技術領域

本發明涉及能量采集和轉換技術領域，具體地，本發明涉及低功率環境能量采集和轉換技術，尤其是可將電磁無線頻率信號和機械振動的能量采集并轉換為電能。

背景技術

物聯網(The I nternet of Things)、智能城市和智能住宅都依賴于由數十個乃至幾百萬個電子設備互聯而構成的網絡。由于有些設備安裝在無法觸及的地方，或者設備太小以致于無法容納電池，因此，通過電纜或者電池為這些電子設備供電可能不切實際或者根本無法實現。

根據庫梅定律(Koomey’s Law)，每隔18個月，相同計算量所需要的能量會減少一半。2009年市售的筆記本電腦已經搭載了能夠處理280項操作/μJ的處理器。按照這樣的處理能力，2015個處理器應該可以處理接近4.48項操作/nJ。這使得工作于近數十個nW級功率范圍的微波能量采集成為為這些未來的分布網絡設備供電的可能方案。

環境微波能量采集器已經成為最近報導的焦點。然而，正如在環境能量采集中所發現的那樣，η_Total—即RF(射頻)-DC(直流)采集器能量轉換總效率，通常低于10％，處于低能量水平。

人們已經廣泛研究了從多個能量源采集能量以增加總的采集能量，。但是，這些研究都是將每個能量源獨立對待，均是以拓撲方式來處理，這種拓撲方式的能量轉換總效率太低。

因此，如何提高能量轉換效率，成為目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明正是基于上述問題，提出了一種新的能量采集和轉換裝置，可以提高能量采集和轉換總效率，有助于充分利用能量。具體來說，本發明提供的是一種基于使用不同能量源的協作能量轉換的換能器，即由機械振動和RF(射頻)或者微波或者光的能量轉換，將來自兩個或兩個以上能量源的能量合并于一個單獨的整流器中，該整流器可以在使系統效率提高以及拓撲簡化的方式下工作。

有鑒于此，本發明提出了一種能量采集和轉換裝置，包括：

至少一個天線，所述天線可采集環境能量并將其轉換為電能；

至少一個機電換能器，所述機電換能器能將機械能轉換為電能；

非線性整流裝置，連接所述天線和所述機電換能器；

其中，所述天線和所述機電換能器所產生的電能集合到所述非線性整流裝置中產生直流電流，并增加整體的直流電力。

在該技術方案中，本發明提供的能量采集和轉換裝置，可使得協作DC(直流)電流產生于至少兩個能量轉換器中，從而提高能量轉換的總效率。

在上述技術方案中，優選地，

所述天線采用導電材料制成；

所述機電換能器為基于法拉第電磁感應定律的電磁換能器、壓電換能器、磁致伸縮換能器、或者可以將動能轉換為電能的換能器；

所述非線性整流裝置為具有非線性電流-電壓關系的部件。

進一步地，所述天線為射頻發生器，可將自由空間傳播的電磁波轉換為射頻電流；

所述機電換能器為低頻發生器，可將動能轉換為電流；

所述非線性整流裝置為二極管、晶體管或熱電偶。

在上述技術方案中，非線性整理裝置可以為任何具有非線性電流-電壓關系的部件，例如，二極管、晶體管、熱電偶；非線性電流-電壓關系可以在熱電子傳輸、通道傳輸以及熱點效應中發現，但不限于此；進一步地，非線性整流裝置可以使用不同的效應；機電換能器可以為基于法拉第電磁感應定律(faradays’law)的電磁換能器、壓電換能器、磁致伸縮換能器、或者任何可以將動能轉換為電能的換能器；天線可以由任何充分導電材料制成，以及具有本領域技術人員公知的合適的形狀制成；則該能量采集和轉裝置中，至少有一個換能器和至少一個天線共同工作，從而提高能量采集和轉換的效率。

需要說明的是，本發明所述機電換能器不僅僅局限于上述技術方案所述的換能器，可以由任何能將動能轉換為電能的設備替代。

在上述技術方案中，優選地，所述二極管包括對光敏感的半導體二極管，可將接收到的光轉換為直流電流。這可進一步提高本發明所述能量采集和轉換裝置的效率、并擴大能量采集范圍。

在上述技術方案中，優選地，

還配置有直流-直流電壓轉換器，用于將輸出電壓轉換為所需電壓水平。該技術方案，可以進一步提高本發明所述能量采集和轉換裝置的使用便利性，所述DC-DC電壓轉換器為本領域普通技術人員所述公知，這里不再贅述。

在上述技術方案中，優選地，

可通過動力校驗路線優化采集效率，以評估所采集的能源，以用于調整其電氣特性。

在上述技術方案中，優選地，還包括：