一种基于压电和摩擦电的能量收集装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能量收集装置，尤其涉及一种基于压电和摩擦电的能量收集
目.0
【背景技术】
[0002]物体和物体之间相互摩擦时会使一方带上负电，另一方带上正电，这种由于物体间摩擦而产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，且摩擦电的产生条件非常宽泛。依据物体摩擦发电现象研制的一类发电机称为摩擦发电机。
[0003]另外，某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，这种现象叫做压电效应。依据电介质压电效应研制的一类发电机称为压电发电机。
[0004]目前，对于自然能量(如振动机械能等)的收集一般都是单独采用摩擦发电机或压电发电机，由此导致能量转换效率低，而摩擦发电机与压电发电机的工作原理有接近之处，故存在将两者结合以提高能量收集效率的可能性。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种能够提高能量收集效率的基于压电和摩擦电的能量收集装置。
[0006]为实现上述目的，本实用新型的一种基于压电和摩擦电的能量收集装置的具体技术方案为:
[0007]一种基于压电和摩擦电的能量收集装置，包括至少两个相对设置的发电组件，发电组件具有弹性，且发电组件的一端固定设置，另一端活动设置，相对设置的两个发电组件中包括摩擦发电机和压电发电机，在外力的作用下，相对设置的两个发电组件可发生形变并相互接触，以通过发电组件中的摩擦发电机和压电发电机产生电能。
[0008]本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的优点在于:
[0009]I)本实用新型的能量收集装置中组合了压电发电和摩擦发电两种方式，在单次能量收集的过程中可以获得叠加的效果，提高了能量收集的效率。
[0010]2)本实用新型的能量收集装置中采用发电组件一端固定、一端活动的设置形式，提高了能量收集的灵敏度，减低了能量收集过程中的阻力损耗。
[0011]3)本实用新型的能量收集装置结构简单、制备方便，可以收集自然界中的各种振动机械能，具有广泛的应用场合。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的第一实施例的结构示意图；
[0013]图2为本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的第二实施例的结构示意图；
[0014]图3为本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的第三实施例的结构示意图；
[0015]图4为本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的第四实施例的结构示意图；
[0016]图5为本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的第五实施例的结构示意图；
[0017]图6为本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置的第六实施例的结构示意图；
[0018]图7为本实用新型中的摩擦发电机的第一实施例的结构示意图；
[0019]图8为本实用新型中的摩擦发电机的第二实施例的结构示意图；
[0020]图9为本实用新型中的摩擦发电机的第三实施例的结构示意图；
[0021]图10为本实用新型中的压电发电机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种基于压电和摩擦电的能量收集装置做进一步详细的描述。
[0023]如图1至图10所示，本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置包括至少两个相对设置的发电组件，发电组件具有弹性，且发电组件的一端固定设置，另一端活动设置，相对设置的两个发电组件中包括摩擦发电机和压电发电机，在外力的作用下，相对设置的两个发电组件可发生形变并相互接触，以通过发电组件中的摩擦发电机和压电发电机产生电能。由此，本实用新型的能量收集装置中组合了压电发电和摩擦发电两种方式，在单次能量收集的过程中可以获得叠加的效果，提高了能量收集的效率。
[0024]进一步，如图1至图4所示，在这四个实施例中，发电组件包括相对设置的第一发电组件10和第二发电组件20，第一发电组件10和第二发电组件20具有弹性，第一发电组件10包括第一摩擦发电单元50，第二发电组件20包括层叠设置的第二摩擦发电单元60和压电发电单元70，第一发电组件10中的第一摩擦发电单元50和第二发电组件20中的第二摩擦发电单元60相对设置，以形成摩擦发电机，压电发电单元70形成压电发电机。由此，当有外力作用于能量收集装置中的第一发电组件10和/或第二发电组件20上时，第一发电组件10和/或第二发电组件20可发生形变并相互接触，进而便可通过第一发电组件10和第二发电组件20中的摩擦发电机和压电发电机产生电能。
[0025]进一步，第二发电组件20的远离第一发电组件10的一侧设置有第三发电组件30，第三发电组件30和第二发电组件20相对设置，第二发电组件20中压电发电单元70的两侧分别设置有第二摩擦发电单元60，第三发电组件30包括第一摩擦发电单元50，第二发电组件20中的第二摩擦发电单元60和第三发电组件30中的第一摩擦发电单元50相对设置，以形成摩擦发电机。由此，当有外力作用于能量收集装置中的第一发电组件10和/或第二发电组件20和/或第三发电组件30上时，第一发电组件10和/或第二发电组件20和/或第三发电组件30可发生形变并与相邻的发电组件发生相互接触，进而便可通过第一发电组件10、第二发电组件20和/或第三发电组件30中的摩擦发电机和压电发电机产生电能。
[0026]进一步，如图5和图6所示，在这两个实施例中，发电组件包括相对设置的第一发电组件10和第二发电组件20，第一发电组件10包括层叠设置的压电发电单元70和第一摩擦发电单元50，第二发电组件20包括第二摩擦发电单元60，第一发电组件10中的第一摩擦发电单元50和第二发电组件20中的第二摩擦发电单元60相对设置，以形成摩擦发电机，压电发电单元70形成压电发电机。由此，当有外力作用于能量收集装置中的第一发电组件10和第二发电组件20上时，第一发电组件10和/或第二发电组件20可发生形变并相互接触，进而便可通过第一发电组件10和第二发电组件20中的摩擦发电机和压电发电机产生电能。
[0027]进一步，第二发电组件20的远离第一发电组件10的一侧设置有第三发电组件30，第三发电组件30和第二发电组件20相对设置，第二发电组件20中层叠设置有两个第二摩擦发电单元60，第三发电组件30包括层叠设置的压电发电单元70和第一摩擦发电单元50，第二发电组件20中的第二摩擦发电单元60和第三发电组件30中的第一摩擦发电单元50相对设置，以形成摩擦发电机，压电发电单元70形成压电发电机。由此，当有外力作用于能量收集装置中的第一发电组件10和/或第二发电组件20和/或第三发电组件30上时，第一发电组件10和/或第二发电组件20和/或第三发电组件30可发生形变并与相邻的发电组件发生相互接触，进而便可通过第一发电组件10、第二发电组件20和/或第三发电组件30中的摩擦发电机和压电发电机产生电能。
[0028]此外，应注意的是，如图1至图6所示，本实用新型中的第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30的一端分别固定设置在固定基础上，另一端活动设置，且第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30具有弹性，可在外力的作用下相对摆动，进而发生形变并相互接触。其中，第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30的弹性可通过第一摩擦发电单元50、第二摩擦发电单元60和压电发电单元70所选用的材料实现，优选的是，第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30在自由状态下呈平直状态，相互不接触，而在受到外力的作用下可发生形变并相互接触。例如，第一摩擦发电单元50、第二摩擦发电单元60中优选采用PET、PVC、POM等材料制作高分子聚合物绝缘层，优选采用铜片或金属合金片等材料制作电极层；压电发电单元70优选采用压电陶瓷、PVDF或利用多孔PTFE、PP制作的驻极体材料。当然，应注意的是，本实用新型中的第一摩擦发电单元50、第二摩擦发电单元60和压电发电单元70的制作材料并不局限于上面的描述，如第一摩擦发电单元50、第二摩擦发电单元60中的高分子聚合物绝缘层也可以采用具有压电性的聚合物材料(如极化的PVDF，极化的多孔PTFE、PP等)制作，或者也可以采用下文中描述的材料制作。
[0029]进一步，如图1和图2所示，第二发电组件20的活动设置的端部上设置有用于增加第二发电组件20惯性的加重件40，以便加强第二发电组件20在第一发电组件10和第三发电组件30之间的振动效果。应注意的是，如图3至图6所示，第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30的活动设置的端部上优选分别设置有用于增加第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30惯性的加重件40。此外，本实用新型中的第二发电组件20上的固定设置的端部与活动设置的端部之间的长度优选大于第一发电组件10、第三发电组件30上的固定设置的端部与活动设置的端部之间的长度，由此，第一发电组件10、第二发电组件20和第三发电组件30便具有不同的谐振频率，因此可以收集振动的频率更宽。
[0030]下面结合图7至图9，对本实用新型的基于压电和摩擦电的能量收集装置中的摩擦发电机的结构进行说明。
[0031]如图7所示，其示出了本实用新型中的摩擦发电机的第一种结构。本实施例中，摩擦发电机中的第一摩擦发电单元50包括第一电极层51，第二摩擦发电单元60包括层叠设置的第二电极层61和第二高分子聚合物绝缘层62。其中，第一电极层51和第二高分子聚合物绝缘层62相对设置形成摩擦界面，第一电极层51与第二高分子聚合物绝缘层62表面相互摩擦可产生静电荷，第一电极层51和第二电极层61为摩擦发电机的输出电极。另外，为了提高摩擦发电机的发电能力，第一电极层51和第二高分子聚合物绝缘层62相对设置的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构，因此，第一电极层51和第二高分子聚合物绝缘层62的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极层51和第二电极层61处感应出较多的电荷。
[0032]其中，第二高分子聚合物绝缘层62为选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维海绵薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯