[发明专利]摩擦纳米发电机和陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及能量转化领域，特别涉及一种将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机，以及应用摩擦纳米发电机的陀螺仪。

背景技术

在微电子和材料技术高速发展的今日，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。然而，和这些微型电子器件所匹配的电源系统的研究却相对滞后，一般说来，这些微型电子器件的电源都是直接或者间接来自于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。因此，开发出能将运动、振动等自然存在的机械能转化为电能的技术具有极其重要的意义。

但是，目前能将上述机械能有效地转化为电能的发电机均是以电磁感应为基础的，由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能加以利用。这些发电机都需要相对集中、大强度的能量输入，而对于人们日常活动中产生的以及自然界存在的强度较小的动能，基本都无法将其有效的转化为电能。同时，传统发电机的体积较大、结构复杂，无法作为微型电子器件的供电元件使用。

发明内容

为了克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种摩擦纳米发电机，可以用来回收震动、冲击、风力或海潮等产生的机械能量，能够将施加在摩擦纳米发电机上的机械能转化为电能。

为实现上述目的，本发明提供一种摩擦纳米发电机，包括内芯和围绕所述内芯的外壳，所述内芯的外表面上设置有若干个第一导电单元，每个所述第一导电单元上表面接触设置第一摩擦单元；所述外壳的内表面上设置有若干个第二导电单元，每个所述第二导电单元上表面接触设置第二摩擦单元；所述第一摩擦单元的上表面面向所述第二摩擦单元的上表面或所述外壳的内表面；至少部分第一摩擦单元未与所述第二摩擦单元接触；所述内芯的外表面与所述外壳的内表面均为绝缘表面；在外力作用下，所述内芯相对于所述外壳可以往复运动，使至少一个所述第一摩擦单元的上表面与至少一个第二摩擦单元的上表面相互接触后，沿着与相互接触表面的切线垂直的方向分离，在所述第一导电单元与第二导电单元之间产生电信号。

优选的，所述内芯为实心或空心柱体，所述第一摩擦单元设置在所述内芯的外侧面。

优选的，在垂直与所述内芯的外侧面的轴线方向的截面形成的图形选自圆形、椭圆形或多边形。

优选的，所述多边形选自等边三角形、正方形、正六边形、正五边形和正八边形。

优选的，所述外壳为围绕所述内芯的筒状，所述内芯与所述外壳的延伸方向基本相同。

优选的，所述筒状的内侧面为与所述内芯的外侧面形状相同的封闭柱面。

优选的，所述外壳的内表面为非闭合柱面。

优选的，多个所述第一摩擦单元与多个所述第二摩擦单元对应设置，使内芯与外壳相对运动时一个第一摩擦单元仅与一个第二摩擦单元接触。

优选的，若干个所述第一摩擦单元沿着垂直与所述内芯的轴线方向排列；所有所述第二摩擦单元沿着垂直与所述内芯外侧面的轴线方向排列。

优选的，所述内芯与外壳通过若干个弹性部件连接；每个所述弹性部件的顶端连接在所述内芯，底端连接在所述外壳。

优选的，所述内芯采用轴对称的圆柱、椭圆柱或棱柱，所述外壳采用轴对称的圆柱壳、椭圆柱壳或棱柱壳，未施加所述外力时，若干个所述弹性部件使任何所述第一摩擦单元未与所述第二摩擦单元接触。

优选的，若干个所述第一摩擦单元均匀分布在所述内芯的外表面。

优选的，所述内芯的外侧面为圆柱面，所述圆柱面上接触设置了给定数量的所述第一摩擦单元；

所述外壳的内表面为圆柱面，并且直径大于所述内芯外侧面的直径，所述第二摩擦单元的个数与所述第一摩擦单元个数相等；

受到所述外力作用时，一个所述第一摩擦单元仅与一个所述第二摩擦单元接触和/或摩擦。

优选的，所述内芯的外侧面为棱柱面，所述棱柱面的每个侧面上设置有所述第一摩擦单元；

所述外壳的内表面形状与所述内芯外侧面相同，横截面面积大于所述内芯横截面面积，所述外壳的内表面上与所述第一摩擦单元对应位置设置所述第二摩擦单元；

受到所述外力作用时，一个所述第一摩擦单元仅与一个所述第二摩擦单元接触和/或摩擦。

优选的，所述外壳上还包括外盖，使所述内芯、第一导电单元、第一摩擦单元、第二导电单元和第二摩擦单元都被所述外壳与外盖密封。