基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統技術方案

本發明專利技術提供了一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統。包括：摩擦發電機、整流模塊、控制電路模塊、開關電路和互感線圈，摩擦發電機、整流模塊、開關電路和互感線圈依次串聯連接，控制電路模塊與整流模塊、開關電路連接，整流模塊將摩擦發電機產生的交流電能信號進行整流處理，輸出直流電能信號；控制電路模塊檢測輸出的直流電能信號的峰值，當該峰值達到設定的閾值時，通過開關閉合控制信號控制開關電路中的開關閉合；互感線圈當開關閉合后，利用LC振蕩接收所述摩擦發電機內部的電容轉移過來的電能，并將電能轉移到能量存儲單元。本發明專利技術系統可實現摩擦發電機最大化輸出，實現摩擦發電機產生電能到電能存儲單元的高效率轉移。

Energy management system for friction generator based on LC oscillation

The present invention provides an energy management system suitable for a friction generator based on the LC oscillation. Including: friction generator, rectifier module, control module, switch circuit and transformer coil, friction generator, rectifier module, switch circuit and transformer coil connected in series, the control circuit module and rectifier module, connection switch circuit, rectifier module friction generator to generate the alternating current signal of rectifier, DC power output signal DC control circuit module; the output of the detection signal peak, when the peak value reaches a threshold value, the switch is closed by a switch control signal to control the switch in the circuit is closed; when the switch is closed after the mutual inductance coil, receiving the friction capacitance inside the generator transferred by LC oscillation power, and power can be transferred to the energy storage unit. The system of the invention can realize maximum output of the friction generator and realize the high-efficiency transfer of the electric energy generated by the friction generator to the electric energy storage unit.

【技術實現步驟摘要】
基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統
本專利技術涉及摩擦發電
，尤其涉及一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統。
技術介紹
從生活環境中采集能量，被廣泛視為實現綠色能源和能源可持續發展的有效途徑，將有望在無線傳輸系統、植入式醫療器件乃至消費類電子的供能中發揮重要作用。基于摩擦起電與靜互感線圈應原理，通過簡單低成本的加工制備的微型摩擦發電機可以完成對周圍環境機械能的高效率采集，實現高輸出功率密度和能量轉換效率。但現有摩擦發電機的輸出具有高輸出電壓、低輸出電流的特點，使得能量轉換變得極其困難，從而限制了其實際應用價值。目前，典型的摩擦發電機的能量管理電路主要由整流橋完成交直流轉換、變壓器實現降壓和穩壓管實現穩壓。根據作用方式不同，摩擦發電機主要分為兩大類：接觸分離式和平面滑動式。除了平面滑動式在相同頻率作用下能輸出穩定的類似正弦信號外，大多數發電機輸出的為頻率不穩的脈沖信號，這種特點使得絕大多數電能在用變壓器降壓的過程中損失掉，從而降低整個能量管理系統的能量轉換效率，極大地限制了摩擦發電機的實用價值。若直接用摩擦發電機向電能存儲單元(如電容)充電，則由于摩擦發電機內部電容影響，電能存儲效率隨著存儲電容值的增大會急劇地下降。雖然使用電容式變壓器能夠對不同頻率的摩擦信號實現很好的適應與兼容，但對應的開關的數量會隨著發電機陣列的增加而指數式增長，且機械開關的使用會極大增加能量管理單元的復雜性，不利于能量管理單元的小型化與集成化。
技術實現思路
本專利技術的實施例提供了一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統，以實現有效地利用摩擦發電機所產生的電能。為了實現上述目的，本專利技術采取了如下技術方案。一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統，包括：摩擦發電機、整流模塊、控制電路模塊、開關電路和互感線圈，所述摩擦發電機、整流模塊、開關電路和互感線圈依次串聯連接，所述控制電路模塊與所述整流模塊、開關電路連接，所述開關電路中的開關初始處于斷開狀態；所述摩擦發電機，用于將外界機械能轉換為電能，并產生交流電能信號，將所述交流電能信號傳輸給整流模塊；所述整流模塊，用于對接收到的交流電能信號進行整流處理，輸出直流電能信號；所述控制電路模塊，用于檢測所述整流模塊輸出的直流電能信號的峰值，當該峰值達到設定的閾值時，產生開關閉合控制信號，通過該開關閉合控制信號控制開關電路中的開關閉合；所述互感線圈，用于當所述開關電路中的開關閉合后，利用與所述摩擦發電機內部的電容之間的LC振蕩，接收所述摩擦發電機內部的電容轉移過來的電能。進一步地，所述系統還包括：能量存儲單元：所述互感線圈，用于包括互相隔離的初級線圈和次級線圈，通過初級線圈接收所述摩擦發電機內部的電容轉移過來的電能，并通過次級線圈將電能轉移到所述能量存儲單元；所述能量存儲單元，用于通過二極管與所述互感線圈相連，利用內部的存儲電容與所述互感線圈之間的LC振蕩，接收并存儲所述互感線圈的次級線圈轉移過來的電能。進一步地，所述整流模塊包括半波整流電路、全波整流電路或者橋式整流電路。進一步地，所述控制電路模塊包括比較器、邏輯電路和/或信號發生器。進一步地，所述開關電路中的開關為機械開關、三極管或者MEMS開關。進一步地，所述互感線圈包括分立互感線圈或者耦合互感線圈，所述互感線圈的電感值為1μH-1H。進一步地，所述能量存儲模塊包括儲能電容、儲能電容、鋰電池和/或超級電容器的并聯組合。進一步地，所述控制電路模塊與所述能量存儲模塊連接，所述能量存儲模塊對所述控制電路模塊提供電源。由上述本專利技術的實施例提供的技術方案可以看出，本專利技術實施例的系統通過利用LC振蕩原理，可實現摩擦發電機最大化輸出，通過控制電路單元與開關的搭配使用，能夠從摩擦發電機中獲取最大能量，可實現摩擦發電機產生電能到電能存儲單元的高效率轉移，最大化利用摩擦發電機所產生的電能，能明顯提高摩擦發電機的實用價值。本專利技術附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例提供的一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統的結構圖；圖2為本專利技術實施例提供的能量管理系統的一種電路組成方式；圖3為使用本專利技術實施例的能量管理系統的交流到恒定電壓轉換效率示意圖；具體實施方式下面詳細描述本專利技術的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本專利技術，而不能解釋為對本專利技術的限制。本
技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數形式。應該進一步理解的是，本專利技術的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。本
技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本專利技術所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。為便于對本專利技術實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構成對本專利技術實施例的限定。本專利技術實施例提供了一種基于LC振蕩原理，實現摩擦發電機輸出高效率能量管理單元。基于摩擦發電機是一個變電容式器件的特點，首先獲取在一個工作周期中，摩擦發電機內部電容上存儲的最大電量，利用控制電路通斷，實現摩擦發電機的最大能量輸出循環。其次采用互感線圈與發電機內部電容形成LC回路，并通過控制電路精確控制電路接通時機，使得在一個工作周期中，摩擦發電機存儲在內部電容上的電能能夠完全轉移到互感線圈上。在此之后，再通過控制電路實現互感線圈到能量存儲單元間的電能轉移。通過以上過程，實現摩擦發電機的高效率能量管理。實施例一下面結合附圖1-圖2闡述本專利技術提供的基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統的構成及工作原理。圖1為本專利技術實施例提供的一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統的結構圖，本系統由摩擦發電機、整流模塊、控制電路模塊、開關電路、互感線圈與能量存儲單元構成。所述摩擦發電機、整流模塊、開關電路和互感線圈依次串聯連接，所述控制電路模塊與所述整流模塊、開關電路連接，所述開關電路中的開關初始處于斷開狀態。所述摩擦發電機，用于將外界機械能轉換為電能，并產生交流電能信號，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統，其特征在于，包括：摩擦發電機、整流模塊、控制電路模塊、開關電路和互感線圈，所述摩擦發電機、整流模塊、開關電路和互感線圈依次串聯連接，所述控制電路模塊與所述整流模塊、開關電路連接，所述開關電路中的開關初始處于斷開狀態；所述摩擦發電機，用于將外界機械能轉換為電能，并產生交流電能信號，將所述交流電能信號傳輸給整流模塊；所述整流模塊，用于對接收到的交流電能信號進行整流處理，輸出直流電能信號；所述控制電路模塊，用于檢測所述整流模塊輸出的直流電能信號的峰值，當該峰值達到設定的閾值時，產生開關閉合控制信號，通過該開關閉合控制信號控制開關電路中的開關閉合；所述互感線圈，用于當所述開關電路中的開關閉合后，利用與所述摩擦發電機內部的電容之間的LC振蕩，接收所述摩擦發電機內部的電容轉移過來的電能。

【技術特征摘要】
1.一種基于LC振蕩的適用于摩擦發電機的能量管理系統，其特征在于，包括：摩擦發電機、整流模塊、控制電路模塊、開關電路和互感線圈，所述摩擦發電機、整流模塊、開關電路和互感線圈依次串聯連接，所述控制電路模塊與所述整流模塊、開關電路連接，所述開關電路中的開關初始處于斷開狀態；所述摩擦發電機，用于將外界機械能轉換為電能，并產生交流電能信號，將所述交流電能信號傳輸給整流模塊；所述整流模塊，用于對接收到的交流電能信號進行整流處理，輸出直流電能信號；所述控制電路模塊，用于檢測所述整流模塊輸出的直流電能信號的峰值，當該峰值達到設定的閾值時，產生開關閉合控制信號，通過該開關閉合控制信號控制開關電路中的開關閉合；所述互感線圈，用于當所述開關電路中的開關閉合后，利用與所述摩擦發電機內部的電容之間的LC振蕩，接收所述摩擦發電機內部的電容轉移過來的電能。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括：能量存儲單元：所述互感線圈，用于包括互相隔離的初級線圈和次級線圈，通過初級線圈接收所述摩擦發電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張海霞，程曉亮，繆立明，宋宇，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：北京,11