基于摩擦纳米发电机的无线充电装置的制作方法

本发明涉及一种无线充电装置，特别涉及一种基于摩擦纳米发电机的无线充电装置。

背景技术：

无线充电技术可使我们摆脱线缆的束缚，获得便捷、友好简单、增强防尘防水等体验。无线充电技术逐渐受到人们的青睐并迅猛发展，从低功耗电动牙刷到大功率电动汽车，无不展示出其惊人的魅力。传统无线充电技术是基于电磁效应使用电磁波实现电能的无线传输，并在产业化的道路上越走越远。

另一方面，其他新型无线充电技术也接踵而至，如美国华盛顿大学研发的wifi充电、ubeam公司的超声波充电、微软提出的聚焦光线充电等，作为不可忽视的力量得到一定的发展，弥补着传统的技术的不足和空白。而以上无线充电技术均难以用在金属等固体介质上，可见传统无线充电技术还有着巨大的潜质有待挖掘。

在2006年，美国佐治亚理工学院王中林院士首次提出了纳米发电机，并在过去十年间不断发展并备受瞩目，现已发展为可收集几乎一切机械能的新能源器件，从人体运动到海洋蓝色能源，从手机充电到雾霾治理，都展现出一定应用前景。摩擦纳米发电机作为其中重要一员，通过使用两种摩擦电序不同材料之间摩擦起电效应和静电感应效应，其可将机械振动能转化成电信号输出。有别于气体，固体中的机械振动能，能更好地维持和低损耗传播，不失作为无线充电的中间能量形态。

技术实现要素：

针对现有的问题，本发明的目的在于提供一种基于摩擦纳米发电机的无线充电装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于摩擦纳米发电机的无线充电装置，其特征在于：包括能实现电能到机械能转换的振动器、传播机械能的固体介质板以及实现机械能到电能转换的摩擦纳米发电机，所述振动器和摩擦纳米发电机分别固定在固体介质板的两侧。

振动器将电能转换成机械能并在固体介质板中传播，而所使用的摩擦纳米发电机将接收机械振动实现机械能到电能转换。以上整体组成了一套无线传输/充电方案，实现电能在固体介质板中的无线传输。

振动器振动带动固体介质板振动，固体介质板振动的同时，摩擦纳米发电机将振动能转化成电能。在摩擦起电效应和静电感应下，在输出电极有负载状态下输出交变电流。摩擦纳米发电机输出的电能通过整流电路可为电容器供电，从而下一步为低功耗电子设备供电。摩擦纳米发电机作为无线传输方案的后端，提供了一种基于机械波为中间能量形态的无线传输方式，为在固体材质甚至金属板材之间实现无线电能传输提供了一种可能。

上述方案中：所述振动器为低频共振器。低频共振器频率低于1000赫兹。共振器根据外部输入信号可在其底座上产生强度(振幅)和频率不同的机械振动，并和连接底座的固体介质板共振，实现固体介质板的同频率共振。

上述方案中：所述固体介质板一端固定或两端固定。也可以不固定。

上述方案中：所述摩擦纳米发电机包括由亚克力薄板围成的亚克力框，摩擦材料放置在亚克力框中，两片金属弹片分别覆盖在亚克力框的上表面和下表面，两片金属弹片均能与亚克力框中的摩擦材料接触，两片金属弹片各连接导线作为输出电极，所述摩擦纳米发电机通过其一侧固定在固体介质板上，且所述金属弹片与固体介质板之间做绝缘处理。固体介质板振动的同时，摩擦材料与两金属弹片来回接触，在摩擦起电效应和静电感应下，在输出电极有负载状态下输出交变电流。所设计的摩擦纳米发电机具有较好的转换效率和频带响应。

上述方案中：所述摩擦材料为ptfe膜。其它电负性强的绝缘驻极体材料也可以。

上述方案中：所述振动器和摩擦纳米发电机分别通过泰富龙双面胶带固定在固体介质板上。泰富龙双面胶能实现金属弹片与固体介质板之间绝缘。

上述方案中：所述振动器和摩擦纳米发电机分别固定在固体介质板两侧的中心。

上述方案中：所述固体介质板为金属板材或塑料板或玻璃板。

上述方案中：所述金属板材为铝板或铁板或铜板。

上述方案中：所述固体介质板为亚克力板或酚醛树脂或环氧树脂板材。

本发明的有益效果是：本发明的无线电能传输装置设计合理，制作简单、成本低廉、独特的三明治结构不仅有效地透过固体板材实现电能传输，还极大扩大了方案的应用范围，比如加密通讯领域、无损检测领域、植入式电子器件等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为采用不同材质的固体介质板在固体介质板一端固定下，输出短路电流图(a)和短路电压(b)实验数据图，以及采用不同固体介质板下最佳驱动频率下的输出电荷量数据图(c)。根据图c最佳驱动频率下，给4.7微法的商业电容器充电的电压变化图(d)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1

基于摩擦纳米发电机的无线充电装置由能实现电能到机械能转换的振动器1、传播机械能的固体介质板2以及实现机械能到电能转换的摩擦纳米发电机组成，振动器1和摩擦纳米发电机分别固定在固体介质板2的两侧。如固定在中心，优选振动器1为低频共振器。所述固体介质板可一端固定或两端固定。固体介质板2为金属板材或塑料板或玻璃板。如为铝板或铁板或铜板或亚克力板或酚醛树脂或环氧树脂板材。

摩擦纳米发电机包括由亚克力薄板3围成的亚克力框，亚克力框为至少由四片亚克力薄板围成的矩形框，摩擦材料5放置在亚克力框中，摩擦材料5为ptfe膜。两片金属弹片4分别覆盖在亚克力框的上表面和下表面，两片金属弹片4均能与亚克力框中的摩擦材料5接触，两片金属弹片4各连接导线作为输出电极，摩擦纳米发电机通过其一侧固定在固体介质板2上，也就是说，通过其中一块金属弹片4固定，且所述金属弹片与固体介质板之间做绝缘处理。如振动器1和摩擦纳米发电机分别通过泰富龙双面胶带固定在固体介质板2上的两侧中心。泰富龙双面胶带能实现金属弹片4与固体介质板2绝缘。

如图2，目前最佳输出的短路电流、开路电压和单位时间转移电荷量分别可达到4.78μa、18.8v和1.09μc/s，条件为采用固体介质板2单边固定下:共振器和摩擦纳米发电机分别贴于长宽为20cm厚为3mm的亚克力板(固体介质板2)中间两侧。共振器最佳对的振动频率为170hz。发电机输出的电能能达到为4.7微法的商业电解电容器供电，其中非金属固体介质板下将电容器充电至10伏用时不超过33秒，而金属固体介质板下至少需要86秒，依然有着一定的输出性能。

本发明不局限于上述具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。总之，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于摩擦纳米发电机的无线充电装置，其特征在于：包括能实现电能到机械能转换的振动器、传播机械能的固体介质板以及实现机械能到电能转换的摩擦纳米发电机，所述振动器和摩擦纳米发电机分别固定在固体介质板的两侧。本发明的无线电能传输装置设计合理，制作简单、成本低廉、独特的三明治结构不仅有效实现能量转存，还极大扩大了方案的应用范围，比如加密通讯领域、无损检测领域、植入式电子器件等，实现电能穿透固体传输。

技术研发人员：胡陈果;刘官林;王雪;奚伊
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2017.11.28
技术公布日：2018.03.02