[發明專利]一種間歇性接觸分離的長壽命旋轉式摩擦納米發電機

在審

• 申請號: 202211325429.9
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115632573A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 程廣貴;金哲林;丁建寧;張忠強;孫萬;花鏡
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H02K7/18;H02K5/24
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 屠志煒

本發明提供了一種間歇性接觸分離的長壽命旋轉式摩擦納米發電機，包括殼體以及設置于殼體內的轉動軸、連接鍵、滑動盤和彈簧；轉動軸上設有轉動盤，轉動軸上沿軸向設有滑槽，滑動盤通過連接鍵和滑槽安裝于轉動軸上，彈簧的一端與殼體的底壁連接，另一端與滑動盤連接，轉動盤的底壁上設有半圓環形的介電摩擦層，滑動盤的底壁上設有兩個半圓環形鋁箔組成的電極層；初始狀態時，轉動盤與滑動盤緊密貼合，驅動轉動軸轉動，連接鍵能夠沿滑槽滑動，使得滑動盤逐漸遠離轉動盤，在外部風力和彈簧的作用下，滑動盤沿滑槽重新回到初始位置，并以此循環往復。通過機械結構實現介電摩擦層與摩擦層的間歇性接觸與分離，以減少介電摩擦層與摩擦層之間的磨損磨耗。

技術領域

本發明涉及能源領域，尤其涉及一種間歇性接觸分離的長壽命旋轉式摩擦納米發電機。

背景技術

無線傳感器的大量使用需要持續可靠、長壽命的供能系統。目前，傳感器供能主要以儲能電池、太陽能電池等為主，儲能電池需要定期更換，勞動強度大、成本高，且易污染環境，太陽能電池供電受天氣和環境影響較大，且成本高。無論白天黑夜，水能、風能為代表的低頻機械能都普遍存在于大自然，如能從工作環境中收集如風、摩擦、聲波、超聲波、生物活動、流體等能量為設備供電，甚至集成制造成自供能傳感器，則可以解決無線傳感器供能問題。

摩擦納米發電機由于具備從環境中提取低頻能量并轉化成電能的能力，因而在無線傳感領域有著重要的應用前景。但由于該發電機內部電極之間在工作時易發生摩擦磨損而降低其使用壽命，迫切需要發明一種性能穩定且長壽命的摩擦納米發電機。申請號202110497500.0提出一種石墨烯微褶皺摩擦納米發電機的制備方法，通過在形狀記憶聚合物基底上制備出的不同形貌的石墨烯(rGO)微褶皺作為正極摩擦材料，通過其獨特的微褶皺結構與基底膜之間的良好附著，延長了使用壽命。申請號202210031458.8提供了一種基于摩擦納米發電機的振動傳感器，通過兩個摩擦層配合在外部電路中產生交流電信號，帶動轉動組件轉動，避免了兩個摩擦層因同一位置碰撞導致的破損，延長了使用壽命，但依然存在諸如摩擦材料制備成本高、內部結構復雜等不足，迫切需要發明一種結構簡單、制造成本低的長壽命摩擦納米發電機。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種間歇性接觸分離的長壽命旋轉式摩擦納米發電機，通過機械結構實現介電摩擦層與摩擦層的間歇性接觸與分離。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種間歇性接觸分離的長壽命旋轉式摩擦納米發電機，包括殼體以及設置于殼體內的轉動軸、連接鍵、滑動盤和彈簧；

所述轉動軸上設有轉動盤，所述轉動軸上沿軸向設有滑槽，所述滑動盤通過連接鍵和所述滑槽安裝于所述轉動軸上，所述彈簧的一端與所述殼體的底壁連接，另一端與所述滑動盤連接，所述轉動盤的底壁上設有半圓環形的介電摩擦層，所述滑動盤的底壁上設有兩個半圓環形的電極層；

初始狀態時，所述轉動盤與所述滑動盤緊密貼合，驅動所述轉動軸轉動，所述連接鍵能夠沿所述滑槽滑動，使得所述滑動盤逐漸遠離所述轉動盤，當所述轉動軸旋轉角度達到90°時，所述滑動盤到達最遠位置；當旋轉角度為90°到270°時，所述滑動盤保持在最遠位置；隨后在所述彈簧的作用下，所述滑動盤沿滑槽重新回到初始位置，并以此循環往復。

進一步地，還包括大軸承和小軸承，所述大軸承和所述小軸承用于支撐所述轉動軸。

進一步地，還包括風扇，所述風扇安裝于所述轉動軸上，并位于所述殼體的外部。

進一步地，沿著所述轉動軸的軸向，所述滑槽包括依次連接的第一直線段滑槽、圓弧段滑槽和第二直線段滑槽。

進一步地，沿著所述轉動軸的軸向，所述圓弧段的長度占所述滑槽長度的一半。

進一步地，所述介電摩擦層包括柔性基底材料和Ecoflex薄膜。

進一步地，所述電極層包括柔性基底材料和鋁電極材料。