本发明专利技术提供了一种电磁‑压电‑摩擦电复合式振动能源收集装置，其包括电磁发电机模块、压电纳米发电机模块和摩擦纳米发电机模块。电磁发电机模块产生电输出的同时作为质量块驱动所述其他两个模块；压电纳米发电机模块包括正电极层、负电极层以及压电层，其通过磁铁运动撞击诱导所述压电层发生形变从而驱动其内部电偶极子产生极化效应，产生电流；所述摩擦纳米发电机模块包括：基底、缓冲层、电极层以及摩擦层，其通过磁铁运动导致所述摩擦层周期性接触分离，使所述电极层之间产生电势差，从而驱动电荷流动，产生电流。本发明专利技术公开的混合摩擦纳米发电机能实现振动能量的原位采集并为小型电子设备提供电能。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及能源收集，具体涉及一种电磁-压电-摩擦电复合式能源收集装置。
技术介绍
1、随着工业化进程的加速推进和人口规模的不断扩大，全球对能源的需求日益增长。然而，传统的化石能源储量有限，且其开采和使用过程中产生的环境污染问题如温室效应、空气污染和水资源污染等日益严重。这种能源短缺和环境污染的双重压力，迫使人们寻求更为环保、可持续的能源解决方案。可再生能源作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。太阳能、风能、水能等可再生能源的利用，不仅有助于缓解能源短缺问题，还能减少环境污染，实现可持续发展。然而，这些可再生能源的利用往往受到地域、气候等条件的限制，且其能量转换效率有待进一步提高。
2、近年来，纳米技术的发展为可再生能源领域带来了新的突破。摩擦纳米发电机作为一种基于摩擦起电和静电感应原理的纳米能源技术，能够将机械能高效转换为电能。它具有结构简单、材料选择广泛、能量转换效率高等优点，为微纳系统的能源供应提供了一种新型解决方案。
3、然而，单一的摩擦纳米发电机在能量转换效率和稳定性方面仍存在一定的局限性。因此，将摩擦纳米发电机与其他类型的纳米发电机相结合，形成混合纳米发电机，成为当前的研究热点。通过集成多种发电技术，混合纳米发电机能够充分利用各种能源形式，提高能量转换效率，同时增强系统的稳定性和可靠性。近年来，虽然混合纳米发电机取得了快速进展，但当前的相关研究只是将不同单元结构进行简单的集成，但输出较低且并未考虑系统的协调性等问题，因此其在性能提升和应用领域还有着广阔的发展空间。
>技术实现思路1、本申请的目的在于提供一种集成电磁-压电-摩擦电的复合式能源收集装置，验证其具有良好的输出性能和系统协调性，可以有效解决上述背景中存在的问题。
2、为了实现上述目的，本申请采取了如下技术方案：
3、一种复合式振动能源收集装置，包括：电磁发电机模块、压电纳米发电机模块、摩擦纳米发电机模块和导向模块；
4、所述电磁发电机模块包括：线圈，钕铁硼磁铁，空心亚克力板；所述线圈以并联方式相连并分别至于所述钕铁硼磁铁上方和下方；所述钕铁硼磁铁设置在所述空心亚克力板内，随亚克力板上下移动；
5、所述压电纳米发电机模块包括：正电极层、负电极层以及压电层；每一个所述压电层一侧设置有所述正电极层，其另一侧设置有所述负电极层，每两层压电层共用一个负电极层，构成并联结构；
6、所述摩擦电纳米发电机模块包括：基底、缓冲层、电极层、正摩擦层以及负摩擦层；所述基底为可折叠的连续“z”字形结构，基底经折叠形成多个折叠面，每个折叠面为正方形，每个连续的所述折叠面交替设置有正摩擦层和负摩擦层，所述电极层与所述基底之间设置有所述缓冲层；
7、所述压电纳米发电机模块与所述摩擦电纳米发电机模块设置在所述线圈与所述钕铁硼磁铁之间；所述压电纳米发电机模块设置在所述摩擦电纳米发电机模块设置与所述线圈之间；
8、所述钕铁硼磁铁嵌入所述空心亚克力板并可以通过所述导向模块进行垂向运动。根据权利要求1所述的一种电磁-压电-摩擦电复合式能源收集装置，其特征在于：所述压电纳米发电机模块正电极层为磁控溅射银电极。
9、优选地，所述压电纳米发电机模块负电极层为导电性良好的铝、铜等金属材料。
10、优选地，所述摩擦纳米发电机模块摩擦层为具有匹配的最高占据分子轨道/最低未占分子轨道带隙能量的介电对。
11、优选地，所述导向模块包括多根导轨、弹簧、轴承，嵌有所述钕铁硼磁铁的所述空心亚克力板可通过轴承沿导轨进行垂向运动，所述弹簧位于空心亚克力板上方和下方并套在导轨上，用于支撑并提供阻尼运动。
12、优选地，所述钕铁硼磁铁的上部和下部均设置有所述压电纳米发电机模块和所述摩擦纳米发电机模块。
13、优选地，所述正摩擦层为背面覆有所述电极层的静电纺丝聚甲醛纳米纤维薄膜，所述负摩擦层为背面覆有所述电极层的氟化乙烯丙烯共聚物薄膜。
14、优选地，还包括外壳，所述外壳为长方体，将电磁发电机模块、压电纳米发电机模块和摩擦纳米发电机模块整体封装在所述外壳里面。
15、优选地，所述电磁发电机模块线圈为铜线圈。
16、优选地，所述缓冲层尺寸为5cm×5cm，设置在所述基底两侧，两侧两个缓冲层相对；所述电极层设置在所述缓冲层上；所述正摩擦层和负摩擦层设置在所述电极层上，正摩擦层和负摩擦层相对设置。
17、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
18、（1）充分结合电磁发电机、压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的特性，构建一种宽频的振动能收集装置；
19、（2）集成了具有高效收集碰撞能量的压电纳米发电机，有效克服非弹性碰撞而造成的大量能量损失，提高了整个装置的输出性能和能量回收效率；
20、（3）采用泡沫作为缓冲层不仅提高摩擦纳米发电机的输出性能，还有效克服磁铁和压电片由于陶瓷材质而存在的脆性问题；
21、（2）考虑了三种发电机的集成问题，采用电磁发电机中的磁铁运动产生电磁输出并驱动摩擦纳米发电机与压电纳米发电机一体化的结构设计方案，三个发电部分同时工作且互不干扰输出，使得每一部分发电机输出性能都可以实现最大化。
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【技术保护点】
1.一种复合式振动能源收集装置，其特征在于，包括：电磁发电机模块、压电纳米发电机模块、摩擦纳米发电机模块和导向模块；
2.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述压电纳米发电机模块正电极层为磁控溅射银电极。
3.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述压电纳米发电机模块负电极层为导电性良好的铝、铜等金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述摩擦纳米发电机模块摩擦层为具有匹配的最高占据分子轨道/最低未占分子轨道带隙能量的介电对。
5.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述导向模块包括多根导轨、弹簧、轴承，嵌有所述钕铁硼磁铁的所述空心亚克力板可通过轴承沿导轨进行垂向运动，所述弹簧位于空心亚克力板上方和下方并套在导轨上，用于支撑并提供阻尼运动。
6.根据权利要求5所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述钕铁硼磁铁的上部和下部均设置有所述压电纳米发电机模块和所述摩擦纳米发电机模块。
7.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述正摩擦层为背面覆有所述电极层的静电纺丝聚甲醛纳米纤维薄膜，所述负摩擦层为背面覆有所述电极层的氟化乙烯丙烯共聚物薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：还包括外壳，所述外壳为长方体，将电磁发电机模块、压电纳米发电机模块和摩擦纳米发电机模块整体封装在所述外壳里面。
9.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述电磁发电机模块线圈为铜线圈。
10.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述缓冲层尺寸为5cm×5cm，设置在所述基底两侧，两侧两个缓冲层相对；所述电极层设置在所述缓冲层上；所述正摩擦层和负摩擦层设置在所述电极层上，正摩擦层和负摩擦层相对设置。
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【技术特征摘要】
1.一种复合式振动能源收集装置，其特征在于，包括：电磁发电机模块、压电纳米发电机模块、摩擦纳米发电机模块和导向模块；
2.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述压电纳米发电机模块正电极层为磁控溅射银电极。
3.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述压电纳米发电机模块负电极层为导电性良好的铝、铜等金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述摩擦纳米发电机模块摩擦层为具有匹配的最高占据分子轨道/最低未占分子轨道带隙能量的介电对。
5.根据权利要求1所述的一种复合式振动能源收集装置，其特征在于：所述导向模块包括多根导轨、弹簧、轴承，嵌有所述钕铁硼磁铁的所述空心亚克力板可通过轴承沿导轨进行垂向运动，所述弹簧位于空心亚克力板上方和下方并套在导轨上，用于支撑并提供阻尼运动。
6.根据权利要求5所述的一种复合式振动...
【专利技术属性】
技术研发人员：李修函，秦勇，王美琪，张楚国，杨甲一，郝逸君，刘梦洲，苏嘉昱，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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