CN104065297A - 基于现有地板的摩擦发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于现有地板的摩擦发电机，包括普通地板，在地板下方安装有与地板接触在一起的导电电极。地板为现有的木制地板、地板砖或者其他类型地面。导电电极为有较强导电能力的金属如铝、铁、铜、银、金，或为半导体材料。本发明与传统的发电地板相比，不需使用额外的功能材料与器件，仅需在现有地板下面加一导电电极即可构成。本发明制造方法简单、成本低、易于制作、可用性高、生产周期短，而且具有高电压输出和很强的充电能力，可以大批量大面积铺设。本发明可用于安防、智能家居等领域，可作为一种自驱动报警、主动式可动目标活动监测的传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于现有地板的摩擦发电机，具体涉及一种基于摩擦起电及静电感应原理，可作为自驱动报警、探测器的功能地板。
背景技术
从生活环境中采集能量，被广泛视为实现绿色能源和能源可持续发展的有效途径，将有望在无线传输系统、植入式医疗器件、乃至消费类电子的供能中发挥重要作用。而基于摩擦起电与静电感应原理的单表面摩擦发电机以其体积小、应用便捷开始受到人们的关注，并在压力探测等传感领域有了一定的应用。同时，基于人类运动发电的发电地板开始受到人们关注。而现有发电地板设计大多基于电磁、压电原理，成本高，制作过程复杂，且体积太大，实用性不高。如何改进发电地板，并将其应用到从生活环境中采集能量的设计中，是一项节约能量并具有环保意义的研究课题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种基于现有地板构成的摩擦式发电地板。
本发明利用可动物体(包括人、小动物及其他可动物体)与地板砖间在摩擦时得失电子的差异，通过在地板的导电电极将电荷传导出去，利用简单合理的外电路设计，可高效的为电容器充电，并可提供高达几百伏的电压输出。通过简单的电路设计，还可用于安防与智能家居领域，实现对可动目标的实时监测。
为达到上述目的，本发明提供了基于现有地板形成的摩擦式发电地板，该结构为：
一种基于现有地板的摩擦发电机，包括普通地板，在地板下方安装有与地板接触在一起的导电电极。
地板为现有的木制地板、地板砖或者其他类型地面。导电电极为 有较强导电能力的金属如铝、铁、铜、银、金，或为半导体材料。
本发明提供的大面积柔性发电地板的优点在于：
1、本发明提出的基于摩擦发电原理的发电地板，与传统的电磁式、压电式发电地板相比，不需使用额外的功能材料与器件，仅需在现有地板下面加一导电电极即可构成。
2、本发明提出的自驱动的发电地板，相对于传统的压力传感器式监控措施，具有成本低、面积大、不需外加电源驱动的优点，并且可实现无死角监控。
3、本发明提出的制造方法简单、成本低、易于制作、可用性高、生产周期短，而且具有高电压输出和很强的充电能力，可以大批量大面积铺设。
附图说明
图1为本发明的摩擦式发电地板结构示意图。
图2为本发明操作原理示意图。
图3为人踩在本发明上的输出波形图。
图4为人在本发电地板上单步运动时，一步输出为一447nF充电波形图。
图中：1.地板，2.导电电极，3.鞋底，4.负载。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制。
下面以人在上行走的地板为实例，结合附图1-图4阐述本发明提供的摩擦式发电地板及其制备方法的具体步骤。
图1为本发明的摩擦式发电地板结构示意图，其结构包括：普通地板1和安装在地板1下方、与地板1接触在一起的导电电极2。参照图2，图2为本发明原理示意图，利用图1中所示结构，从导电电极2上引出导线通过负载4与地相连。当人在地板上走动时，由于人的鞋底3与地板1得失电子能力的不同，人鞋底3会与地板1有相对电子的得失，从而在导电电极2上感应出相应电子，这会在导电电极 2与地板1之间形成电位差，这个电位差会驱动电子在负载电路和地中流动，形成电流，从而将人运动时的机械能转化为电能。
所述现有地板1为现有的木制地板、地板砖、或者其他类型地面，其厚度为100um-20cm；
所述导电电极2为有较强导电能力的金属如铝、铁、铜、银、金或半导体材料，所述的半导体材料包括铟锡金属氧化物(ITO)等电阻率小于1000Ω·m的导电材料，其厚度为20nm-5mm；
所述的负载4的电阻值为1MΩ-100GΩ。
图3为人踩在本发明上的输出波形，从图3可以看出，当人在本发电地板上运动时，便形成交流的信号的输出，运动速度不同，输出信号也不相同，从而可以用于探测人的运动。
图4为人在本发电地板上单步运动时，一步输出为一447nF充电波形，可以看出本发明提供发电地板有很好的充电能力。
本发明所提供的发电地板可以应用于以下领域：
1、该发电地板成本低、制作方便、安全耐用，可大量铺设在地面上，用于收集人或其他动物等可动物体行动时能量。
2、该发电地板对人体或其他动物的移动十分敏感，因此可用于安防、智能家居等领域，可作为一种自驱动报警、主动式可动目标活动监测的传感器，省去了复杂的驱动电路设计。
3、通过合理的电路设计，本发电地板输出信号可与常用TTL和CMOS电路信号兼容，使用单片机控制，不仅可以监测的人的位置，也可方便测出物体移动速度。
以上对本发明提出的一种基于现有地板的摩擦发电机及其在传感领域的应用进行了详细说明，并通过实例对本发明的原理及实施方式进行了具体诠释，以帮助理解本方面的核心原理及方法。本发明并不限于上述实施方式，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本领域技术人员在不背离本发明的实质内容的前提下，所做的任何改进、替换等均属于本发明范围内。
Claims (7)
1.一种基于现有地板的摩擦发电机，包括普通地板(1)，其特征在于：
在地板(1)下方安装有与地板(1)接触在一起的导电电极(2)。
2.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于：所述的地板(1)为现有的木制地板、地板砖或者其他类型地面。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦发电机，其特征在于：地板(1)厚度为100um-20cm。
4.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于：所述导电电极(2)为有较强导电能力的金属如铝、铁、铜、银或金。
5.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于：所述导电电极(2)或为半导体材料。
6.根据权利要求5所述的摩擦发电机，其特征在于：所述的半导体材料包括铟锡金属氧化物的电阻率小于1000Ω·m的导电材料，其厚度为20nm-5mm。
7.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于：从导电电极(2)上引出导线通过负载(4)与地相连。
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|---|---|---|---|---|
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| CN106760391A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 王珏 | 一种多功能摩擦发电地板革及一种独立传感器 |
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