CN107078666B - 能量采集器 - Google Patents

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Abstract

本文公开了能量采集器。所公开的能量采集器包括第一充电构件和第二充电构件，其中，第一充电构件包括多个第一突出部，第二充电构件包括布置在第一突出部之间的多个第二突出部，第二突出部包括与第一突出部的材料不同的材料。当第一充电构件和第二充电构件中的至少一个移动时，第一突出部的侧表面与第二突出部的侧表面彼此接触，或者第一突出部的侧表面和第二突出部的侧表面之间的间隙改变。能量采集器根据接触或间隙改变产生电能。

Description

能量采集器
技术领域
实施方式涉及能量采集器和通过充电构件相互接触或充电构件之间的间隙改变来产生电能的能量采集器。
背景技术
随着近来智能手机使用的快速增加，进行了多种尝试来开发智能手机与外围设备之间的相互控制方法。具体地，已积极地研究将智能手机和手表结合在一起的智能手表，并且一些原型已经商业化。智能手表用于控制或监测智能手机的功能，诸如呼叫、发送消息和使用应用程序。智能手表比一般的腕表消耗更多的电力，因此存在这样的问题，智能手表需频繁充电或需具有大容量电池以持续为其供电。
发明内容
技术问题
至少一个实施方式提供用于产生电能的能量采集器。
解决方案
根据实施方式的一方面，能量采集器包括第一充电构件和第二充电构件，第一充电构件包括多个第一突出部，第二充电构件包括布置在第一突出部之间并且包括与第一突出部的材料不同的材料的多个第二突出部，其中，当第一充电构件和第二充电构件中的至少一个移动时，第一突出部与第二突出部的侧表面彼此接触，或者第一突出部的侧表面和第二突出部的侧表面之间的间隙改变，从而产生电能。
本发明的有益效果
根据实施方式，当向能量采集器施加外力时，充电构件可以彼此接触，或者充电构件之间的间隙可以改变，从而产生电能。因此，动能可以有效地转化为电能。此外，通过将能量采集器装配在便携式设备中，可以通过充电将能量连续地提供给便携式设备。
附图说明
图1是根据示例性实施方式的能量采集器的截面图。
图2示出了第一突出部的表面和第二突出部中的电介质层的表面，这些表面经过表面处理以便增加其表面积。
图3至图14是根据其它示例性实施方式的能量采集器的截面图。
图15示出了当弹性支撑件施加恢复力时和当弹性支撑件不施加恢复力时从能量采集器输出的电能信号之间的差异。
图16示出了安装了图14所示的弹性支撑件的示例。
图17是图14所示的能量采集器的壳体的立体图。
图18是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
图19和图20是根据其它示例性实施方式的能量采集器的立体图。
图21至图27是根据其它示例性实施方式的能量采集器的截面图。
图28是根据另一示例性实施方式的能量采集器的立体图。
图29是根据示例性实施方式的弹性体的立体图。
图30是根据示例性实施方式的包括能量采集器的智能手表的立体图。
图31是可包括在智能手表中的传输电路的框图。
最佳实施方式
根据实施方式的一方面，能量采集器包括第一充电构件和第二充电构件，第一充电构件包括多个第一突出部，第二充电构件包括多个第二突出部，该多个第二突出部布置在第一突出部之间并且包括与第一突出部的材料不同的材料，其中，当第一充电构件和第二充电构件中的至少一个移动时，第一突出部的侧表面与第二突出部的侧表面彼此接触，或者第一突出部的侧表面与第二突出部的侧表面之间的间隙改变，从而产生电能。
第一突出部和第二突出部可以形成在第一方向上，以及第一充电构件和第二充电构件中的至少一个可以在与第一方向正交的第二方向上移动。
第一充电构件可以包括第一电极，第一电极包括第一突出部。
第一充电构件可以包括第一塑料结构和第一电极，其中，第一塑料结构包括具有与第一突出部对应的形状的多个第一柱，第一电极设置在第一塑料结构的表面上。
第二充电构件可以包括第二电极和电介质层，其中，第二电极包括具有与第二突出部对应的形状的多个第二柱，电介质层设置在第二柱的表面上。
电介质层可以包括压电材料、铁电材料、电活性聚合物(EAP)和热电材料中的至少一种。
第二充电构件可以包括第二电极和设置在第二电极上并包括第二突出部的电介质层。
第二电极可以包括多个第一子电极和多个第二子电极，其中，该多个第一子电极与第一突出部和第二突出部的布置方向平行布置并彼此电连接，该多个第二子电极布置在第一子电极之间并彼此电连接。
第二充电构件可以包括第二塑料结构、第二电极和电介质层，其中，第二塑料结构包括具有与第二突出部对应的形状的多个第二柱，第二电极设置在第二塑料结构上，电介质层设置在第二电极上。
第一充电构件和第二充电构件可以包括彼此不同的充电材料。
第一充电构件可以包括第一电极以及设置在第一电极上的第一电介质层。
第二充电构件可以包括第二电极以及设置在第二电极上的第二电介质层。
第二电极可以包括与第一突出部和第二突出部的布置方向平行布置并彼此电连接的多个第一子电极，以及布置在第一子电极之间并彼此电连接的多个第二子电极。
第一突出部和第二突出部可以具有条纹形式，其中多条线形成为彼此平行。
可以对第一突出部和第二突出部中的至少一个进行表面处理，以增加其表面积。
能量采集器还可以包括第一壳体，第一壳体配置成在其中容纳第一和第二充电构件。
能量采集器还可以包括设置在第一壳体内的第一弹性支撑件，以在第一充电构件和第二充电构件中的至少一个移动时恢复第一充电构件和第二充电构件中的至少一个的位置。
能量采集器还可以包括设置在第一壳体的内壁上的第三充电构件，以通过与第一充电构件和第二充电构件中的至少一个相互接触或者第三充电构件与第一充电构件和第二充电构件中的至少一个之间的间隙的改变而产生电能。
能量采集器还可以包括第二壳体和第二弹性体，其中，第二壳体配置成在其中容纳第一壳体，第二弹性体设置在第二壳体内以在第一壳体在第二壳体内移动时恢复第一壳体的位置。
能量采集器还可以包括第一引导构件，其配置成引导第一充电构件和第二充电构件中的至少一个在第一方向上移动。
能量采集器还可以包括第二引导构件，其配置成引导第一充电构件和第二充电构件中的至少一个在与第一方向正交的第二方向上移动。
能量采集器还可以包括壳体和第三充电构件，其中，壳体配置成在其中容纳第一充电构件和第二充电构件以及第一引导构件和第二引导构件，第三充电构件设置在壳体的内壁上，以通过与第一充电构件和第二充电构件中的至少一个相互接触或者第三充电构件与第一充电构件和第二充电构件中的至少一个之间的间隙的改变而产生电能。
根据另一实施方式的一方面，能量采集器包括第一充电构件、第二充电构件、第一电极和第二电极，其中，第二充电构件包括第一充电材料层和第二充电材料层，第一充电材料层在其表面上具有多个突出部并包括与第一充电构件的材料不同的材料，第二充电材料层包括与第一充电构件和第一充电材料层的材料不同的材料，第一电极设置在第一充电材料层的另一表面上，第二电极设置在第一充电材料层的该另一表面上，当第一充电构件和第二充电构件中的至少一个移动时，从第一电极和第二电极产生电能。
第一电极可以包括设置在布置有突出部的方向上的多个第一子电极，多个第一子电极彼此电连接，以及第二电极可以包括设置在第一子电极之间并彼此电连接的多个第二子电极。
根据另一实施方式的一方面，能量采集器包括第一充电构件和第二充电构件，第二充电构件与第一充电构件间隔开并围绕第一充电构件以及包括与第一充电构件的材料不同的材料，其中，当第一充电构件和第二充电构件中的至少一个移动时，第一充电构件的外表面与第二充电构件的内表面彼此接触或者第一充电构件的外表面与第二充电构件的内表面之间的间隙改变，从而产生电能。
第一充电构件可以具有圆盘形状，以及第二充电构件可以具有环形形状。
第一充电构件可以具有球形形状，以及第二充电构件可以具有围绕第一充电构件的球形形状。
第一充电构件可以包括第一电极，以及第二充电构件可以包括第二电极和设置在第二电极内的电介质层。
第一充电构件可以包括第一电极和设置在第一电极外的第一电介质层，以及第二充电构件可以包括第二电极和设置在第二电极内的第二电介质层。
能量采集器还可以包括弹性支撑件，其设置在第一充电构件与第二充电构件之间以向第一充电构件和第二充电构件中的至少一个施加恢复力。
根据另一实施方式的一方面，能量采集器包括第一充电构件和第二充电构件，第一充电构件包括第一电极，第二充电构件设置为面对第一充电构件并且包括第二电极和在第二电极上以径向形状布置的多个电介质层，其中，通过第一充电构件与第二充电构件之间的相对旋转运动产生电能。
第一充电构件可以具有比第二充电构件更小的面积。
第一摩擦层可以具有圆盘形状，以及第二摩擦层可以具有半圆盘形状。
能量采集器还可以包括弹性体，其配置成向第一充电构件和第二充电构件中的至少一个施加恢复力。
根据另一实施方式的一方面，智能手表包括能量采集器和配置成将能量采集器产生的电能传送到另一元件的传输电路。
传输电路可以包括转换器、控制单元和降压转换器，其中，转换器配置成将交流(AC)信号转换成直流(DC)；控制单元配置成控制传输电路的阻抗以使得由传输电路传递的电力的传输速率最大化，降压转换器，配置成调整由转换器转换的直流电压的大小。
本发明的实施方式
在下文中，将参照附图详细描述实施方式。附图中相同的附图标记表示相同的元件，为了描述的清楚起见，部件的尺寸或厚度可能被夸大。此外，当描述某种材料层存在于基板或另一层上时，该材料层可以直接地或经由第三层存在于基板或另一层上。此外，在下面的实施方式中，形成每个层的材料是说明性的，因此，可以使用其它材料代替。
图1是根据示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参考图1，根据实施方式的能量采集器可以包括第一充电构件110和第二充电构件120，其中，第一充电构件110包括多个第一突出部110a，第二充电构件120包括布置在第一突出部110a之间的多个第二突出部120a，并且该多个第二突出部120a包括与第一突出部110a的材料不同的材料。根据图1所示的实施方式，第一充电构件110和第二充电构件120可以各自呈板的形式，其上设置有多个第一突出部110a和第二突出部120a。如图1所示，多个第一突出部110a和第二突出部120a可以设置在与板正交的方向(x轴)上。这仅仅是说明性的，以及第一突出部110a和第二突出部120a可以形成在相对于x轴倾斜的方向上。
第一突出部110a的侧表面与第二突出部120a的侧表面可以彼此接触，或者第一突出部110a的侧表面与第二突出部120a的侧表面之间的间隙可以改变。在这种情况下，可能发生摩擦起电，从而产生电能。摩擦起电不仅可以在第一突出部110a与第二突出部120a彼此接触时发生，还在不接触的情况下仅当第一突出部110a和第二突出部120a之间的距离改变时发生。例如，当第一突出部110a和第二突出部120a中的至少一个在其表面上包括正常带电的材料(诸如，铁电材料或电活性聚合物)时，即使在第一突出部110a和第二突出部120a不接触的情况下，当第一突出部110a和第二突出部120a之间的间隙变化时，也会产生电能。
第一充电构件110和第二充电构件120中的至少一个可以配置成能够在与第一方向(x方向)正交的第二方向(y方向)上移动，以使得第一突出部110a与第二突出部120a彼此接触，或改变第一突出部110a与第二突出部120a之间的间隙。在这种情况下，第一充电构件110可以是固定的，以及仅第二充电构件120可以相对于第一充电构件110在第二方向(y轴)上移动。反之，第二充电构件120可以是固定的，以及仅第一充电构件110可以在第二方向(y轴)上移动。可替代地，第一充电构件110和第二充电构件120二者可以在第二方向(y轴)上移动。本文中，可在第二方向(y轴)上移动的含义不必限于平行于第二方向(y轴)移动，以及当第二方向(y轴)分量包括在移动方向分量时足以满足。例如，第一充电构件110和第二充电构件120中的至少一个可以在第二方向(y轴)上移动并同时在第一方向(x轴)上或在与第一方向和第二方向(x轴和y轴)二者正交的方向(z轴)上移动。
第一突出部110a和第二突出部120a可以呈线的形式，其具有在与第一方向和第二方向(x轴和y轴)正交的方向(与地面正交的z轴方向)上的长度。由于第一突出部110a和第二突出部120a中的每一个具有线形式，所以多个第一突出部110a和第二突出部120a可以具有彼此平行布置的多条线的条纹形式。这只是说明性的并且不限于此。例如，第一突出部110a和第二突出部120a可以二维地布置，而不是以条纹形式布置。为了有效的摩擦起电，第一充电构件110和第二充电构件120、第一突出部110a和第二突出部120a可以以预定的间隔和预定的宽度设置。通过这样做，当第一充电构件110和第二充电构件120中的至少一个沿第二方向(y轴)移动时，第一突出部110a和第二突出部120a可以同时彼此接触，或者可以改变第一突出部110a与第二突出部120a之间的相同间隙。然而，第一突出部110a和第二突出部120a不必具有预定的宽度和间隔，以及第一突出部110a和第二突出部120a可以不规则地布置。
第一充电构件110和第二充电构件120可以分别在其表面上包括具有不同充电速率的材料，以通过以上描述的摩擦起电产生电能。例如，根据图1所示的实施方式，第一充电构件110可以包括第一电极，第一电极包括第一突出部110a。在这种情况下，第一电极可以包括导电材料。如图1所示，当第一充电构件110仅包括第一电极时，第一电极可以用作电极以及同时引起摩擦起电的发生。第二充电构件120可以包括第二电极124和电介质层122，其中，第二电极124包括具有与第二突出部120a对应的形状的多个第二柱120c，电介质层122设置在第二柱120c的表面上。在第二充电构件120中，电介质层122可以引起摩擦起电的发生，以及第二电极124可以用作电极。电介质层122可以形成在第二充电构件120的表面上。第二柱120c可以形成在电极124上，以及电介质层122可以涂覆在第二柱120c的表面上以形成第二突出部120a。如图1所示，当在第二电极124的表面上形成薄的电介质层122时，在电介质层122中产生的带电电荷可以更容易到达第二电极124。
电介质层122可以包括多种材料。电介质层122可以包括压电材料、铁电材料、电活性聚合物(EAP)和热电材料中的至少一种，但不限于此。作为材料的示例，包括在电介质层122中的电介质可以包括聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛、丝、纸、棉、钢、木材、聚乙烯醇(PVA)、硅橡胶、特氟龙、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、卡普顿、聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、氟聚合物(例如，聚氟乙烯PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基(PFA)聚合物、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、石英、锆钛酸铅(PZT)、ZnO、氧化钡锡(BTO)等，但也不限于此。电介质层122可通过表面处理、铁电纳米颗粒嵌入以及通过异质聚合物堆叠控制物质的性质的方法中的至少一种方法而制备。
包括在第一充电构件110的第一电极中的导电材料可以包括金属、石墨烯、碳纳米管(CNT)、氧化铟锡(ITO)和导电聚合物中的至少一种，但不限于此。金属的示例可以包括铝(Al)、镁(Mg)、铜(Cu)，铅(Pb)、铁(Fe)、镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)及其合金中的至少一种，以及导电聚合物可以包括例如[6,6]-苯基-C85丁酸甲酯(PCBM)。然而，上述材料仅仅是说明性的，以及本实施方式不限于此。包括在第一电极中的导电材料也可以包括在第二充电构件120的第二电极124中。
当在第一充电构件110和第二充电构件120之间发生摩擦起电时，如果发生摩擦起电的表面的表面积较大，则可产生更多的电能。因此，可以对其上发生摩擦起电的第一充电构件110和第二充电构件120的表面进行表面处理，以增加其表面积。也就是说，根据图1所示的实施方式，包括导电材料的第一充电构件110的表面和第二充电构件120表面上的电介质层122的表面可以被表面处理，以增加其表面积。
图2示出了第一突出部110a的表面和第二柱120c的表面上的电介质层122已被表面处理以增加其表面积。参考图2，通过表面处理，可以在第一突出部110a上形成微突出部110b，以及也可以在第二突出部120a的电介质层122上形成微突出部120b。尽管图2示出了第一突出部110a和第二突出部120a的表面被表面处理的示例，但本实施方式不限于此，以及第一突出部110a和第二突出部120a中的仅一个可以是表面处理的。此外，尽管图2示出了形成在第一突出部110a和第二突出部120a的表面上的微突出部具有纳米锥形式的示例，但是本实施方式不限于此。例如，微突出部110b和120b可以具有纳米线形式，纤维形式，纳米颗粒形式，纳米棒形式等。本文中，微突出部可以具有约1nm至约1mm的尺寸，但不限于此。可以将与微突出部的材料不同的材料填充在图2所示的微突出部之间。
图3是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参考图3，根据另一示例性实施方式的能量采集器可以包括与图1所示的实施方式的第一充电构件和第二充电构件类似的第一充电构件310和第二充电构件320。此外，第一充电构件310和第二充电构件320可以分别包括多个第一突出部310a和第二突出部320a。在图3所示的实施方式中，第一充电构件310可以包括第一电极。第一电极可以包括导电材料。此外，第二充电构件320可以包括电介质层322和第二电极324。
电介质层322可以包括多种材料。电介质层322可以包括压电材料、铁电材料、EAP和热电材料中的至少一种，但不限于此。电介质层322可以通过表面处理方法、铁电纳米颗粒嵌入方法以及通过异质聚合物堆叠来控制物质的性质的方法中的至少一种而制备。包括在第一电极中的导电材料可以包括金属、石墨烯、CNT、ITO和导电聚合物中的至少一种，但不限于此。金属的示例可以包括Al、Mg、Cu、Pb、Fe、Ni、Ag、Pt、Au及其合金中的至少一种，以及导电聚合物可以包括，例如PCBM。然而，上述材料仅仅是说明性的，并且本实施方式不限于此。包括在第一电极中的导电材料也可以包括在第二充电构件320的第二电极324中。
与图1不同，在图3所示的实施方式中，电介质层322可以仅形成在第二电极324的表面的一部分上，而不是形成在第二电极324的整个表面上。例如，如图3所示，电介质层322可以形成在第二柱320c的侧表面上。在这种情况下，第二柱320c的侧表面可以表示与第二突出部320a形成在第二柱320c中的方向(x轴)平行的表面。此外，尽管图3示出了电介质层322仅形成在第二柱320c的侧表面上的示例，但本实施方式不必限于此。例如，电介质层322也可以形成在第二柱320c的顶表面上。此外，在图3所示的实施方式中，也可以执行参照图2描述的表面处理工艺。
图4是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图4的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图4，能量采集器可以包括第一充电构件410和第二充电构件420。此外，第一充电构件410和第二充电构件420可以分别包括多个第一突出部410a和第二突出部420a。第一充电构件410可以包括第一电极，第一电极包括导电材料。第一电极可导致摩擦起电发生，以及同时用作电极。第二充电构件420可以包括电介质层422、第二电极424和聚合物结构426。聚合物结构426可以包括塑料等。在这种情况下，聚合物结构426可以包括具有与第二突出部420a对应的形状的多个第二柱420c。此外，电介质层422和第二电极424可以形成在聚合物结构426的表面上。因此，电介质层422和第二电极424可以设置在第二柱420c的表面上。如图4所示，当使摩擦起电发生的电介质层422和作为电极的第二电极424在聚合物结构426上薄薄地形成时，可以减小第二充电构件420的总重量。
图5是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图5的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图4，能量采集器可以包括第一充电构件510和第二充电构件520。第一充电构件510和第二充电构件520可以分别包括多个第一突出部510a和第二突出部520a。第一充电构件510可以包括第一电极，第一电极包括导电材料。第一电极可导致摩擦起电发生，以及同时用作电极。第二充电构件520可以包括电介质层522和第二电极524。与图1、图3和图4的实施方式不同，在图5中，电介质层522可以包括多个第二突出部520a。此外，第二电极524可以设置在电介质层522下方。
图6是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图6的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图6，能量采集器可以包括第一充电构件610和第二充电构件620。此外，第一充电构件610和第二充电构件620可以分别包括多个第一突出部610a和第二突出部620a。第一充电构件610可以包括第一电极，第一电极包括导电材料。第一电极可以导致摩擦起电发生，以及同时用作电极。第二充电构件620可以包括电介质层622和第二电极624。和图5相似，第二充电构件620的电介质层622可以包括多个第二突出部620a。此外，第二电极624可以设置在电介质层622下方。虽然图5中的第二电极524是单个电极，但图6中的第二电极624可以包括至少两个子电极。例如，第二电极624可以包括与第一突出部610a和第二突出部620a的布置方向平行布置并彼此电连接的多个第一子电极624a。此外，第二电极624可以包括与第一突出部610a和第二突出部620a的布置方向平行布置并彼此电连接的多个第二子电极624b。在这种情况下，第一子电极624a和第二子电极624b可以彼此电隔离。
在图6中，第一子电极624a以奇数次序布置，以及第二子电极624b以偶数次序布置。然而，第一子电极624a和第二子电极624b的布置顺序不必限于此，并且可以改变。由于第一子电极624a彼此电连接，因此第一子电极624a可以具有相同的电位。此外，由于第二子电极624b也彼此电连接，因此第二子电极624b可以具有相同的电位。然而，由于第一子电极624a与第二子电极624b电隔离，因此第一子电极624a可以具有与第二子电极624b的电位不同的电位。因此，当摩擦起电发生在第一充电构件610和第二充电构件620之间时，第一子电极624a和第二子电极624b之间可出现电位差。此外，可以从电位差产生电能。
图7是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图7的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图7，能量采集器可以包括第一充电构件710和第二充电构件720。此外，第一充电构件710和第二充电构件720可以分别包括多个第一突出部710a和第二突出部720a。第二充电构件720可以包括电介质722和电极724。图1所示的第二充电构件120作为示例应用于第二充电构件720，但本实施方式不限于此，以及图1至图6所示的第二充电构件120、320、420、520和620的所有实施方式可以应用于此。相应地，图1至图6所示的第二柱120c、320c和420c的所有实施方式可以应用于第二柱720c，但第二柱720c不限于此。第一充电构件710可以包括第一塑料结构714和第一电极712，其中，第一塑料结构714包括具有与第一突出部710a对应的形状的多个第一柱710c，第一电极712设置在第一塑料结构714的表面上。第一电极712可以包括导电材料。第一电极712可以导致摩擦起电发生，以及同时用作电极。第一塑料结构714可以具有第一柱710c。通过在第一塑料结构714的表面上形成第一电极712，可以减小第一充电构件710的重量。
已描述了通过第一充电构件的导电材料与第二充电构件的电介质之间的摩擦起电产生电能的示例。
在下文中，描述通过电介质之间的界面处的摩擦起电产生电能的示例。
图8是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参考图8，能量采集器可以包括第一充电构件810和第二充电构件820。此外，第一充电构件810和第二充电构件820可以分别包括多个第一突出部810a和第二突出部820a。第一充电构件810和第二充电构件820可以在其表面上包括不同的电介质。例如，第一充电构件810可以包括第一电介质层，第一电介质层包括第一电介质，以及第二充电构件820可以包括第二电介质层822，第二电介质层822包括第二电介质。此外，第二充电构件820可以包括电极824。电极824可以设置在第二电介质层822下方。与图6相似，图8所示的电极824可以包括与第一突出部810a和第二突出部820a的布置方向平行布置并彼此电连接的多个第一子电极824a。此外，电极824可以包括与第一突出部810a和第二突出部820a的布置方向平行布置并彼此电连接的多个第二子电极824b。第一子电极824a和第二子电极824b可以彼此电隔离。在图8中，第一子电极824a以奇数次序布置，以及第二子电极824b以偶数次序布置。然而，第一子电极824a和第二子电极824b的布置顺序仅仅是说明性的，并且可以改变。如以上参照图6所述，由于可以通过利用第一子电极824a和第二子电极824b之间的电位差来产生电能，因此第一充电构件810不必分别包括导电材料。因此，第一充电构件810可以仅包括用于引起摩擦起电的第一电介质层，但不限于此。
包括在第一充电构件810中的第一介电层和第二充电构件820的第二电介质层822可以包括具有不同摩电序(triboelectric series)的材料，以便通过摩擦起电产生电能。第一电介质层和第二电介质层可以包括压电材料、铁电材料EAP和热电材料中的至少一种。例如，第一电介质和第二电介质可以包括聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛、丝、纸、棉、钢、木材、PVA、硅橡胶、特氟龙、PDMS、卡普顿、聚乙烯、PVC、氟聚合物(例如PVF)、PVDF、PTFE、PCTFE、PFA聚合物、FEP、ETFE、PP、PET、石英、PZT、ZnO、BTO等，但不限于此。
形成用于摩擦起电的第一电介质层和第二电介质层的材料可以考虑摩电序和功函数来确定。例如，当考虑到功函数时，第一电介质层和第二电介质层可以包括具有低功函数的材料。此外，当考虑到摩电序时，第一电介质层和第二电介质层中的任何一个可以包括容易带正电(+)的材料，另一个可以包括容易带负电的材料(-)。可以容易地带正电(+)的材料的示例可以包括聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛、丝、Al、纸、棉、钢、木材、Ni、Cu、Ag和PVA。此外，可以容易地带负电(-)的材料的示例可包括硅橡胶、特氟龙、PDMS、卡普顿、PP、PE、PVC、铁电和压电材料，诸如驻极体(electrets)。在此，驻极体可以包括例如含氟聚合物、PVF、PVDF、PCTFE、PFA聚合物、FEP、ETFE、PET和石英。上述材料仅仅说明性的，并且不限于此。
图9是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图9的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图9，能量采集器可以包括第一充电构件910和第二充电构件920。此外，第一充电构件910和第二充电构件920可以分别包括多个第一突出部910a和第二突出部920a。第一充电构件910可以包括第一电介质层912和第一电极914。类似地，第二充电构件920可以包括第二电介质层922和第二电极924。第一电介质层912可以包括第一突出部910a。此外，第一电极914可以设置在第一电介质层912如图9所示的上方。第二电介质层922可以包括第二突出部920a。此外，第二电极924可以设置在第二电介质层922下方。当摩擦起电效应在第一电介质层912和第二电介质层922之间发生时，电流可以在第一电极914和第二电极924之间流动，从而产生电能。为了发生摩擦起电效应，第一电介质层912和第二电介质层922可以包括具有不同摩电序的电介质材料。
图10和图11是根据其它示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图10和图11的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图10和图11，能量采集器可以包括第一充电构件1010和第二充电构件1020。此外，第一充电构件1010和第二充电构件1020可以分别包括多个第一突出部1010a和第二突出部1020a。与图9相似，第一充电构件1010可以包括第一电介质层1012和设置在第一电介质层1012如图10所述的上方的第一电极1014。此外，第二充电构件1020可以包括第二电介质层1022和设置在第二电介质层1022下方的第二电极1024。与图9不同，第二电极1024可以包括与第二突出部1020a的形状对应的第二柱1020c。此外，第二电介质层1022可以形成在第二电极1024的表面上。图10示出只薄薄地形成第二电介质层1022的情况。然而，如图11所示，第一电介质层1012和第二电介质层1022二者可以薄薄地形成。在这种情况下，第一电极1014还可以包括与第一突出部1010a的形状对应的第一柱1010c。当第一电介质层1012或第二电介质层1022薄薄地形成在第一电极1014或第二电极1024的表面上时，带电电荷可以更容易地移动。
图12是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参考图12，能量采集器可以包括第一充电构件1210和第二充电构件1220。此外，第一充电构件1210和第二充电构件1220可以分别包括多个第一突出部1210a和第二突出部1220a。与图11不同，在图12所示的实施方式中，第一电介质层1212和第二电介质层1222可以分别仅形成在第一柱1210c和第二柱1220c的侧表面上。也就是说，当第一充电构件1210和第二充电构件1220中的至少一个在第二方向(y轴)上移动时，第一电介质层1212和第二电介质层1222可以分别形成在第一突出部1210a和第二突出部1220a的其上发生摩擦起电的表面上。这仅仅是说明性的，并且第一电介质层1212和第二电介质层1222可以分别形成在第一突出部1210a和第二突出部1220a的所有表面上。
图13是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图13的实施方式的描述中，省略重复的描述。参考图13，能量采集器可以包括第一充电构件1310和第二充电构件1320。此外，第一充电构件1310和第二充电构件1320可以分别包括多个第一突出部1310a和第二突出部1320a。第一充电构件1310可以包括第一聚合物结构1316，第一聚合物结构1316具有形成为与第一突出部1310a对应的形状的多个第一柱1310c。此外，第一电极1314和第一电介质层1312可以设置在第一聚合物结构1316的表面上。第二充电构件1320还可以包括第二聚合物结构1326，第二聚合物结构1326具有形成为与第二突出部1320a对应的形状的多个第二柱1320c。此外，第二电极1324和第二电介质层1322可以设置在第二聚合物结构1326的表面上。尽管图13示出了第一充电构件1310和第二充电构件1320二者包括聚合物结构的情况，但第一和第二充电构件中的任何一个可以不包括聚合物结构。如图13所示，当第一充电构件1310和第二充电构件1320分别包括第一聚合物结构1316和第二聚合物结构1326时，可以减小第一充电构件1310和第二充电构件1320的重量。
已经描述了可以包括在能量采集器中的第一充电构件和第二充电构件的多种实施方式。第一充电构件和第二充电构件中的至少一个可以配置成在与形成第一突出部和第二突出部的方向正交的方向上移动。然而，第一充电构件和第二充电构件中的至少一个不必限于仅在与形成第一突出部和第二突出部的方向正交的方向上移动。例如，第一充电构件和第二充电构件中的至少一个还可以在与形成第一和第二突出部的方向相同的方向上移动。如上所述，可以存在配置第一充电构件和第二充电构件的方法的多种实施方式。
图14是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
图14所示的能量采集器可以包括第一充电构件1410和第二充电构件1420。图14示出了第一充电构件1410和第二充电构件1420具有与图1所示的第一充电构件110和第二充电构件120相同的结构。也就是说，第二充电构件1420可以包括电极1424和形成在电极1424的表面上的电介质1422，以及第一充电构件1410可以包括导电材料。这仅仅是说明性的，图1至图13所示的所有实施方式可以应用于图14的第一充电构件1410和第二充电构件1420。
参考图14，能量采集器还可以包括覆盖第一充电构件1410和第二充电构件1420的壳体1430。第一充电构件1410可以通过壳体1430内的弹性支撑件1434连接到壳体1430。第一充电构件1410可以在被弹性支撑件1434支撑的同时在壳体1430内移动。在这种情况下，第一充电构件1410可以在与形成第一充电构件1410的第一突出部的第一方向(x轴)正交的方向(y轴)上移动。然而，本实施方式不限于此，第一充电构件1410也可以在形成第一突出部的第一方向(x轴)上或在与第一方向和第二方向二者正交的方向(z轴)上移动。第二充电构件1420可以由固定支撑件(1436)固定。然而，这仅仅说明性的，以及与第一充电构件1410相似，第二充电构件1420也可以连接到弹性支撑件1434并在壳体1430内移动。
当第一充电构件1410通过惯性力等在壳体1430内移动时，第一充电构件1410可以从弹性支撑件1434接收恢复力。在这种情况下，施加到第一充电构件1410的力的方向的改变次数可能增加。然后，第一充电构件1410和第二充电构件1420之间的摩擦起电的次数可能增加。此外，由摩擦起电产生的电能的容量也可能增加。
图15示出了当弹性支撑件1434不施加恢复力(a)时和当弹性支撑件1434施加恢复力(b)时从能量采集器输出的电能信号之间的差异。例如，如图15所示，当根据实施方式的能量采集器装配在可穿戴设备等中时，第一充电构件和第二充电构件由于人的运动等而接收惯性力。当第一充电构件和第二充电构件中的至少一个由于惯性力而移动时，可以通过摩擦起电产生如图15(a)所示的电能信号。然而，如果如图14所示弹性支撑件1434连接到第一充电构件1410，则第一充电构件1410不仅可以接收惯性力而且还可以接收恢复力。然后，如图15的(b)所示，第一充电构件1410和第二充电构件1420之间的摩擦起电次数可以增加，因此产生电能信号的次数可以增加。
在图14中，第一充电构件1410可以不仅在第二方向(y轴)上移动还可以在第一方向(x轴)上移动。在这种情况下，通过摩擦起电在第一充电构件1410和第二充电构件1420之间产生的电能也可以通过沿着第一方向(x轴)的运动而产生。此外，为了增加通过摩擦起电产生电能的能力，可以在壳体1430的内壁上形成第三充电构件1440。第三充电构件1440可以包括电介质层1442和电极1444，但不限于此。第三充电构件1440可以设置在壳体1430的内壁上。在图14中，第三充电构件1440设置在与第二方向(y轴)平行的表面上，但不限于此，以及第三充电构件1440可以设置在与第一方向(x轴)平行的表面上或与第一方向和第二方向(x轴和y轴)正交的表面上。如图14所示，如果第三充电构件1440设置在壳体1430的内壁上，则当第一充电构件1410在第一方向(x轴)上移动时，第一充电构件1410可以接触第三充电构件1440，或者第一充电构件1410和第三充电构件1430之间的间隙可以改变。因此，可以通过摩擦起电产生电能。
图16示出了安装了图14所示的弹性支撑件1434的示例。参考图16，弹性支撑件1434可以设置在第一充电构件1410和壳体1430之间。如图16的(a)所示，弹性支撑件1434可以简单地安装在第一充电构件1410的外壁与壳体1430的内壁之间。可替代地，如图16的(b)所示，为了减小安装空间，可以在第一充电构件1410的外壁上制备凹槽1413，以及可以在壳体1430的内壁上制备凹槽1433。此外，弹性支撑件1434可以设置在第一充电构件1410的凹槽1413与壳体1430的凹槽1433之间。虽然图16的(b)示出了在第一充电构件1410和壳体1430中分别设置凹槽1413和凹槽1433的情况，但凹槽也可以仅在第一充电构件1410和壳体1430中的一个中设置。
图17是图14所示的能量采集器的壳体1430的立体图。
参考图17，可以在壳体1430的外部设置用于将由能量采集器产生的电能传递到外部的电缆孔1437。图17所示的能量收集器可以通过被嵌入在移动设备、可穿戴设备、用于水力发电、风力发电的设备等中将动能转换成电能。
尽管图14示出了一个壳体1430用于能量采集器的情况，但能量采集器可以包括多个壳体。图18是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参考图18，能量采集器可以包括第一充电构件1810和第二充电构件1820以及第一壳体1830和第二壳体1840。第二充电构件1820可以包括电介质层1822和电极1824。图18所示的第一充电构件1810和第二充电构件1820仅仅是说明性的，以及可以用图1至图13的实施方式中任何一个替代。与参考图14提供的描述类似，第一充电构件1810可以通过设置在第一壳体1830内的第一弹性支撑件1834连接到第一壳体1830。此外，第一壳体1830可以通过设置在第二壳体1840内的第二弹性支撑件1844连接到第二壳体1840。第二充电构件1820可通过固定支撑件1836固定。当第一壳体1830在第二壳体1840内移动时，第一壳体1830可以从第二弹性支撑件1844接收恢复力。此外，由第一壳体1830接收的恢复力可以通过第一弹性支撑件1834传递到第一充电构件1810。如图18所示，通过在第一壳体1830与第二壳体1840之间安装第二弹性支撑件1844，可以增加第一充电构件1810与第二充电构件1820之间的振动运动。可替代地，第一弹性支撑件1834可以安装在第一充电构件1810与第二充电构件1820之间，以增加振动次数。
图19是根据另一示例性实施方式的能量采集器的立体图。
参考图19，能量采集器可以包括第一充电构件1910和第二充电构件1920。参考图1至图13描述的所有实施方式可以应用于第一充电构件1910和第二充电构件1920及其第一突出部1910a和1920a。能量采集器可以包括引导构件1930，引导构件1930配置成引导第一充电构件1910和第二充电构件1920中的至少一个在与形成第一突出部和第二突出部的第一方向(x轴)正交的第二方向(y轴)上移动。
引导构件1930可以用于引导第一充电构件1910和第二充电构件1920中的至少一个在第二方向(y轴方向)上移动。为此，如图19所示，引导构件1930可以包括形成在第二方向(y轴方向)上的引导凹槽1932。此外，第一充电构件1910和第二充电构件1920中的至少一个可以包括装配到引导凹槽1932中的突出部1914。图19示出了第二充电构件1920固定以及第一充电构件1910可以沿引导构件1930的引导凹槽1932移动的情况。然而，本实施方式不限于此。例如，第一充电构件1910可以固定到引导构件1930，以及第二充电构件1920可以在第二方向(y轴方向)上移动。作为另一示例，第一充电构件1910和第二充电构件1920二者可以在第二方向(y轴方向)上移动。在这种情况下，引导构件1930可以包括另外的引导凹槽以使得第一充电构件1910和第二充电构件1920二者可移动。
此外，尽管未示出，但引导构件1930可以包括恢复力构件，其配置成当第一充电构件1910和第二充电构件1920中的至少一个移动时，恢复第一充电构件1910和第二充电构件1920中的至少一个的位置。恢复力构件的示例可以包括弹性材料(诸如，弹簧和橡胶)和磁性材料(诸如，磁体)。恢复力构件可以增加第一充电构件1910或第二充电构件1920的运动的次数。也就是说，当引导构件1930包括恢复力构件时，第一充电构件1910或第二充电构件1920可以通过恢复力构件移动及移回。因此，第一充电构件1910或第二充电构件1920的运动次数可以通过恢复力构件来增加。另外，随着运动次数的增加，能量采集器的电能发电量也可以增加。
图20是根据另一示例性实施方式的能量采集器的立体图。
参考图20，能量采集器可以包括第一充电构件2010和第二充电构件2020，其中，第一充电构件2010包括形成在第一方向(x轴)上的多个第一突出部2010a，第二充电构件2020包括布置在第一突出部2010a之间的多个第二突出部2020a。此外，能量采集器可以包括第一引导构件2030，第一引导构件2030配置成引导第一充电构件2010和第二充电构件2020中的至少一个在与形成第一突出部2010a和第二突出部2020a的方向(x轴)正交的方向(y轴)上移动。此外，能量采集器还可以包括第二引导构件2040，第二引导构件2040配置成引导第一充电构件2010和第二充电构件2020中的至少一个在第一方向(x轴)上移动。在这种情况下，参考图1至图13描述的所有实施方式可以应用于第一充电构件2010和第二充电构件2020。
第二引导构件2040可以包括穿过第一引导构件2030的至少一个引导轴。因此，当第一引导构件2030沿引导轴移动时，第一充电构件2010和第二充电构件2020中的至少一个可以在第一方向(x轴)上移动。在图20中，第一引导构件2030连接到第一充电构件2010。因此，第一充电构件2010可以在沿第二引导构件2040形成轴的方向上移动。然而，本实施方式不限于此。例如，当第一引导构件2030也连接到第二充电构件2020时，第二充电构件2020也可以在沿第二引导构件2040形成轴的方向上移动。尽管未示出，但第二引导构件2040可以包括恢复力构件，该恢复力构件配置成：当第一充电构件2010和第二充电构件2020中的至少一个移动时，施加恢复力以用于恢复第一充电构件2010和第二充电构件2020中的至少一个的位置。恢复力构件的示例可以包括诸如弹簧和橡胶的弹性材料以及诸如磁体的磁性材料。此外，恢复力构件可以嵌入到包括在第二引导构件2040中的轴中。第一充电构件2010和第二充电构件2020以及第一引导构件2030和第二引导构件2040也可以嵌入至如参考图14和图18描述的壳体中。
已经根据示例性实施方式描述了包括第一充电构件和第二充电构件的能量采集器。在上述描述中，第一充电构件和第二充电构件分别包括多个第一突出部和第二突出部，但实施方式不限于此。
图21是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参照图21，能量采集器可以包括第一充电构件2110和第二充电构件2120。第二充电构件2120包括第一充电材料层2122和第二充电材料层2124，其中：第一充电材料层2122具有形成在其表面上的多个突出部，以及包括与第一充电构件2110的材料不同的材料；第二充电材料层2124设置在该突出部之间，以及包括与第一充电构件2110和第一充电材料层2122的材料不同的材料。
第一充电构件2110、第一充电材料层2122和第二充电材料层2124可以分别包括具有不同摩电序的材料。例如，当第一充电构件2110包括导电材料时，第一充电材料层2122和第二充电材料层2124可以包括不同的电介质。此外，当第一充电构件2110包括电介质时，第一充电材料层2122和第二充电材料层2124可以各自包括与第一充电构件2110的电介质不同的电介质。当第一充电构件2110包括电介质时，第二充电材料层2124可以包括导电材料而不是电介质。当第一充电构件2110和第二充电构件2120彼此接触或者第一充电构件2110和第二充电构件2120之间的间隙发生变化时，可以通过第一充电构件2110与第一充电材料层2122和第二充电材料层2124之间的摩擦起电产生电能。由于第一充电构件2110与第一充电材料层2122之间的接触或距离改变以及第一充电构件2110与第二充电材料层2124之间的接触或距离改变，可以发生电位改变。因此，可以产生电能。在此，摩擦起电不仅包括第一充电构件2110与第二充电构件2120之间发生接触的情况，还包括仅简单地改变第一充电构件2110与第二充电构件2120之间的间隙(即，距离)的情况。例如，当第一充电材料层2122和第二充电材料层2124中的至少一个包括正常带电材料(诸如，铁电材料或EAP)时，即使在第一充电构件2110和第二充电构件2120不接触的情况下，当第一充电构件2110与第二充电构件2120之间的间隙变化时也会产生电能。
可以包括在第一充电构件2110、第一充电材料层2122和第二充电材料层2124中的电介质的示例可以包括压电材料、铁电材料、EAP和热电材料中的至少一种。详细地，电介质可以包括聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛、丝、纸、棉、钢、木材、PVA、硅橡胶、特氟龙、PDMS、卡普顿、聚乙烯、PVC、氟聚合物(例如，PVF)、PVDF、PTFE、PCTFE、PFA聚合物、FEP、ETFE、PP、PET、石英、PZT、ZnO、BTO等，但不限于此。
此外，可以包括在第一充电构件2110和第二充电材料层2124中的任何一个中的导电材料的示例可以包括金属、石墨烯、CNT、ITO和导电聚合物。然而，这仅仅是说明性的，以及本实施方式不限于此。金属的示例可以包括Al、Mg、Cu、Pb、Fe、Ni、Ag、Pt和Au。此外，导电聚合物可以包括例如PCBM。然而，本实施方式不限于此。
当与第一充电构件2110发生摩擦起电时，第一充电材料层2122和第二充电材料层2124可以不同地充电。例如，当第一充电构件2110和第二充电构件2120彼此接触时，或者第一充电构件2110和第二充电构件2120之间的间隙发生改变时，第二充电构件2120的第一充电材料层2122可以带正电(+)，以及第二充电材料层2124可以带负电(-)。当然，相反的情况也是可以的。为此，第一充电材料层2122和第二充电材料层2124中的任何一个可以包括可以相对容易带正电(+)的材料，并且另一个可以包括可以相对容易带负电(-)的材料。
在这种情况下，可以容易地带正电(+)的材料的示例可以包括聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛、丝、Al、纸、棉、钢、木材、Ni、Cu、Ag和PVA。此外，可以容易地带负电(-)的材料的示例可包括硅橡胶、特氟龙、PDMS、卡普顿、PP、PE、PVC、铁电和压电材料，诸如驻极体。此处，驻极体可以包括例如含氟聚合物、PVF、PVDF、PCTFE、PFA聚合物、FEP、ETFE、PET和石英。上述材料仅仅是说明性的，并且不限于此。
第一电极2132和第二电极2134可以设置在第二充电构件2120的第一充电材料层2122下方。第一电极2132和第二电极2134可以彼此电隔离。此外，如图21所示，第一电极2132可以包括布置在突出部的布置方向上并彼此电连接的多个第一子电极。此外，第二电极2134可以包括布置在突出部的布置方向上并彼此电连接的多个第二子电极。这仅仅是示例性的，以及第一电极2132和第二电极2134可以分别配置成单个电极。当第一充电构件2110在第二充电构件2120上向左和向右移动时，可以在第二充电构件2120的第一充电材料层2122和第二充电材料层2124处产生摩擦起电效应。在这种情况下，由于离第一充电构件2110的表面的距离相对于第二充电构件2120的各表面变化，因此可以在第一电极2132和第二电极2134中产生不同的电位。能量采集器可以通过利用第一电极2132与第二电极2134之间的电位差来产生电能。
图22是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图22的实施方式的描述中，省略图21的重复的描述。参照图22，图21的第一充电构件2110可以包括多个突出部。这样，在第一充电构件2110的表面上具有电平差，摩擦起电效应可能比没有电平差更好。然而，由于第二充电材料层2124嵌入在第一充电材料层2122的突出部之间，因此可以减小第二充电构件2120的表面电平差。在这种情况下，第一充电构件2110可以在第二充电构件2120上相对自由地移动。
图23是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参考图23，能量采集器可以包括第一充电构件2310和第二充电构件2320，其中，第二充电构件2320与第一充电构件2310间隔开并围绕第一充电构件2310以及包括第一充电构件2310的材料不同的材料。在这种情况下，当第一充电构件2310和第二充电构件2320中的至少一个移动时，第一充电构件2310的外表面S1和第二充电构件2320的内表面S2可以彼此接触，或者第一充电构件2310的外表面S1与第二充电构件2320的内表面S2之间的间隙可以改变。因此，可以通过摩擦起电产生电能。如上所述，摩擦起电不仅包括第一充电构件2310的外表面S1和第二充电构件2320的内表面S2彼此接触的情况，还包括由于第一充电构件2310的外表面S1与第二充电构件2320的内表面S2之间的间隙的简单改变引起的电位差产生电能的情况。
在图23中，第一充电构件2310可以具有圆盘形状或球形形状。然而，第一充电构件2310不限于此。此外，第一充电构件2310可以包括第一电极，其包括导电材料。因此，第一电极可以用作电极以及同时导致摩擦起电发生。第二充电构件2320可以具有围绕第一充电构件2310的环形形状或球形形状。第二充电构件2320可以包括内表面S2上的电介质层2322。此外，第二充电构件2320可以包括设置在电介质层2322外的第二电极2324。
可以包括在电介质层2322中的材料的示例可以包括压电材料、铁电材料、EAP和热电材料中的至少一种。详细地，包括在电介质层2322中的电介质可以包括聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛、丝、纸、棉、钢、木材、PVA、硅橡胶、特氟龙、PDMS、卡普顿、聚乙烯、PVC、氟聚合物(例如，PVF)、PVDF、PTFE、PCTFE、PFA聚合物、FEP、ETFE、PP、PET、石英、PZT、ZnO、BTO等。电介质层2322可以通过表面处理方法、铁电纳米颗粒嵌入方法以及通过异质聚合物堆叠控制物质的性质的方法中的至少一种来制备。此外，可以包括在第一充电构件2310的第一电极中的导电材料可以包括金属、石墨烯、CNT、ITO和导电聚合物中的至少一种。金属可以包括Al、Mg、Cu、Pb、Fe、Ni、Ag、Pt、Au及其合金中的至少一种。此外，导电聚合物可以包括例如PCBM。导电材料也可以包括在第二充电构件2320的电极2324中。
图23所示的能量采集器还可以包括弹性支撑件2330，弹性支撑件2330设置在第一充电构件2310的外表面S1与第二充电构件2320的内表面S2之间以及向第一充电构件2310和第二充电构件2320中的至少一个施加恢复力。第一充电构件2310和第二充电构件2320可以通过弹性支撑件2330彼此连接。为了减小安装空间，尽管未示出，但可以在第一充电构件2310的外表面S1上制备凹槽，以及可以在第二充电构件2320的内表面S2上制备凹槽。第一充电构件2310可以在被弹性支撑件2330支撑的同时在设置在第二充电构件2320中的空置空间中移动。当第一充电构件2310在第二充电构件2320的空置空间中移动时，弹性支撑件2330可以向第一充电构件2310和第二充电构件2320中的至少一个施加恢复力。由于该恢复力，第一充电构件2310和第二充电构件2320的振动次数可能增加。此外，通过振动次数的增加，可增加电能的产生能力。
图24是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图24的实施方式的描述中，省略图23的重复的描述。参照图24，第一充电构件2410可以包括在其外表面S1上的电介质层2412，以及在外表面S1内并与电介质层2412接触的第一电极2414。此外，第二充电构件2420可以包括第二电极，其包括导电材料。在此，第二电极的导电材料可能导致摩擦起电发生，以及同时用作电极。图24的第一充电构件2410可以具有圆盘形状或球形形状。此外，第二充电构件2420可以具有环形形状或球形形状并且围绕第一充电构件2410。这仅仅是说明性的，并且不限于此。此外，图24的能量采集器还可以包括设置在第一充电构件2410的外表面S1与第二充电构件2420的内表面S2之间以及向第一充电构件2410和第二充电构件2420中的至少一个施加恢复力的弹性支撑件2430。
图25是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
在图25的实施方式的描述中，省略图23和图24的重复描述。参照图25，第一充电构件2510可以包括其外表面S1上的电介质层2412，以及在外表面S1内的第一电极2414。此外，第二充电构件2520可以包括其内表面S2上的第二电介质层2522，以及在内表面S2外的第二电极2524。第一电介质层2512和第二电介质层2522可以包括具有不同摩电序的材料。此外，图25的能量采集器还可以包括设置在第一充电构件2510的外表面S1与第二充电构件2520的内表面S2之间以及向第一充电构件2510和第二充电构件2520中的至少一个施加恢复力的弹性支撑件2530。
图26是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参照图26，与图23类似，能量采集器可以包括第一充电构件2610、第二充电构件2620以及设置在第一充电构件2610的外表面S1与第二充电构件2620的内表面S2之间的第一弹性支撑件2630。图26示出了这样的情况，其中，第一充电构件2610包括第一电极，该第一电极包括导电材料，以及第二充电构件2620包括其内表面S2上的电介质层2622和在内表面S2外的第二电极2644。然而，图24和图25的实施方式可以应用于图26的第一充电构件2610和第二充电构件2620。配置成施加恢复力的第二弹性支撑件2640可以设置在第二充电构件2620的外表面上。第二弹性支撑件2640可以设置在第二充电构件2620与另一支撑件2642之间。在此，支撑件2642可以包括在配置成容纳第二充电构件2620的壳体中。第二弹性支撑件2640可以通过在第二充电构件2620移动时向第二充电构件2620施加恢复力来增加第一充电构件2610与第二充电构件2620之间的振动运动的次数。
图27是根据另一示例性实施方式的能量采集器的截面图。
参照图27，与图26相似，能量采集器可以包括第一充电构件2710、第二充电构件2720、设置在第一充电构件2710的外表面S1与第二充电构件2720的内表面S2之间的第一弹性支撑件2730以及设置在第二充电构件2720的外表面S3上的第二弹性支撑件2740。第二充电构件2720包括其内表面S2上的电介质层2722和在内表面S2外的第二电极2744。与图26不同，第一弹性支撑件2730和第二弹性支撑件2740可以具有弯曲形状。在这种情况下，第一弹性支撑件2730和第二弹性支撑件2740的弯曲形状可以与第一充电构件2710的外表面S1的弯曲形状或第二充电构件2720的内表面S2的弯曲形状对应。
图28是根据另一示例性实施方式的能量采集器的立体图。参考图28，能量采集器可以包括第一充电构件2810和第二充电构件2820，其中，第一充电构件2810包括第一电极，第二充电构件2820面对第一充电构件2810设置并且包括以径向形状布置的多个电介质层2822和布置在电介质层2822下方的第二电极2824。能量采集器可以通过第一充电构件2810与第二充电构件2820之间的相对旋转运动产生电能。通过第一充电构件2810与第二充电构件2820之间的相对旋转运动，可以改变第一充电构件2810与第二充电构件2820的多个电介质层2822中的每一个之间的距离。因此，可在多个电介质层2822中的每一个与第一充电构件2810之间产生电位差，从而产生电能。
如图28所示，包括第一电极的第一充电构件2810可以具有比第二充电构件2820更小的面积，以便与多个电介质层2822中的一些间隔开。此外，第一充电构件2810可以具有圆盘形状，以及第二充电构件2820可以具有半圆盘形状。半圆盘形状并不意味着板的形状必须是严格意义上的半圆形。例如，第二充电构件2820可以具有板的形状，其具有圆的弧形形状和任意的中心角。第一充电构件2810和第二充电构件2820可以彼此连接，以便相互实现相对旋转运动。例如，尽管未示出，但第一充电构件2810和第二充电构件2820可以通过铰链连接，该铰链形成在旋转轴穿过的点30处。这仅仅是说明性的，并且不限于此。
第一充电构件2810可以包括导电材料。因此，第一充电构件2810可以同时用作电极。导电材料可以包括金属、石墨烯、CNT、ITO和导电聚合物中的至少一种。此外，金属可以包括Al、Mg、Cu、Pb、Fe、Ni、Ag、Pt、Au及其合金中的至少一种。此外，上述多个电介质层2822可以包括压电材料、铁电材料、EAP和热电材料中的至少一种。上述材料仅仅是说明性的，并且不限于此。
能量采集器还可以包括设置在第一充电构件2810和第二充电构件2820的旋转轴上的弹性体。图29是根据示例性实施方式的弹性体的立体图。图29的弹性体可以设置在第一充电构件2810和第二充电构件2820的旋转轴上，以及弹性体的形状可以在第一充电构件2810或第二充电构件2820旋转时改变。例如，弹性体可以通过卷绕或展开而向第一充电构件2810和第二充电构件2820中的至少一个施加恢复力。通过这样做，可以增加第一充电构件2810与第二充电构件2820之间的旋转运动的次数。
已经参考图1至图29描述了根据示例实施方式的能量采集器。在以上的描述中，已经描述了能量采集器包括两个或三个充电构件的示例，但实施方式不限于此。例如，根据情况，可以另外地堆叠第四充电构件和第五充电构件，并且也可以通过它们之间的运动产生电能。此外，可以向第一充电构件和第二充电构件添加多个聚合物材料层或者可以在第一充电构件和第二充电构件上进行表面处理以改变界面的功函数。多个聚合物材料层可以包括碳氟基团材料，碳氟基团材料包括CF、C2F2、C2F4等。此外，表面处理的具体示例可以包括等离子体表面处理、自组装单层表面处理、涂覆、植入、复合和堆叠。根据以上描述的实施方式的能量采集器可以另外耦合至压电、热电或电磁振动发电元件或太阳能电池以形成混合发电元件。
图1至图29所示的能量采集器可以嵌入至移动设备或可穿戴设备中并用作电源。图30是根据示例性实施方式的包括能量采集器的智能手表3000的立体图。
参考图30，智能手表3000可以包括参考图1至图29描述的能量采集器3010。图30示出了图17所示的能量采集器，但不限于此。例如，智能手表3000可以包括根据已参考图1至图29描述的另一示例性实施方式的能量采集器。能量采集器3010可以嵌入至智能手表3000的带扣3012中。这仅仅是说明性的，并且可改变嵌入的位置。例如，能量采集器3010可以嵌入至智能手表3000的主体3014中。当能量采集器3010嵌入至智能手表3000中时，由于晃动手臂的运动引起的惯性力，第一充电构件与第二充电构件之间的相对运动可以出现。因此，电能通常可以正常地充电。
由能量采集器3010产生的电能可以传递到智能手表3000的其它元件。其它元件的示例可以包括充电电池、传感器和显示器，但不限于此。例如，电缆孔3011可以设置在能量采集器3010上，以使得电能可以通过连接到能量采集器3010的导线传递到智能手表3000的其它元件。为了有效的能量传递，智能手表可以包括配置成传输电能的传输电路。
图31是可以包括在智能手表3000中的传输电路3020的框图。参考图31，传输电路3020可以包括转换器3022，转换器3022配置成将交流(AC)形式的电信号转换为直流(DC)。此外，传输电路3020可以包括控制单元3024，控制单元3024配置成控制传输电路3020的阻抗以使得从能量采集器3010传递到功耗元件3030的电力的传输速率最大化。控制单元3024可以包括可变电阻器等以控制传输电路3020的阻抗。因此，传输电路3020的阻抗可被匹配以使得通过传输电路3020将电能传递到功耗元件3030的传输速率最大化。传输电路3020可以包括降压转换器3026，降压转换器3026配置成当由转换器3022转换的DC电压的幅度太大时减小DC电压的幅度。降压转换器3026可操作为通过抑制电信号的过度产生来保护其它元件。
已将智能手表3000示例性地描述为可穿戴装置的示例，但本实施方式不限于此。例如，能量采集器可以包括在蜂窝电话、无线电接收器、生物传感器、位置传感器、体温传感器、血压传感器等中并用作电源装置。能量采集器可以嵌入至佩戴在人体的正常运动部分(诸如，手臂或腿)上的移动设备中，以根据手臂或腿的运动将动能转换成电能。此外，能量采集器可以装配在机械设备中以将机械设备的振动转换成电能。此外，能量采集器可以通过利用由于风、压力、声音、液体的流动等产生的振动来产生电能。
虽然已经参考示例性实施方式描述了技术特征，但本领域的普通技术人员将理解的是，可以根据示例性实施方式作出多种改变和产生等同的其它实施方式。

Claims (8)

1.能量采集器，包括：
第一充电构件，包括第一电介质层，所述第一电介质层包括多个第一突出部，所述第一突出部不包括导电材料；以及
第二充电构件，包括第二电介质层和第二电极，所述第二电介质层包括布置在所述第一突出部之间的多个第二突出部，所述第二突出部包括与所述第一突出部的材料不同的材料，
其中，当所述第一充电构件和所述第二充电构件中的至少之一移动时，所述第一突出部的侧表面与所述第二突出部的侧表面彼此接触，或者所述第一突出部的侧表面与所述第二突出部的侧表面之间的间隙改变，从而产生电能，以及
其中，所述第二电极设置在所述第二电介质层的与所述第二突出部相反的一侧上，所述第二电极包括：
多个第一子电极，布置成与所述第一突出部和所述第二突出部的布置方向平行并彼此电连接；以及
多个第二子电极，布置在所述第一子电极之间并彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的能量采集器，其中，所述第一突出部和所述第二突出部形成在第一方向上，以及所述第一充电构件和所述第二充电构件中的至少之一在与所述第一方向正交的第二方向上移动。
3.根据权利要求1所述的能量采集器，其中，所述第一充电构件包括第一电极，所述第一电极设置在所述第一电介质层的与所述第一突出部相反的一侧上。
4.根据权利要求3所述的能量采集器，其中，所述第二电极设置在所述第二电介质层的与所述第二突出部相反的一侧上。
5.根据权利要求3所述的能量采集器，其中，
所述第二电极包括具有与所述第二突出部对应的形状的多个第二柱；以及
所述第二电介质层设置在所述第二柱的表面上。
6.根据权利要求1所述的能量采集器，其中，所述第一电介质层和所述第二电介质层的其中之一包括压电材料、铁电材料、电活性聚合物和热电材料中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的能量采集器，还包括：
第一引导构件，配置成引导所述第一充电构件和所述第二充电构件中的至少之一在第一方向上移动。
8.能量采集器，包括：
第一充电构件；
第二充电构件，包括第一充电材料层和第二充电材料层，所述第一充电材料层包括所述第一充电材料层的表面上的多个突出部和与所述第一充电构件的材料不同的材料，所述第二充电材料层包括与所述第一充电构件和所述第一充电材料层的材料不同的材料；
第一电极，设置在所述第一充电材料层的另一表面上；以及
第二电极，设置在所述第一充电材料层的所述另一表面上，
其中，当所述第一充电构件和所述第二充电构件中的至少之一移动时，从所述第一电极和所述第二电极产生电能，
其中，所述第一充电构件和所述第二充电构件的其中之一包括压电材料、铁电材料、电活性聚合物和热电材料中的至少一种。
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