一种多源能量俘获增效装置

本发明涉及微能量采集，尤其是涉及一种多源能量俘获增效装置。

背景技术：

1、近年来，随着微电子技术、无线通信技术的快速发展，无线传感网络被应用于环境与生态监测、健康监护、家庭自动化以及交通控制等领域，受到了人们的广泛关注。然而，传统基于化学电池的供电方式具有寿命短、更换难、成本高等局限性，供电问题已成为无线传感网络大规模应用的一大障碍。

2、目前环境中主要存在振动能，太阳能，热能和射频能量等，利用能量采集技术，实现环境能量的高效采集已受到越来越多的关注。

技术实现思路

1、本发明目的在于提出一种多源能量俘获增效装置，通过锥齿轮组和风扇式转子，同时实现摩擦发电模块和太阳能发电模块的增效发电。

2、为实现本发明，采用的技术方案是：

3、一种多源能量俘获增效装置，包括驱动机构、摩擦发电模块和太阳能发电模块；

4、所述的驱动机构包括锥齿轮组和风扇式转子，所述的锥齿轮组包括同轴反转设置的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述风扇式转子连接于所述锥齿轮组以驱动所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮反转；

5、所述的摩擦发电模块包括第一发电部件和第二发电部件，用于互相摩擦以产生电能，其中，所述第一发电部件固定于所述第一锥齿轮的第一中心轴，和/或所述第二发电部件固定于所述第二锥齿轮的第二中心轴；

6、所述的太阳能发电模块包括设置于所述锥齿轮组外侧的太阳能板，所述太阳能板与所述风扇式转子正对设置；

7、当所述的风扇式转子因外界振动而转动时，带动所述第一锥齿轮与第二锥齿轮反向转动，进而带动所述的第一发电部件和所述的第二发电部件因反向转动而增效发电，同时，所述风扇式转子转动时对所述的太阳能板散热。

8、本发明提出的一种多源能量俘获增效装置，采用风扇式转子将环境中的多方向转动转化为锥齿轮组的两个锥齿轮的同轴反转，进而带动摩擦发电模块的两个发电部因反转而增效发电，同时，风扇式转子在转动时对太阳能发电模块扇风，使得太阳能发电模块因及时散热而增效发电，结构简单，设计巧妙，显著的提高了振动能量的采集效率。

9、在一较佳实施例中，所述的锥齿轮组还包括第三锥齿轮，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮同轴横向设置，且所述第一锥齿轮设置于所述第二锥齿轮上方，所述第三锥齿轮竖向设置，且分别与所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合，所述风扇式转子的转轴与所述第一锥齿轮共轴设置，且设于所述第一锥齿轮的上方，或者，所述风扇式转子的转轴与所述第三锥齿轮共轴设置，且设于所述第三锥齿轮的外侧。

10、在一较佳实施例中，所述的摩擦发电模块设置于所述的第一锥齿轮上方，所述第一中心轴呈中空管状，所述第二中心轴穿设于第一中心轴内，且其上端从所述第一中心轴内穿出，所述第二发电部件固定于所述第二中心轴的上端，所述第一发电部件设置于所述第二发电部件的下方，且所述第一发电部件固定于所述第一中心轴，或者所述第一发电部件直接固定于所述第一锥齿轮的顶面。如此设置，使得摩擦发电模块设置于驱动机构上方时，驱动机构能够将环境振动转换成第一锥齿轮与第二锥齿轮反向转动，并传递给摩擦发电模块，从而实现增效发电，且在这种设置方式下，可适当缩小锥齿轮的尺寸，适当放大第一发电部件和第二发电部件的尺寸，进一步提高能量转化效率。同时，如此设置，提供了在摩擦发电模块设置于驱动机构上方时，第一发电部件和第二发电部件的两种设置方式，即可以是第二发电部件固定于第二中心轴的上端，第一发电部件固定于所述第一中心轴，从而实现第一发电部件和第二发电部件随着第一锥齿轮与第二锥齿轮的反转而随之反转；也可以是第二发电部件固定于第二中心轴的上端，第一发电部件直接固定于所述第一锥齿轮的顶面，除了能够实现第一发电部件和第二发电部件的反转，还进一步简化了结构，提高了整体装置设置的紧凑性。

11、在一较佳实施例中，所述的摩擦发电模块设置于所述的第二锥齿轮下方，所述第二中心轴呈中空管状，所述第一中心轴设置于第二中心轴内，且其下端从所述第二中心轴内穿出，所述第一发电部件固定于所述第一中心轴的下端，所述第二发电部件设置于所述第一发电部件的上方，且所述第二发电部件固定于所述第二中心轴，或者所述第二发电部件直接设置于所述第二锥齿轮的底面。如此设置，使得摩擦发电模块设置于驱动机构下方时，驱动机构能够将环境振动转换成第一锥齿轮与第二锥齿轮反向转动，并传递给摩擦发电模块，从而实现增效发电，且在这种设置方式下，可适当缩小锥齿轮的尺寸，适当放大第一发电部件和第二发电部件的尺寸，进一步提高能量转化效率。同时，如此设置，提供了在摩擦发电模块设置于驱动机构下方时，第一发电部件和第二发电部件的两种设置方式，即可以是第一发电部件固定于第一中心轴的下端，第二发电部件固定于第二中心轴，从而实现第一发电部件和第二发电部件随着第一锥齿轮与第二锥齿轮的反转而随之反转；也可以是第一发电部件固定于第一中心轴的下端，第二发电部件直接设置于所述第二锥齿轮的底面，除了能够实现第一发电部件和第二发电部件的反转，还进一步简化了结构，提高了整体装置设置的紧凑性。

12、在一较佳实施例中，所述的摩擦发电模块设置于所述第一锥齿轮和第二锥齿轮之间，且与所述的第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮均不接触。如此设置，通过将摩擦发电模块设置于第一锥齿轮和第二锥齿轮之间，进一步提高了整体装置设置的紧凑性。

13、进一步的，所述第一发电部件固定于所述第一中心轴，第二发电部件固定于所述第二中心轴；

14、或者，所述第一发电部件固定于所述第一中心轴，所述第二发电部件直接设置于所述第二锥齿轮的顶面；

15、或者，所述第一发电部件固定于所述第一锥齿轮的底面，第二发电部件固定于所述第二中心轴。

16、如此设置，提供了在摩擦发电模块设置于第一锥齿轮和第二锥齿轮之间时，第一发电部件和第二发电部件的三种设置方式。

17、在一较佳实施例中，所述的第一发电部件和所述的第二发电部件两者之一包括易得电子材料，两者之另一包括易失电子材料，且所述的第一发电部件和所述的第二发电部件中的至少一者还包括电极。如此设置，提供了六种摩擦发电模块的设置方式：方式一是第一发电部件包括易得电子材料和电极，易得电子材料的一侧设置电极，另一侧用于与第二发电部件的易失电子材料摩擦发电；方式二是第一发电部件包括易失电子材料和电极，易失电子材料的一侧设置电极，另一侧用于与第二发电部件的易得电子材料摩擦发电；方式三是第二发电部件包括易失电子材料和电极，易失电子材料的一侧设置电极，另一侧用于与第一发电部件的易得电子材料摩擦发电；方式四是第二发电部件包括易得电子材料和电极，易得电子材料的一侧设置电极，另一侧用于与第一发电部件的易失电子材料摩擦发电；方式五是第一发电部件包括易得电子材料和电极，第二发电部件包括易失电子材料和电极，易得电子材料和易失电子材料的内侧摩擦发电，电极分别设置于易得电子材料和易失电子材料的外侧；方式六是第一发电部件包括易失电子材料和电极，第二发电部件包括易得电子材料和电极，易得电子材料和易失电子材料的内侧摩擦发电，电极分别设置于易得电子材料和易失电子材料的外侧。

18、在一较佳实施例中，所述风扇式转子包括扇叶状的轻质旋转架和设置于所述轻质旋转架边缘处的配重质量块。如此设置，当配重质量块在外界振动时会带动轻质旋转架转动，此时，轻质旋转架一方面会带动第一锥齿轮和第二锥齿轮反转，另一方面也会对太阳能板扇风。

19、进一步的，所述的易得电子材料选自以下各者材料中的任一者：聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷，所述的易失电子材料选自以下各者材料中的任一者：兔毛、羊毛、乙基纤维素、聚酰胺。如此设置，确保摩擦发电模块随着驱动机构的反转而增效发电。

20、在一较佳实施例中，还包括电磁发电模块，所述的电磁发电模块包括线圈和磁铁，所述第一发电部件或所述第一锥齿轮上设有所述线圈和所述磁铁其中之一者，所述第二发电部件或所述第二锥齿轮上设有所述线圈和所述磁铁其中之另一者，所述磁铁的两极方向与所述第一发电部件不平行。如此设置，一方面，线圈和磁铁随着第一发电部件和第二发电部件的反转而反转，与传统单转子电磁发电形式相比，极大提高了磁感线切割效率，实现更高电能的输出；另一方面，电磁发电模块的磁场又为摩擦发电模块产生的摩擦电提供了洛伦兹力，在洛伦兹力的影响下，电荷朝一个方向聚集，进一步提高了摩擦发电模块的采集效率，结构巧妙，设计简单。

21、进一步的，所述线圈为多个，且周向间隔设置，和/或所述磁铁为多个，且周向间隔设置；所述磁铁的两极方向与所述第一发电部件垂直。如此设置，当线圈设置为多个，工作时，多个线圈同时切割磁感线，增加了电磁发电模块的电能输出；当磁铁设置为多个，磁通量密度增加，同一转速下的相同时间内，电磁发电模块的电能输出增大；通过所述磁铁的两极方向与所述第一发电部件垂直的设置，使得线圈所处位置处的磁通量密度更高，有利于提高电磁发电效率，同时摩擦产生的电荷受到的洛伦兹力更大，有利于提高摩擦发电效率。

22、相对于现有技术，本发明具有以下优点和有益效果：

23、本发明通过风扇式转子将环境中的多方向振动转化为转动，一方面通过带动同轴反转的锥齿轮组转动进而驱动摩擦发电模块的两个发电部因反转而增效发电，另一方面风扇式转子在转动时对太阳能发电模块扇风，使得太阳能发电模块因及时散热而提高发电效率，结构简单，巧妙的将多个发电模块设计成通过同一个风扇式转子而增效发电，显著的提高了振动能量的采集效率。