[发明专利]电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器及其制造方法

权利要求书

1.一种电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器，其特征在于，该装置包括：外部支撑结构、永磁体、弹性材料、电磁线圈、聚合物材料和摩擦电极阵列，所述电磁线圈和所述摩擦电极阵列分别位于所述外部支撑结构的上、下内表面，所述聚合物材料覆盖于所述摩擦电极阵列之上，所述永磁体通过所述弹性材料悬浮在所述外部支撑结构的中心；

所述外部支撑结构的侧壁为圆环形；

所述摩擦电极阵列，由至少两对呈环形排列的电极组成；

所述永磁体与所述弹性材料形成谐振系统，所述永磁体在外界轻微扰动下发生滑动，采集周围环境中的低频振动机械能，产生电磁电流和摩擦电压并输出；

所述永磁体沿平面内任意方向滑动均可以产生电能输出，通过调整所述弹性材料的劲度系数和永磁体的质量调整装置的谐振频率范围；

所述聚合物材料，用于在所述永磁体发生滑动时，与所述永磁体表面的金属发生摩擦，产生摩擦输出电压，所述聚合物材料采用与金属摩擦易获得电子的材料。

2.根据权利要求1所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器，其特征在于，所述外部支撑结构采用绝缘材料，所述绝缘材料具有支撑作用；

所述外部支撑结构的材料选用：亚克力、聚氯乙烯或聚苯醚。

3.根据权利要求1所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器，其特征在于，所述永磁体的外表镀有金属，所述永磁体用于采集周围环境中的低频振动；

所述弹性材料为具有拉伸特性的材料，所述弹性材料选用：弹簧或橡胶；

所述永磁体与所述弹性材料组成谐振系统。

4.根据权利要求1所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器，其特征在于，所述电磁线圈，用于在所述永磁体发生滑动时，将机械能转化为电磁电流进行输出。

5.根据权利要求1所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器，其特征在于，所述摩擦电极阵列，用于将所述聚合物材料产生的摩擦输出电压导出；

所述摩擦电极阵列采用具有导电能力但不导磁的材料，选用：铜、铝、金或具有导电能力的半导体材料；

所述摩擦电极阵列，由至少两对呈环形排列的电极组成。

6.一种电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器制造方法，其特征在于，包括：

通过激光切割或3D打印加工得到外部支撑结构的上、下表面和侧壁；

所述外部支撑结构的侧壁为圆环形；

通过溅射或蒸镀工艺，在聚酰亚胺薄膜表面淀积一层金属薄膜，利用光刻以及湿法腐蚀的方法，图形化聚酰亚胺表面的金属薄膜，分别形成电磁线圈结构和摩擦电极阵列结构；

在所述外部支撑结构的上、下内表面分别涂抹一层环氧树脂胶，将所述电磁线圈和所述摩擦电极阵列分别粘附在上、下内表面，聚酰亚胺薄膜裸露在外部，所述摩擦电极阵列，由至少两对呈环形排列的电极组成；

在永磁体表面涂抹少量环氧树脂胶，将4根弹性材料结构的一端分别粘附在所述永磁体上，4根弹性材料结构等间隔分布；

在所述外部支撑结构的侧壁上涂抹少量环氧树脂胶，将所述4根弹性材料结构的另一端分别粘附在侧壁上，使所述永磁体悬浮在中心与聚合物材料接触，并可沿任意方向滑动，通过调整所述弹性材料的劲度系数和永磁体的质量调整装置的谐振频率范围；

通过环氧树脂胶将所述外部支撑结构的上、下表面和侧壁粘附为一个整体。

7.根据权利要求6所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器制造方法，其特征在于，所述的通过激光切割或3D打印加工出所述外部支撑结构的上、下表面和侧壁，包括：

所述外部支撑结构上、下表面的直径为10cm，厚度为2mm；

所述外部支撑结构的侧壁为圆环形，所述侧壁的外直径为10cm，高度为1cm，厚度为2mm。

8.根据权利要求6所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器制造方法，其特征在于，所述的通过溅射或蒸镀工艺，在聚酰亚胺薄膜表面淀积一层金属薄膜，包括：

所述聚酰亚胺薄膜的厚度为40um，所述金属薄膜的厚度为12um。

9.根据权利要求6所述的电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器制造方法，其特征在于，所述的利用光刻以及湿法腐蚀的方法，图形化聚酰亚胺表面的金属薄膜，分别形成所述电磁线圈结构和所述摩擦电极阵列结构，包括：

所述电磁线圈的线宽为0.25mm，间隔为0.25mm，圈数为60圈；

所述摩擦电极阵列为8个等间隔分布的扇形，半径为3cm，间隔为1mm。