[发明专利]一种双层波浪形杂化纳米发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及将振动能产生的机械能转化为电能的杂化纳米发电机。

背景技术

机械振动能是环境中普遍存在的一种能量形式，持续或阶段性持续振动的振源比较丰富，比如家用电器和工业生产设备工作时产生的振动、人体运动和车辆行驶过程中产生的振动、桥梁的振动等。通常这些能量因为忽略而被白白浪费或被减震系统吸收。因此，通过振动能量采集器将环境中的振动能转化成电能为低功耗电子设备供电，不仅提高了能量的综合利用率，而且为低功耗电子设备提供了新的绿色电源系统，对无线传感器网络、便携式设备等低功耗电子设备的发展和应用具有重要意义。

目前，振动能转化为电能的发电机所利用的原理主要有静电感应，电磁感应和特殊材料的压电性能、静电脉冲发电机等。然而，已经发明的静电感应发电机，由于需要接入外部电源作为启动电压，并且静电式能量收集装置产生的是高电压、低电流和高输出阻抗，从一定程度上限制了静电式能量收集技术的应用范围。静电脉冲发电机在小型化和轻量化方面有所不足，输出功率密度较小，不能满足对各种振动机械能收集的需要。

发明内容

本发明涉及一种可以将自然界、轨道、人体振动等等形式的振动能转化为电能的结构简单的杂化纳米发电机，能够为微无线传感器网络、便携式设备等低功耗电子设备等提供匹配的电源。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术手段：

一种双层波浪形杂化纳米发电机，包括若干平置于摩擦源表面的结构单元组成，在每个结构单元中具有：被固定在上塑料基底101、中塑料基底109、下塑料基底117上镀有电极的塑料膜与镀有电极的波浪弹性塑料片形成的摩擦单元，以及上下线圈与中间永磁铁所形成的电磁单元；

在相邻塑料膜与波浪弹性塑料片构成的摩擦单元中包括：附在上塑料基底101上的第一电极层102和第一摩擦层103，附在波浪弹性塑料片105上的第二电极层104，形成摩擦纳米发电机的第一摩擦发电单元；附在波浪弹性塑料片105上的第三电极层106，附在中塑料基底109上的第四电极层108和第二摩擦层107，形成摩擦纳米发电机的第二摩擦发电单元；附在中塑料基底109上的第五电极层110和第三摩擦层111，附在波浪弹性塑料片113上的第六电极层112，形成摩擦纳米发电机的第三摩擦发电单元；附在波浪弹性塑料片113上的第七电极层114，附在下塑料基底117上的第八电极层116和第四摩擦层115，形成摩擦纳米发电机的第四摩擦发电单元。

所述塑料膜的表面设置有微结构阵列修饰层；

在线圈与永磁铁构成的电磁单元中包括：嵌入上塑料基底101中的线圈118和嵌入中塑料基底109中的永磁铁119构成的第一电磁发电单元：嵌入中塑料基底109中的永磁铁和嵌入下塑料基底117中的线圈120构成的第二电磁发电单元。

所述各摩擦发电单元和电磁发电单元均布置有导电引出线,导出各结构单元的电流向外输出。

本发明发电机在外界振动作用下，所有单元的摩擦发电机的摩擦极性相差较大的表面接触面积增大、减小，所有单元的电磁发电机通过线圈的磁通量发生变化，因而有脉冲电信号输出。

这样，第一电极层102、第四电极层108、第五电极层110、第八电极层116充当背电极，背电极上附有塑料膜103、107、111、115充当摩擦层，波浪弹性塑料片105上有第二电极层104、第三电极层106，波浪弹性塑料片113上有第六电极层112、第七电极层114，这些充当接触电极层。发电机受到外力作用(振动作用)时，使得杂化纳米发电机中塑料基底109上下振动，带动永磁铁119上下振动，使发电单元的第一摩擦层103与第二电极层104的有效接触面积增大减小，在第一电极层102与第二电极层104之间有脉冲电信号输出。上塑料基底101和下塑料基底117中的线圈118和120的磁通量也因为磁铁119的上下振动而变化，因而也有脉冲信号输出。

与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：

1、本发明提供的双层波浪形杂化纳米发电机采用最新的纳米摩擦发电技术，相对于传统造价昂贵，体积及质量庞大的涡轮式风能发电机，它在增强发电适用性，大大的降低成本，同时杂化电磁发电机，提高了单位功率的输出。

2、本发明提供的双层波浪形杂化纳米发电机采用波浪形塑料弹片，为接触电极提供了载体，使得发电机的数目增加，从而有效地增加了摩擦发电机的功率输出，从而有效地将振动机械能转变为电能。