[發(fā)明專利]氣動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)、氣動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器和傳感方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710687022.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN109391168B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張弛;付賢鵬;王中林;程廷海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京納米能源與系統(tǒng)研究所
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04;G01D5/14;B82Y15/00
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 金旭鵬;肖冰濱

本發(fā)明公開的氣動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)，包括氣動(dòng)系統(tǒng)中的缸體和活塞，以及摩擦發(fā)電部件，其中，活塞設(shè)置在缸體內(nèi)，相對(duì)于缸體可以滑動(dòng)；摩擦發(fā)電部件包括第一摩擦層和第二摩擦層，分別設(shè)置在活塞外側(cè)壁和缸體內(nèi)側(cè)壁，第一摩擦層和第二摩擦層的上表面的材料存在摩擦電負(fù)性差異；活塞相對(duì)于缸體滑動(dòng)時(shí)，使第一摩擦層和第二摩擦層相對(duì)滑動(dòng)并且接觸面積發(fā)生變化，摩擦發(fā)電部件產(chǎn)生電信號(hào)。還提供一種氣動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器和傳感方法。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)可以將氣動(dòng)系統(tǒng)中的流體和活塞等產(chǎn)生的壓力能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為氣動(dòng)系統(tǒng)中低功耗傳感器提供一種持續(xù)的供能裝置，還可以作為氣動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的自驅(qū)動(dòng)傳感器，用于氣動(dòng)系統(tǒng)中各功能部件工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及摩擦發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)、氣動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器和傳感方法。

背景技術(shù)

隨著氣動(dòng)系統(tǒng)智能化水平的不斷提高，并伴隨著其與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，大量的低功耗傳感器被廣泛應(yīng)用到氣動(dòng)系統(tǒng)中，用于監(jiān)測(cè)氣動(dòng)系統(tǒng)中各功能部件的工作狀態(tài)。對(duì)各傳感器進(jìn)行穩(wěn)定、可靠的持續(xù)供電，是保證其正常工作的前提。然而，和這些低功耗傳感器相匹配的電源供能系統(tǒng)的研究卻相對(duì)滯后，當(dāng)前氣動(dòng)系統(tǒng)低功耗傳感器的供能方式主要包括電源直接供電和化學(xué)電池供電兩種方式。其中，電源直接供電方式存在電磁干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)布線復(fù)雜等問題，而化學(xué)電池供電方式則存在電池使用壽命有限、需定期更換以及環(huán)境污染等不足。因此，需開發(fā)出一種用于低功耗傳感器供能的新型能源供給技術(shù)以解決傳統(tǒng)供能技術(shù)所帶來的諸多弊端。

另一方面，氣動(dòng)系統(tǒng)中廣泛使用的基于聲波、壓阻、靜電電容等原理的壓力與流量傳感器以及基于霍爾效應(yīng)的位置檢測(cè)傳感器，已經(jīng)取得了一些研究成果，但是大多數(shù)傳感器工作原理以及制作工藝復(fù)雜，無法實(shí)時(shí)的對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)中各功能部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。且傳感器多采用外置式安裝，集成度低，同時(shí)需要外接電源供能，具有一定的使用局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開一種氣動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)和氣動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器以及傳感方法，可以將氣動(dòng)系統(tǒng)中的流體和活塞等產(chǎn)生的壓力能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為氣動(dòng)系統(tǒng)中低功耗傳感器提供一種持續(xù)的供能裝置，還可以作為氣動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的自驅(qū)動(dòng)傳感器，用于氣動(dòng)系統(tǒng)中各功能部件的工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氣動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)，包括氣動(dòng)系統(tǒng)中的缸體、和活塞，以及摩擦發(fā)電部件，其中，

所述活塞設(shè)置在所述缸體內(nèi)，相對(duì)于所述缸體可以滑動(dòng)；

所述摩擦發(fā)電部件包括第一摩擦層和第二摩擦層，分別設(shè)置在所述活塞外側(cè)壁和所述缸體內(nèi)側(cè)壁，所述第一摩擦層和第二摩擦層的上表面的材料存在摩擦電負(fù)性差異；所述活塞相對(duì)于所述缸體滑動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述第一摩擦層和第二摩擦層相對(duì)滑動(dòng)并且接觸面積發(fā)生變化，所述摩擦發(fā)電部件產(chǎn)生電信號(hào)。

優(yōu)選的，所述第二摩擦層的形狀為沿所述缸體的軸線方向面積變化的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述第二摩擦層為單層結(jié)構(gòu)，采用導(dǎo)體材料；所述第二摩擦層連接至大地，或者連接至其他導(dǎo)體。

優(yōu)選的，所述第二摩擦層為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括第二導(dǎo)電層與第二介質(zhì)層的層疊結(jié)構(gòu)，所述第二介質(zhì)層為所述第二摩擦層的上表面，所述第二導(dǎo)電層連接至大地，或者連接至其他導(dǎo)體。

優(yōu)選的，所述第一摩擦層為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)電層與第一介質(zhì)層的層疊結(jié)構(gòu)，第一介質(zhì)層為所述第一摩擦層的上表面；

所述第二摩擦層為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括第二導(dǎo)電層與第二介質(zhì)層的層疊結(jié)構(gòu)，所述第二介質(zhì)層為所述第二摩擦層的上表面；

所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層分別連接至大地或者導(dǎo)體，或者第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層互相連接。

優(yōu)選的，所述第二摩擦層為整體，或者為包括多個(gè)摩擦單元的圖形化結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述第二摩擦層包括多個(gè)摩擦單元，其中，