[发明专利]用于环境热能和振动能收集的装置

说明书

本公开涉及一种芯片上集成电路，其可以包括串联连接并且产生AC噪声信号的多个电容器。所述AC噪声信号的选定带宽传输通过所述串联电容器作为第一AC功率信号。相应整流器经定位用于接收所述第一AC功率信号的正循环和所述第一AC功率信号的负循环。输出端子连接到所述相应整流器，并被配置为连接到芯片外电路。所述电容器可以是固定间隙电容器或可变间隙电容器。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年4月22日提交的名称为“环境热能和振动能收集”的美国临时专利申请序列号63/013,631的优先权，并通过引用将其并入。

技术领域

所公开的技术总体上涉及用于收集热能和振动能的系统、装置和方法。

关于联邦政府资助研究的声明

本公开中提出的研究在开发操作期间不依赖任何政府资金。

背景技术

能量收集是从外部来源捕获传统能量的实践，但也利用新兴技术捕获从热能源、振动源(例如车辆、机器、建筑物和人类运动)和动能源产生的能量。然后，所捕获的能量可用于各种应用。例如，电容器长期以来一直是储能的标准设备，但新技术允许实现其他能量收集方法。

在较新的实施例中，电容器极板可以是可变间隙电容器，其能够实际产生交流电，该交流电可以经整流用于功率存储。参见美国专利公开号20190386584(“能量收集装置和传感器及其制造和使用方法”)，该专利通过引用并入本文，如同完全阐述一样。在共同拥有的‘584公开中，极板(可选地为石墨烯膜)固定在一端，并且当其被施加的能量、环境能量、振动、热、光等激发时，将在两个末端之间上下振动。通过在两个末端之间弯曲和振荡，在极板表面上形成的应变/应力可用于捕获能量。

在一个示例中，即使在机械安静的环境中，原子尺度的振动也普遍存在。这是由于材料保持在绝对零度以上的某个温度，并且这种振动被称为热振动。正是关于这些及其他考虑事项，介绍了下面描述的各种实施例。

热能，诸如引起上述振动的热能，也在许多其他电路中引起电响应。然而，如果热能要被收集用于其他应用，则热能产生的信号不仅必须被捕获，而且必须被转换成可靠、稳定的功率信号。目前在能源领域中存在对用于收集由热系统甚至环境热条件下产生的电能的电路、方法和系统的需求。

发明内容

在一个实施例中，一种能量收集系统包括连接到至少一个电容器的DC电压源，该至少一个电容器产生AC噪声信号。AC噪声信号的选定带宽传输通过电容器作为第一AC功率信号，并且相应的二极管整流第一功率信号，以用第一AC功率信号对正循环存储电容器和负循环存储电容器充电。

在另一个实施例中，AC噪声信号是热噪声信号，并且至少一个电容器是串联连接的多个电容器。

在另一个实施例中，电容器被配置为具有1皮可法拉的存储容量。

在另一个实施例中，第一AC功率信号在第一AC功率信号的正循环期间通过正向偏压二极管进行整流，以产生输出功率信号。

在另一个实施例中，第一AC功率信号在第一AC功率信号的负循环期间通过反向偏压二极管进行整流，以产生输出功率信号。

在另一个实施例中，二极管被配对为子单元，并且子单元连接到正循环金属迹线连接和负循环金属迹线连接，并且子单元以与正循环金属迹线连接和负循环金属迹线连接的相应连接进行重复。

在另一个实施例中，正向偏压二极管和反向偏压二极管连接到Cockcroft-Walton全波整流器和倍增器电路中的附加二极管。

在另一个实施例中，能量收集系统中的多个电容器是可变间隙电容器，该可变间隙电容器从AC噪声信号产生第一AC功率信号，并且从可变间隙电容器放电循环产生第二AC功率信号。