本技術(shù)涉及一種納米發(fā)電機(jī)，特別涉及一種收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

1、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域通過(guò)廣泛分布的信息傳感設(shè)備將萬(wàn)物與互聯(lián)網(wǎng)相連，以進(jìn)行信息交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化感知和管理。傳感技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，主要通過(guò)大量傳感器實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物與物以及物與人之間的信息交互。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用依賴(lài)于龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如何穩(wěn)定、持久且低成本地為數(shù)以萬(wàn)計(jì)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能，成為制約物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。

2、接入電網(wǎng)和攜帶電池是物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)供能方式。然而，通過(guò)電網(wǎng)供能存在成本高的缺陷；使用電池供能則存在需定期更換以及廢舊電池回收難等問(wèn)題。因此，發(fā)展新型供能方式以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自供能對(duì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。通常，物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所處的環(huán)境中存在種類(lèi)繁多的可再生能量，如：風(fēng)能、水能、和振動(dòng)能等。將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周?chē)沫h(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能為物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能，是解決物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能問(wèn)題的潛在方案之一。

3、振動(dòng)能量廣泛分布在物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周?chē)h(huán)境中，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自供能較為理想的能量源。摩擦納米發(fā)電機(jī)通過(guò)摩擦層之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成電勢(shì)差驅(qū)動(dòng)電荷轉(zhuǎn)移，從而將環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能。環(huán)境振動(dòng)可以驅(qū)使摩擦層相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，摩擦納米發(fā)電機(jī)在振動(dòng)能量俘獲領(lǐng)域具有極好的前景。然而，環(huán)境振動(dòng)具有低頻特征，傳統(tǒng)摩擦納米發(fā)電機(jī)在低頻激勵(lì)下難以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量的高效俘獲。因此，如何發(fā)展具有低頻振動(dòng)能量俘獲能力的摩擦納米發(fā)電機(jī)，仍然是振動(dòng)能量俘獲研究領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量收集效率高的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)。

2、本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，包括殼體，所述殼體為由絕緣蓋板、絕緣外殼主體和絕緣底板組合而成的箱體結(jié)構(gòu)，所述絕緣外殼主體內(nèi)設(shè)有滑動(dòng)質(zhì)量塊，滑動(dòng)質(zhì)量塊左右兩端分別通過(guò)一個(gè)彈簧與絕緣外殼主體左右兩面板內(nèi)壁固定連接，滑動(dòng)質(zhì)量塊前側(cè)面、滑動(dòng)質(zhì)量塊后側(cè)面、絕緣外殼主體前面板左側(cè)、絕緣外殼主體前面板右側(cè)、絕緣外殼主體后面板左側(cè)、絕緣外殼主體后面板右側(cè)上均設(shè)置一塊磁鐵，所有的磁鐵均是n極朝外安裝；滑動(dòng)質(zhì)量塊上端面與絕緣蓋板之間、滑動(dòng)質(zhì)量塊下端面與絕緣底板之間對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)摩擦膜。

3、上述收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述摩擦膜包括三層，中間層為銅膜，銅膜內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置一層fep膜。

4、上述收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述銅膜和位于銅膜內(nèi)側(cè)的fep膜均貼在滑動(dòng)質(zhì)量塊上，位于銅膜外側(cè)的fep膜貼在絕緣蓋板或絕緣底板上。

5、上述收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，滑動(dòng)質(zhì)量塊在絕緣外殼主體內(nèi)中間位置時(shí)，滑動(dòng)質(zhì)量塊兩端的彈簧均處于壓縮狀態(tài)。

6、上述收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述絕緣蓋板和絕緣底板上均設(shè)有若干個(gè)螺栓孔洞，絕緣外殼主體上對(duì)應(yīng)螺栓孔洞位置處設(shè)有供螺栓穿過(guò)的圓孔。

7、上述收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述滑動(dòng)質(zhì)量塊前側(cè)面、滑動(dòng)質(zhì)量塊后側(cè)面、絕緣外殼主體前面板左側(cè)、絕緣外殼主體前面板右側(cè)、絕緣外殼主體后面板左側(cè)、絕緣外殼主體后面板右側(cè)均開(kāi)有一個(gè)用于安裝磁鐵的圓柱孔。

8、上述收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述滑動(dòng)質(zhì)量塊左端、滑動(dòng)質(zhì)量塊右端、絕緣外殼主體左面板、絕緣外殼主體有面板上均設(shè)有一個(gè)用于固定彈簧的圓環(huán)凹槽。

9、本實(shí)用新型的有益效果在于：

10、1、本實(shí)用新型利用磁鐵之間的斥力實(shí)現(xiàn)負(fù)剛度，通過(guò)滑動(dòng)質(zhì)量塊上的磁鐵與殼體上的磁鐵組合構(gòu)成磁致式負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，結(jié)合磁致負(fù)剛度機(jī)構(gòu)和滑動(dòng)質(zhì)量塊兩端彈簧，得到磁致式三穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)（如圖2位移—?jiǎng)菽芮€所示，磁致三穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)具有三個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)，具有三穩(wěn)態(tài)力學(xué)機(jī)制），將磁致式三穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與摩擦納米發(fā)電相結(jié)合，構(gòu)造磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，利用三穩(wěn)態(tài)力學(xué)機(jī)制，可將小幅低速的低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為大幅高速的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，顯著提高了摩擦納米發(fā)電機(jī)的低頻振動(dòng)能量收集效率。

11、2、在低頻環(huán)境振動(dòng)下，可以通過(guò)改變磁塊間距、彈簧剛度等系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)節(jié)三穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的勢(shì)能壁壘高度，進(jìn)而拓寬低頻振動(dòng)能量收集頻帶寬度，增強(qiáng)磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)環(huán)境適用性。

技術(shù)特征：

1.一種收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，包括殼體，所述殼體為由絕緣蓋板、絕緣外殼主體和絕緣底板組合而成的箱體結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述絕緣外殼主體內(nèi)設(shè)有滑動(dòng)質(zhì)量塊，滑動(dòng)質(zhì)量塊左右兩端分別通過(guò)一個(gè)彈簧與絕緣外殼主體左右兩面板內(nèi)壁固定連接，滑動(dòng)質(zhì)量塊前側(cè)面、滑動(dòng)質(zhì)量塊后側(cè)面、絕緣外殼主體前面板左側(cè)、絕緣外殼主體前面板右側(cè)、絕緣外殼主體后面板左側(cè)、絕緣外殼主體后面板右側(cè)上均設(shè)置一塊磁鐵，所有的磁鐵均是n極朝外安裝；滑動(dòng)質(zhì)量塊上端面與絕緣蓋板之間、滑動(dòng)質(zhì)量塊下端面與絕緣底板之間對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)摩擦膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述摩擦膜包括三層，中間層為銅膜，銅膜內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置一層fep膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述銅膜和位于銅膜內(nèi)側(cè)的fep膜均貼在滑動(dòng)質(zhì)量塊上，位于銅膜外側(cè)的fep膜貼在絕緣蓋板或絕緣底板上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于：滑動(dòng)質(zhì)量塊在絕緣外殼主體內(nèi)中間位置時(shí)，滑動(dòng)質(zhì)量塊兩端的彈簧均處于壓縮狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述絕緣蓋板和絕緣底板上均設(shè)有若干個(gè)螺栓孔洞，絕緣外殼主體上對(duì)應(yīng)螺栓孔洞位置處設(shè)有供螺栓穿過(guò)的圓孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述滑動(dòng)質(zhì)量塊前側(cè)面、滑動(dòng)質(zhì)量塊后側(cè)面、絕緣外殼主體前面板左側(cè)、絕緣外殼主體前面板右側(cè)、絕緣外殼主體后面板左側(cè)、絕緣外殼主體后面板右側(cè)均開(kāi)有一個(gè)用于安裝磁鐵的圓柱孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述滑動(dòng)質(zhì)量塊左端、滑動(dòng)質(zhì)量塊右端、絕緣外殼主體左面板、絕緣外殼主體有面板上均設(shè)有一個(gè)用于固定彈簧的圓環(huán)凹槽。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種收集低頻振動(dòng)能量的磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，包括殼體，殼體為由絕緣蓋板、絕緣外殼主體和絕緣底板組合而成的箱體結(jié)構(gòu)，絕緣外殼主體內(nèi)設(shè)有滑動(dòng)質(zhì)量塊，滑動(dòng)質(zhì)量塊左右兩端分別通過(guò)彈簧與絕緣外殼主體左右兩面板固定連接，滑動(dòng)質(zhì)量塊、絕緣外殼主體上均設(shè)置磁鐵；滑動(dòng)質(zhì)量塊上端面與絕緣蓋板之間、滑動(dòng)質(zhì)量塊下端面與絕緣底板之間對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)摩擦膜。本技術(shù)將磁致式三穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與摩擦納米發(fā)電相結(jié)合，構(gòu)造磁致式三穩(wěn)態(tài)摩擦納米發(fā)電機(jī)，利用三穩(wěn)態(tài)力學(xué)機(jī)制，可將小幅低速的低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為大幅高速的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，顯著提高了摩擦納米發(fā)電機(jī)的低頻振動(dòng)能量收集效率。

技術(shù)研發(fā)人員：譚棟國(guó),歐旭,池實(shí)民,陳欣宇,何藝,孫洪鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240418
技術(shù)公布日：2024/12/10