從人體運(yùn)動(dòng)中收集能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量收集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于低頻運(yùn)動(dòng)的電磁摩擦電混合式能量收集器。

背景技術(shù)

今年來人類對(duì)于能源的需求和消耗與日俱增，然而如石油，煤炭和各類化學(xué)電池等傳統(tǒng)能源具有許多固有缺點(diǎn)，比如環(huán)境污染、使用壽命有限等。為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，從周圍環(huán)境中收集能量變成了人們研究的一個(gè)前沿?zé)狳c(diǎn)，如太陽(yáng)能，風(fēng)能，潮汐能等。這其中，對(duì)于在便攜式電子設(shè)備中已顯示出優(yōu)秀潛力的小型能量轉(zhuǎn)換方式——壓電、電磁或摩擦電能量收集方法正備受關(guān)注。

對(duì)于我們周圍常見的可持續(xù)能源，如風(fēng)，人體運(yùn)動(dòng)或潮汐等，大多是低頻振動(dòng)尤其是人體運(yùn)動(dòng)(頻率通常低于10赫茲)，其中蘊(yùn)藏了大量的振動(dòng)能量可供收集。但現(xiàn)有的大部分能量收集器的目標(biāo)工作區(qū)間都是數(shù)十赫茲到數(shù)百赫茲的中高頻區(qū)間，很少有研究涉及低頻振動(dòng)的能量收集。因此設(shè)計(jì)出一種能以極低共振頻率從人體運(yùn)動(dòng)等低頻可持續(xù)能源中獲取能量的的能量收集裝置的要求就顯得很迫切。

納米摩擦發(fā)電機(jī)就在這種情況下引起了人們的注意，這是一種基于麥克斯韋轉(zhuǎn)移電荷的新型能量收集和傳感技術(shù)。納米摩擦發(fā)電機(jī)具有較低的工作頻率和較高的功率密度。然而納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電壓高，輸出電流小，不好集成。而電磁式能量收集器的輸出電流大，輸出功率高。因此摩擦電和電磁式可以相互配合，構(gòu)成混合式能量收集器。兩種方式的混合可以提高能量收集效率，從而使系統(tǒng)中更多的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

由此可見，設(shè)計(jì)并開發(fā)一種電磁和摩擦電混合式能量收集器，是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于低頻運(yùn)動(dòng)的電磁摩擦電混合式能量收集器，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，這種混合能量收集器能夠?qū)㈦姶拍芰渴占湍Σ岭娔芰渴占嘟Y(jié)合，能夠充分得利用低頻的人體運(yùn)動(dòng)收集振動(dòng)能量并產(chǎn)生較大的輸出功率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種用于低頻運(yùn)動(dòng)的電磁摩擦電混合式能量收集器，包括電磁模塊、摩擦電模塊和彈簧質(zhì)量模塊；

所述電磁模塊包括外殼、磁鐵框架、磁鐵陣列、線圈陣列、線圈框架和線圈導(dǎo)磁柱；所述外殼包括頂蓋和底蓋，所述頂蓋罩于所述底蓋的頂部，所述磁鐵框架設(shè)置于所述頂蓋和所述底蓋之間，所述磁鐵框架的頂部和底部分別于所述頂蓋和所述底蓋滾動(dòng)連接，所述磁鐵陣列設(shè)置于所述磁鐵框架內(nèi)，所述磁鐵框架的前后端分別設(shè)置有一所述線圈框架，所述線圈框架的外側(cè)設(shè)置有限位部，所述限位部夾持于所述頂蓋和所述底蓋之間，兩個(gè)所述線圈框架的內(nèi)部設(shè)置有由多個(gè)線圈構(gòu)成的線圈陣列，各個(gè)線圈通過線圈導(dǎo)磁柱與所述線圈框架連接；

所述彈簧質(zhì)量模塊包括彈簧、質(zhì)量塊和兩個(gè)端蓋，兩個(gè)所述端蓋分別設(shè)置于所述外殼的兩側(cè)，兩個(gè)所述端蓋的內(nèi)側(cè)均通過彈簧連接有一所述質(zhì)量塊，兩個(gè)所述質(zhì)量塊的內(nèi)側(cè)通過所述摩擦電模塊分別連接所述磁鐵框架的兩側(cè)端面；所述摩擦電模塊包括多個(gè)依次連接的納米摩擦發(fā)電單元。

優(yōu)選地，所述外殼為矩形外殼。

優(yōu)選地，所述磁鐵框架的頂部和底部分別設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)向孔，每個(gè)導(dǎo)向孔內(nèi)滾動(dòng)安裝有導(dǎo)向球，所述頂蓋和所述底蓋的內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向球凸出于所述導(dǎo)向孔的部分與所述導(dǎo)向槽滾動(dòng)連接。

優(yōu)選地，構(gòu)成磁鐵陣列的各個(gè)磁鐵N極、S極交替排布。