[发明专利]基于内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置

说明书

本发明提供基于内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置，包括菱形支架，菱形支架的四个侧壁通过铰接件铰接.菱形支架的四个内壁上均铰接有一连接杆，其中两根相邻的连接杆末端铰接第一支撑板的两端，构成U形撑；U形撑内部具有抵柱和中空管，中空管垂直固定在支撑板上，中空管内具有弹簧，所述抵柱一端固定在铰接件上，另一端插入到中空管中。支撑板上依次布置金属导体层与介电材料层。菱形支架合拢时，两个支撑板上的介电材料层接触，产生摩擦电荷；后受弹簧压缩后的反向力，两层介电材料分离，从而由摩擦电荷产生感应电场，形成电势差。相较于现有的振动俘能装置，本发明具有占用空间小，使用寿命长、易与其他加工工艺集成、高能量转化率、精度优良的优势。

技术领域

本发明涉及接触式摩擦发电俘能装置，尤其涉及基于内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置。

背景技术

振动是一种我们日常生活中最常见的机械运动，它存在于人体运动、公共汽车行驶、桥梁振动，等等。从环境中的机械振动采集能量来给电子器件供电可以广泛应用于健康监测、基础设施的监测以及环境保护和治安监测等。目前振动能的采集主要是基于压电效应、电磁感应效应、静电效应和磁力控制效应，而这些工作模式都需要器件在其共振频率及其很窄的范围内才能有效工作。但是，环境中的振动往往有很宽的频谱分布，甚至很多时候会随着时间的变化而变化，这些因素都会使以前的工作模式不能很好地对环境中的振动能量进行采集。因而，能在低频范围内以及较宽频率范围内有效工作的静电发电装置，有着较好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置，该装置具有微型化、易加工、输出电压高、较高的能量转化率等优点。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：基于内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置，该发电装置采集振动能量，并将机械量转换为电能，该摩擦发电装置包括菱形支架，菱形支架的四个侧壁通过铰接件铰接，所述菱形支架的四个内壁上均铰接有一连接杆，其中，两根相邻的连接杆末端铰接第一支撑板的两端，构成U形撑，相对的其余两根连接杆末端铰接第二支撑板两端，构成U形撑；U形撑内部具有抵柱和中空管，中空管垂直固定在支撑板上，中空管内具有弹簧，所述抵柱一端固定在铰接件上，另一端插入到中空管中。支撑板上依次布置金属导体层与介电材料层。两个支撑板上的介电材料层的极性相反。菱形支架合拢时，两个支撑板上的介电材料层接触，产生摩擦电荷，抵柱压缩中空管中的弹簧；后受弹簧的反向力，菱形支架张开，两层介电材料分离，从而由摩擦电荷产生感应电场，形成电势差。这样接触式摩擦发电单元将振动的机械能转化为电能。

进一步地，所述的抵柱用刚性材料制成，以满足抵柱在结构合拢时不发生弯曲。

进一步地，还包括一壳体，用于约束菱形支架仅在其所在平面内发生运动。

进一步地，该静电发电装置还包括电能输送电路，输送电路包括电线与蓄电装置，金属导体层通过电线与蓄电装置相连，给蓄电池充电。

进一步地，所述菱形支架与U形撑由橡胶板制成。

进一步地，所述中空管末端具有限位结构，防止抵柱脱离中空管。

进一步地，中空管需要和U形撑的支撑板固结，且与抵柱始终接触，并保证抵柱能够在中空管中滑动。从而来达到理想的加压效果，获得更大的输出电压。

本发明的有益效果是：基于振动的接触式静电俘能装置，能够将机械能转化为电能，并为其他外接电子设备供电。相较于现有的振动俘能装置，本发明具有使用寿命长、易与其他加工工艺集成、输出电压更高、高能量转化率的优势。

附图说明

图1是该内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置的结构图。

图2是振动条件下该内置U形撑的菱格状结构摩擦发电装置初始运动状态示意图。