[发明专利]一种交叉折叠型摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体涉及一种交叉折叠型摩擦发电机。

背景技术

目前全球都面临着常规能源短缺和环境保护的双重压力。为缓解当前的能源压力，迫切需要新型发电机的开发和应用。对环境破坏较小和对自然资源消耗较少的发电形式，成为符合可持续发展的最佳选择，并对保护环境和节约能源具有重要的现实意义。另外，微型自驱动系统和便携式电子设备的发展，不仅要求发电机具有更高的发电效率，还要有更小的质量和体积，迫切需要更新的发电机理和更优化的发电模式。

摩擦发电是将机械能转化为电能的一种新型发电方式，在近年来产生了广泛影响，基本原理是利用摩擦极性相差较大的两种摩擦层材料之间的相互接触或摩擦产生摩擦电荷，结合静电诱导使电极板上产生相反电荷，摩擦层移动产生电势差，通过外电路发生电荷转移，产生电流。摩擦发电机既可以作为传统发电方式的有益补充将自然界的风能、水能、声能等转化成电能，还能做成各种尺寸和形状以收集人体运动产生的机械能并用于制备人体传感器而为人类健康服务。

现有的摩擦纳米发电机存在着输出功率较低、交流输出和输出不稳定等问题，限制了其在实际生活中的应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明采用联动装置将所有摩擦单元的基底连接起来，实现了任意两个摩擦层都能够同时相向或相对水平滑动，使两种摩擦单元上对电荷束缚能力不同的两种摩擦层摩擦产生静电荷，通过金属电极板及外电路将电荷传导出去，并能提供接近千伏的电压输出。通过简单的电路设计，所述本发电机还可用于处理环境污染物，实现自驱动式的环境治理。本发明提出的交叉折叠型摩擦发电机具有制作简单、成本低廉、电压输出高、电流输出大等优点，并能通过增减摩擦单元数来改变电压和电流大小。

本发明的技术方案是：一种交叉折叠型摩擦发电机，包括至少一个第一摩擦单元、至少一个第二摩擦单元和连接所述第一摩擦单元、第二摩擦单元的转轴以及设置于转轴处的垫板；所述第一摩擦单元包括基底、设置于基底上的金属电极板和填充于金属电极板上的第一摩擦层，所述第二摩擦单元包括基底、设置于基底上的金属电极板和填充于金属电极板上的第二摩擦层，第一摩擦单元和第二摩擦单元通过铰接于基底中心处的转轴交叉相对叠放在一起构成发电单元，并且第一摩擦单元的第一摩擦层与第二摩擦单元的第二摩擦层相对设置，垫块的厚度与两个金属电极板以及第一摩擦层、第二摩擦层的厚度之和一致，多个发电单元通过第一摩擦单元和第二摩擦单元基底两端的转轴在水平方向交叉折叠装配在一起。

所述摩擦层在摩擦发电机作伸缩运动时相互接触和分离，以使所述具有相反极性的摩擦层产生正负静电荷，通过静电诱导使所述摩擦层对应的电极板之间产生电势差，驱动摩擦静电荷流动产生电流。

本发明的进一步改进包括：

所述的基底由具有一定强度的绝缘材料制得。所述金属电极板由可导电的金属材料制成，所述金属材料包括铝、铜、金和银中的一者或者多者的任意比例合金。

所述第一摩擦层和第二摩擦层为在摩擦电序列中极性相反的薄膜材料。

所述第一摩擦层由尼龙、聚酰亚胺或金属电极板构成。

所述第二摩擦层由聚四氟乙烯、聚乙烯、聚酰亚胺或氟化乙烯丙烯共聚物制得。

所述第一摩擦单元和第二摩擦单元通过所述基底上的转轴面对面交叉设置。作为本发明的优选实施例，更多第一摩擦单元和第二摩擦单元的组合通过基底两端的转轴用螺丝在水平方向连接在一起。

所述金属电极板的尺寸范围为长度30～300mm，宽度3～30mm，厚度50μm～1mm。

本发明包含两种摩擦单元，两者交叉相对面对面设置，若干组交叉相对设置的摩擦单元通过连接件构成在水平方可交叉折叠的摩擦发电机。所述交叉折叠型摩擦发电机在往复性外力的作用下发生平面滑动，两种摩擦单元同时相向或相对滑动，产生所述摩擦层的接触和分离，使所述摩擦层之间产生摩擦静电荷，并使所述金属电极板产生与该摩擦静电荷等量的相反电荷。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的交叉折叠型摩擦发电机可以方便的调整摩擦单元的数量和摩擦单元的紧密程度，在连接件作用下两种摩擦单元同时相向或相对滑动使得两种摩擦单元都成为了“转子”，有效提高了摩擦效率，可将任何往复运动或震动场合的动能转化成电能。本发明的交叉折叠型摩擦发电机具有结构简单、成本低廉、寿命长、输出电压高、电流大等优点。

附图说明

图1是实施方式中交叉折叠型摩擦发电机的结构示意图；