[发明专利]基于菱形网格基底的接触式摩擦发电装置

说明书

本发明提供一种基于菱形网格基底的接触式摩擦发电装置，包括四个以上的平板状静电发电单元和四个以上的连接件，所述的连接件包括四根直杆，四根直杆通过铰接件铰接形成一菱形结构；所述平板状发电单元包括基板，基板的正反面均依次涂布有的金属导体层和介电材料层；基板的侧壁与直杆固定；四个基板通过四个连接件连接形成一个用于发电的菱形小格。在周期性往复振动下，菱形小格合拢，此时相邻两边的介电材料层接触，产生摩擦电荷；之后菱形小格受力逐渐张开，内侧壁逐渐分离，从而由摩擦电荷产生感应电场，形成电势差。该装置无需使用燃料能源，仅凭借装置本身就能将振动机械能转化为电能，是一种限制少、效率高、绿色环保的装置，且能够在很宽的频率范围内工作。

技术领域

本发明涉及用于一种基于菱形网格基底的接触式摩擦发电装置，主要用于振动能量的采集。

技术背景

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一种基于菱形网格基底的接触式摩擦发电装置，能够用于振动能量的收集，将振动机械能转化为电能，同时还具备能量转化效率高、应用范围广的特点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于菱形网格基底的接触式摩擦发电装置，包括四个以上的平板状静电发电单元和四个以上的连接件，所述的连接件包括四根直杆，四根直杆通过铰接件铰接形成一菱形结构；所述平板状发电单元包括基板，基板的正反面均依次涂布有的金属导体层和介电材料层；基板的侧壁与直杆固定；四个基板通过四个连接件连接形成一个用于发电的菱形小格；该用于发电的菱形小格中，相邻的基板上的介电材料层的极性相反，相对侧的基板上的介电材料层的极性相同。在周期性往复振动下，菱形小格合拢，此时相邻两边的介电材料层接触，产生摩擦电荷；之后菱形小格受力逐渐张开，内侧壁逐渐分离，从而由摩擦电荷产生感应电场，形成电势差。又将金属导电层与负载电路连接形成回路后，正负电极之间通过外电路转移电荷以平衡感应电势差，即形成电流。

进一步地，所述的连接件中的直杆的长度等于一块基板与其上的两层金属电极层和两层介电材料层的厚度之和。且直杆需要通过粘接剂与每一侧构件的短边相连。直杆用绝缘材料制成。

进一步地还包括一壳体，用于约束整体菱形结构平面外的运动，保证其只发生平面内的变形。

进一步地，还包括电能输送电路，输送电路包括电线与蓄电装置，各个静电发电单元通过电线与蓄电装置相连。

本发明的有益效果是：本发明巧妙的提高了TENG的有效面积，并将各个静电发电单元串并联起来，从而极大地提高了电流输出的功能。又将环境动荷载引起的振动能量转化为电能，经过该装置中的电能输送电路和蓄电装置将电能利用起来。该装置无需使用燃料能源，仅凭借装置本身就能将振动机械能转化为电能，是一种限制少、效率高、绿色环保的装置，且能够在很宽的频率范围内工作。

附图说明

图1是单个静电发电单元的竖直剖面图；

图2是基于菱形网格基底的接触式摩擦发电装置的结构示意图。

图3是振动条件下(当外力背向菱形结构时)摩擦发电单元起始运动状态示意图和完全接触状态示意图。

图4是振动条件下(当外力指向菱形结构时)摩擦发电单元起始运动状态示意图和完全接触状态示意图。