[实用新型]一种复合式能量采集器及可穿戴电子设备

说明书

本实用新型公开了一种复合式能量采集器及可穿戴电子设备。所述复合式能量采集器包括上主体和下主体，上主体和下主体相对设置且间隔形成空腔；上主体由上往下依次包括：磁铁、上电极、摩擦薄膜；下主体由上往下依次包括：中电极、压电薄膜、具有感应线圈的绝缘层、下电极；受到外力挤压时上主体与下主体相互接触摩擦。本实用新型提出了压电、摩擦及电磁三种耦合方式的发电系统，实现三种发电方式的优势互补，可输出高的电压及电流信号，不仅解决了传统单一发电形式输出功率小，不易被人体可穿戴电子器件所使用的问题；而且本实用新型结构简单、容易制造、成本低，易于微型化，更稳定，更便于人体可穿戴电子器件使用。

技术领域

本实用新型涉及能量转化器件技术领域，涉及一种能适应外部挤压的摩擦-压电-电磁复合式能量采集器。

背景技术

随着能源清洁化、高效化趋势的日益增强，新型能量采集装置的相关研究工作近年来取得较大进展。在宏观方面，社会的正常运转和人们的日常生活都有赖于常规能源或新能源所产生和输送而来的电能；在微观方面，个人电子产品、植入式生物传感器、微电子机械系统、环境监测传感器甚至小到纳米机器人、微型马达等都需要独立、持久性的供能装置来提供动力。

目前将机械能转化为电能，包括电磁感应、静电感应、压电效应和摩擦发电。但上述基于单一特性的发电装置，均受到不同的制约和限制，如：基于压电特性的发电机输出电量高，充电能力强，但输出电压不高；基于摩擦特性的发电机输出电压高，但输出电流小，且输出脉冲宽度窄，充电能力弱，等等。

而将单一特性发电结构巧妙组合的复合式采集装置效率高、应用面广，适合代替传统单一的能量采集装置。

在此方面，如中国实用新型专利CN201610243461.0、摩擦-压电-磁电复合式振动微能源采集器，其将一块磁铁悬浮起来作为微型能源采集器的敏感单元，提高了敏感部件的灵敏度，从而实现机械能的采集；同时，通过将具有互补工作模式的压电、磁电、摩擦三种发电单元集成，从而实现对机械能的高效采集。由中间向两侧，采集器依次包含电磁铁、摩擦薄膜、电磁感应线圈、压电层和结构基座，电磁层采用磁悬浮设计，避免了传统结构中敏感元件上面的机械连接，可以感应更微小的机械振动；压电层采用了一端固定并连接电极，另一端错位支撑的结构设计，而且利用磁场同极相斥的原理，感应敏感元件(悬浮磁铁)的位移变化，使压电薄膜发生形变。摩擦层采用叠放双层膜的方式，利用悬浮磁铁震动接触摩擦层，在两层摩擦膜之间感应电荷。但仍存在结构复杂、不易制造而且难以微型化等问题。

再如中国实用新型专利CN201710270093.3、一种电磁摩擦压电复合式能量采集器，具体地，其采集器壳体内部两侧放置永磁铁，转轴通过轴承与壳体连接，内凹形设计的悬臂梁固连在转轴上，悬臂梁两端分别固定连接半球形质量块，覆有缓冲层的压电陶瓷安装于壳体内部，悬臂梁上缠绕有线圈，线圈外附有第二摩擦层，第二摩擦层与壳体之间相应位置处依次为第一摩擦层、柔性压电材料与绝缘填充层，采集的能量通过第一电极层与第二电极层外接线路输出，第一电极层连接柔性压电材料和第一摩擦层，第二电极层位于转轴上部，通过导线连接线圈和第二摩擦层。优点是将振动能转化为电能，对输出能量叠加放大，进一步提高器件的能量转换效率。但仍存在结构复杂、不易制造、成本高而且实用化难等问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种复合式能量采集器，本实用新型提出了压电、摩擦及电磁三种耦合方式的发电系统，实现三种发电方式的优势互补，可输出高的电压及电流信号，不仅解决了传统单一发电形式输出功率小，不易被人体可穿戴电子器件所使用的问题；而且本实用新型结构简单、容易制造、成本低，易于微型化，更稳定，更便于人体可穿戴电子器件使用，也解决了现有复合型发电机结构复杂、制造成本高、实用稳定性差的问题；本实用新型充分利用外界压力导致机械能转换为电能，外加力导致压电、摩擦及电磁三种方式同时作用发电，解决人体可穿戴电子器件长期供电问题，当外界作用于器件运动时，可实现机械能到电能的有效转换，该转换的能量可用于人体可穿戴器件持续供电。