[發明專利]一種交叉折疊型摩擦發電機

有效

• 申請號: 201510976217.0
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105490580B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 高書燕;鄭昕;魏獻軍;蘇景振;王中林
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明屬于發電機技術領域，具體涉及一種交叉折疊型摩擦發電機。

背景技術

目前全球都面臨著常規能源短缺和環境保護的雙重壓力。為緩解當前的能源壓力，迫切需要新型發電機的開發和應用。對環境破壞較小和對自然資源消耗較少的發電形式，成為符合可持續發展的最佳選擇，并對保護環境和節約能源具有重要的現實意義。另外，微型自驅動系統和便攜式電子設備的發展，不僅要求發電機具有更高的發電效率，還要有更小的質量和體積，迫切需要更新的發電機理和更優化的發電模式。

摩擦發電是將機械能轉化為電能的一種新型發電方式，在近年來產生了廣泛影響，基本原理是利用摩擦極性相差較大的兩種摩擦層材料之間的相互接觸或摩擦產生摩擦電荷，結合靜電誘導使電極板上產生相反電荷，摩擦層移動產生電勢差，通過外電路發生電荷轉移，產生電流。摩擦發電機既可以作為傳統發電方式的有益補充將自然界的風能、水能、聲能等轉化成電能，還能做成各種尺寸和形狀以收集人體運動產生的機械能并用于制備人體傳感器而為人類健康服務。

現有的摩擦納米發電機存在著輸出功率較低、交流輸出和輸出不穩定等問題，限制了其在實際生活中的應用。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明采用聯動裝置將所有摩擦單元的基底連接起來，實現了任意兩個摩擦層都能夠同時相向或相對水平滑動，使兩種摩擦單元上對電荷束縛能力不同的兩種摩擦層摩擦產生靜電荷，通過金屬電極板及外電路將電荷傳導出去，并能提供接近千伏的電壓輸出。通過簡單的電路設計，所述本發電機還可用于處理環境污染物，實現自驅動式的環境治理。本發明提出的交叉折疊型摩擦發電機具有制作簡單、成本低廉、電壓輸出高、電流輸出大等優點，并能通過增減摩擦單元數來改變電壓和電流大小。

本發明的技術方案是：一種交叉折疊型摩擦發電機，包括至少一個第一摩擦單元、至少一個第二摩擦單元和連接所述第一摩擦單元、第二摩擦單元的轉軸以及設置于轉軸處的墊板；所述第一摩擦單元包括基底、設置于基底上的金屬電極板和填充于金屬電極板上的第一摩擦層，所述第二摩擦單元包括基底、設置于基底上的金屬電極板和填充于金屬電極板上的第二摩擦層，第一摩擦單元和第二摩擦單元通過鉸接于基底中心處的轉軸交叉相對疊放在一起構成發電單元，并且第一摩擦單元的第一摩擦層與第二摩擦單元的第二摩擦層相對設置，墊塊的厚度與兩個金屬電極板以及第一摩擦層、第二摩擦層的厚度之和一致，多個發電單元通過第一摩擦單元和第二摩擦單元基底兩端的轉軸在水平方向交叉折疊裝配在一起。

所述摩擦層在摩擦發電機作伸縮運動時相互接觸和分離，以使所述具有相反極性的摩擦層產生正負靜電荷，通過靜電誘導使所述摩擦層對應的電極板之間產生電勢差，驅動摩擦靜電荷流動產生電流。

本發明的進一步改進包括：

所述的基底由具有一定強度的絕緣材料制得。所述金屬電極板由可導電的金屬材料制成，所述金屬材料包括鋁、銅、金和銀中的一者或者多者的任意比例合金。

所述第一摩擦層和第二摩擦層為在摩擦電序列中極性相反的薄膜材料。

所述第一摩擦層由尼龍、聚酰亞胺或金屬電極板構成。

所述第二摩擦層由聚四氟乙烯、聚乙烯、聚酰亞胺或氟化乙烯丙烯共聚物制得。

所述第一摩擦單元和第二摩擦單元通過所述基底上的轉軸面對面交叉設置。作為本發明的優選實施例，更多第一摩擦單元和第二摩擦單元的組合通過基底兩端的轉軸用螺絲在水平方向連接在一起。

所述金屬電極板的尺寸范圍為長度30～300mm，寬度3～30mm，厚度50μm～1mm。

本發明包含兩種摩擦單元，兩者交叉相對面對面設置，若干組交叉相對設置的摩擦單元通過連接件構成在水平方可交叉折疊的摩擦發電機。所述交叉折疊型摩擦發電機在往復性外力的作用下發生平面滑動，兩種摩擦單元同時相向或相對滑動，產生所述摩擦層的接觸和分離，使所述摩擦層之間產生摩擦靜電荷，并使所述金屬電極板產生與該摩擦靜電荷等量的相反電荷。

通過上述技術方案，本發明的有益效果是：本發明的交叉折疊型摩擦發電機可以方便的調整摩擦單元的數量和摩擦單元的緊密程度，在連接件作用下兩種摩擦單元同時相向或相對滑動使得兩種摩擦單元都成為了“轉子”，有效提高了摩擦效率，可將任何往復運動或震動場合的動能轉化成電能。本發明的交叉折疊型摩擦發電機具有結構簡單、成本低廉、壽命長、輸出電壓高、電流大等優點。

附圖說明

圖1是實施方式中交叉折疊型摩擦發電機的結構示意圖；