本申請涉及，具體涉及一種變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，具有輕薄便攜、集成度高的可穿戴式電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，而傳統(tǒng)的電池供電方式面臨反復(fù)充放電、具有環(huán)境污染等諸多問題。

2、隨著低功耗集成電路、無線通訊和移動電子的快速發(fā)展大大降低了對功耗的要求，目前許多傳感器的功耗已經(jīng)降到毫瓦甚至微瓦級，使用能量收集裝置作為傳感器的供電裝置的可能性提高。綜合考慮人體運動時具有的低頻、較小振幅、運動時的振動方向不確定等特點，使用摩擦納米發(fā)電機的方式進行發(fā)電具有較高可靠性、較強的環(huán)境適應(yīng)性、總體輸出較高、制作與原理簡單、環(huán)保等優(yōu)勢，且更適用于對人體低頻運動狀態(tài)下的能量采集。但目前穿戴式摩擦納米發(fā)電機對于低頻振動能量采集效率不高，甚至在更低頻的情況下無法采集到能量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本申請旨在提供一種變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置及其制備方法，以提升目前穿戴式摩擦納米發(fā)電機對于低頻振動能量采集效率。

2、第一方面提出一種變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，包括：

3、變頻機構(gòu)，所述變頻機構(gòu)包括：

4、質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊用于感應(yīng)人體低頻振動并產(chǎn)生相應(yīng)的振動運動；

5、變頻組件，所述變頻組件包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件和與其連接的傳動組件，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件與所述質(zhì)量塊連接，所述質(zhì)量塊的振動運動可帶動所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件驅(qū)動所述傳動組件以低頻振動頻率對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)；

6、發(fā)電機構(gòu)，所述發(fā)電機構(gòu)包括第一殼體，所述第一殼體上貫穿設(shè)有轉(zhuǎn)動桿，所述轉(zhuǎn)動桿與所述傳動組件連接，所述轉(zhuǎn)動桿上粘貼有摩擦材料，所述第一殼體的內(nèi)表面與所述摩擦材料的相對位置貼附有電極組件，當所述傳動組件旋轉(zhuǎn)時，所述摩擦材料與所述電極產(chǎn)生相對位移的摩擦，實現(xiàn)電荷的周期性轉(zhuǎn)移，以產(chǎn)生周期性交變電流。

7、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述變頻機構(gòu)包括第二殼體，所述質(zhì)量塊設(shè)于所述第二殼體內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件為主動齒輪，所述主動齒輪通過第一連接桿與所述質(zhì)量塊連接，所述傳動組件包括與所述主動齒輪嚙合連接的從動齒輪，所述從動齒輪與所述轉(zhuǎn)動桿連接；所述從動齒輪與所述主動齒輪的齒數(shù)比為2:3。

8、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述從動齒輪靠近所述發(fā)電機構(gòu)側(cè)連接有傳動桿，所述傳動桿的遠離所述從動齒輪端與所述轉(zhuǎn)動桿連接。

9、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述變頻機構(gòu)還包括單向軸承，所述單向軸承與所述主動齒輪連接；當人體處于正向振動激勵時，所述單向軸承處于卡死狀態(tài)，當人體處于反向振動激勵時，所述單向軸承處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

10、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述轉(zhuǎn)動桿上周向呈陣列分布有若干個第一安裝桿，所述第一安裝桿置于所述第一殼體內(nèi)，每兩個相鄰的所述第一安裝桿形成一個安裝部，所有所述安裝部上間隔粘貼有所述摩擦材料。

11、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述電極組件包括若干個第一電極和與所述第一電極數(shù)量相同的第二電極，所述第一電極和所述第二電極交錯設(shè)于所述第一殼體的內(nèi)表面；所述第一電極和所述第二電極均為激光誘導(dǎo)石墨烯電極。

12、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述第二殼體上具有與所述第二殼體一體成型的安裝板，所述安裝板上設(shè)有所述主動齒輪的第一轉(zhuǎn)動軸。

13、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述摩擦材料為聚醚醚酮。

14、根據(jù)本申請實施例提供的技術(shù)方案，所述傳動桿和所述轉(zhuǎn)動桿可分體設(shè)置或一體設(shè)置。

15、第二方面提出一種變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置的制備方法，用于制備裝置中的電極組件；如圖5所示，包括以下步驟：

16、s1、使用無水乙醇對nomex絕緣紙進行清潔；其中，nomex絕緣紙厚度為180μm；

17、s2、使用波長為10.6μm的co2激光器，以40μm?的掃描間隔、400mm/s的掃描速度、9w的激光功率發(fā)射脈沖激光，在nomex絕緣紙上進行激光誘導(dǎo)，形成激光誘導(dǎo)石墨烯；

18、s3、使用pu對激光誘導(dǎo)石墨烯進行封裝，并將封裝后的激光誘導(dǎo)石墨烯放置在真空烘箱中固化；

19、s4、以30μm的掃描間隔、20mm/s的掃描速度、6w的激光功率發(fā)射脈沖激光，將封裝后的激光誘導(dǎo)石墨烯切割成與第一殼體的內(nèi)表面適配的預(yù)定結(jié)構(gòu)，所述預(yù)定結(jié)構(gòu)為電極組件；其中，預(yù)定結(jié)構(gòu)的獨立層每段大小為20×20cm2，每相鄰兩段之間有3×0.3cm2的連接。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果在于：本申請的質(zhì)量塊專門用于感應(yīng)人體低頻振動，并產(chǎn)生相應(yīng)的振動運動，人體的振動往往是低頻且不規(guī)則的，質(zhì)量塊能夠敏銳捕捉這種振動，為后續(xù)能量轉(zhuǎn)換提供初始動力。變頻組件中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件與質(zhì)量塊相連，質(zhì)量塊的振動帶動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件，進而驅(qū)動傳動組件以低頻振動頻率對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)，將人體低頻振動的機械能轉(zhuǎn)化為傳動組件的旋轉(zhuǎn)機械能，且通過變頻組件，把低頻振動轉(zhuǎn)化為適合發(fā)電的旋轉(zhuǎn)頻率，解決了人體低頻振動難以直接用于發(fā)電的問題。發(fā)電機構(gòu)的轉(zhuǎn)動桿與傳動組件連接，這樣傳動組件的旋轉(zhuǎn)運動能傳遞到轉(zhuǎn)動桿上，當轉(zhuǎn)動桿隨傳動組件旋轉(zhuǎn)時，摩擦材料與電極產(chǎn)生相對位移的摩擦，根據(jù)摩擦納米發(fā)電機原理，這種摩擦?xí)?dǎo)致電荷的周期性轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生周期性交變電流，成功將機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)了能量采集的目的。

技術(shù)特征：

1.一種變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述變頻機構(gòu)包括第二殼體（1），所述質(zhì)量塊（10）設(shè)于所述第二殼體（1）內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件為主動齒輪（8），所述主動齒輪（8）通過第一連接桿（9）與所述質(zhì)量塊（10）連接，所述傳動組件包括與所述主動齒輪（8）嚙合連接的從動齒輪（7），所述從動齒輪（7）與所述轉(zhuǎn)動桿（4）連接；所述從動齒輪（7）與所述主動齒輪（8）的齒數(shù)比為2:3。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述從動齒輪（7）靠近所述發(fā)電機構(gòu)側(cè)連接有傳動桿，所述傳動桿的遠離所述從動齒輪（7）端與所述轉(zhuǎn)動桿（4）連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述變頻機構(gòu)還包括單向軸承，所述單向軸承與所述主動齒輪（8）連接；當人體處于正向振動激勵時，所述單向軸承處于卡死狀態(tài)，當人體處于反向振動激勵時，所述單向軸承處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述轉(zhuǎn)動桿（4）上周向呈陣列分布有若干個第一安裝桿（6），所述第一安裝桿（6）置于所述第一殼體（2）內(nèi)，每兩個相鄰的所述第一安裝桿（6）形成一個安裝部，所有所述安裝部上間隔粘貼有所述摩擦材料（3）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述電極組件（5）包括若干個第一電極（51）和與所述第一電極（51）數(shù)量相同的第二電極（52），所述第一電極（51）和所述第二電極（52）交錯設(shè)于所述第一殼體（2）的內(nèi)表面，所述第一電極（51）和所述第二電極（52）均為激光誘導(dǎo)石墨烯電極。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述第二殼體（1）上具有與所述第二殼體（1）一體成型的安裝板，所述安裝板上設(shè)有所述主動齒輪（8）的第一轉(zhuǎn)動軸（12）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述摩擦材料（3）為聚醚醚酮。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置，其特征在于：所述傳動桿和所述轉(zhuǎn)動桿（4）可分體設(shè)置或一體設(shè)置。

10.一種變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置的制備方法，用于制備裝置中的電極組件（5）；其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N變頻能量采集摩擦納米發(fā)電機裝置及其制備方法，裝置包括：變頻機構(gòu)包括質(zhì)量塊，用于感應(yīng)人體低頻振動并產(chǎn)生相應(yīng)的振動運動；變頻組件包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件和與其連接的傳動組件，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件與質(zhì)量塊連接，質(zhì)量塊的振動可帶動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件驅(qū)動傳動組件以低頻振動頻率對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機構(gòu)包括第一殼體，其上貫穿設(shè)有轉(zhuǎn)動桿，轉(zhuǎn)動桿與傳動組件連接，轉(zhuǎn)動桿上粘貼有摩擦材料，第一殼體的內(nèi)表面與摩擦材料的相對位置貼附有電極組件，當傳動組件旋轉(zhuǎn)時，摩擦材料與電極產(chǎn)生相對位移的摩擦，實現(xiàn)電荷的周期性轉(zhuǎn)移，以產(chǎn)生周期性交變電流，可以將低頻振動轉(zhuǎn)化為適合發(fā)電的旋轉(zhuǎn)頻率，解決人體低頻振動難以直接用于發(fā)電的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：胡丁宇,高玲肖,楊超,胡寧,趙麗濱,王耀,齊正磐,程娥
受保護的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24