机械设计与研究2024,Vol.40Issue(4) :89-97,103.

基于磁驱动的合页接触式摩擦纳米发电机

A Hinge Contact Friction Nanogenerator Based on Magnetic Drive

韩念春 曹凯 肖纵纵 柳军 皮杰
机械设计与研究2024,Vol.40Issue(4) :89-97,103.

基于磁驱动的合页接触式摩擦纳米发电机

A Hinge Contact Friction Nanogenerator Based on Magnetic Drive

韩念春 1曹凯 1肖纵纵 2柳军 1皮杰3
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作者信息

  • 1. 江苏大学 农业工程学院,江苏镇江 212013;江苏省农业科学院农业设施与装备研究所,南京 210014
  • 2. 江苏大学 农业工程学院,江苏镇江 212013
  • 3. 江苏省农业科学院农业设施与装备研究所,南京 210014
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摘要

基于接触起电和静电感应的耦合原理,本文创新性地设计并制作了一种利用磁场驱动的合页接触式摩擦纳米发电机(MDH-TENG),实现了对合页开合过程产生电荷的直接提取.通过深入的理论分析和有限元模拟,搭建了实验平台并得出以下发现:MDH-TENG的输出电压与电极尺寸大小和接触压力成正比,与电极厚度成反比;MDH-TENG输出的电能经整流电路处理后,可实现对电容的快速充电,仅需89 s即可将47 pF的电容充至4.4 V.经过电压衰减电路处理后,MDH-TENG的输出电压可供单片机采集,结合滤波算法与定时器功能,可实现风速的准确测量.该设计为能量收集和自驱动传感领域开辟了新的可能性,展示了其在智能传感时代的巨大潜力.

Abstract

Based on the coupling principle of contact electrification and electrostatic induction,this paper innovatively designs and fabricates a magnetic driven hinge structure triboelectric nanogenerator(MDH-TENG),enabling the direct extraction of charges generated during the opening and closing of the hinge.Through in-depth theoretical analysis and finite element simulation,an experimental platform is established,leading to the following findings:the output voltage of the MDH-TENG is proportional to the electrode size and contact pressure,and inversely proportional to the electrode thickness.After rectifier circuit processing,the electrical energy output by the MDH-TENG can rapidly charge a capacitor,taking only 89 seconds to charge a 47 µF capacitor to 4.4 V.Following voltage attenuation processing,the output voltage of the MDH-TENG can be collected by a microcontroller.Combined with filtering algorithms and timer functions,this enables accurate wind speed measurement.This design opens new possibilities in the fields of energy harvesting and self-powered sensing,demonstrating significant potential in the era of smart sensing.

关键词

摩擦纳米发电机/合页结构/微风能收集/风速传感器

Key words

triboelectric nanogenerator/hinge structure/breeze energy harvesting/wind speed sensor

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基金项目

江苏省科技厅重点研发计划项目(BE2019311)

出版年

2024
机械设计与研究
上海交通大学

机械设计与研究

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.531
ISSN:1006-2343
参考文献量27
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