CN106549599A - 基于摩擦起电的能量收集器 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N1/04—Friction generators

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Abstract

本发明属于能量收集利用技术领域，尤其涉及一种基于摩擦起电的能量收集器，主要用于收集摩擦起电产生的电场能量。该收集器包括：摩擦层、金属片(或其他可感应电荷的材料)、导线、发光二极管和封装外壳(可根据实际应用去除)；其中金属片贴附于摩擦层上，金属片通过导线与发光二极管连接，封装外壳将其封装为一个整体。当摩擦层受到摩擦时由于摩擦起电会在摩擦层产生电荷，周围产生静电场，由于静电感应在金属片上产生感应电荷，不同金属片之间由于电荷量的差异会产生电势差，对发光二级管进行供电，完成对电场能量的收集利用，实现机械能到电能的转换收集过程。本发明开创性的利用了摩擦起电的电场能量，体积小，成本低，易制作。

Description

基于摩擦起电的能量收集器
技术领域
本发明涉及能量收集利用技术领域，具体地，涉及一种基于摩擦起电的能量收集器。
背景技术
能量收集器被视为解决微型器件自驱动问题的最佳方案，其自身能收集利用周围环境的各种能量，如机械能、场能、动能等，并将其转换为电能，对其进行存储。随着技术的不断发展，电子器件的工作单元所需要的能量越来越小，为各种能量收集器的制作提供了可能。
摩擦电和静电现象是一种非常普遍的现象，存在于我们日常生活中各个层面，但由于它很难被收集和利用，往往被人们所忽略。作为周围环境中存在的能量转换，摩擦起电是一种较为常见的起电方式，由于其实现简单，成为各种微型器件能量的主要来源。但是，基于现有摩擦起电方式设计的能量收集器均存在结构复杂、对环境要求苛刻等缺陷，不利于实际应用。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种设计巧妙的能量收集器，用于解决从环境中收集摩擦电和静电能量的问题，尤其适用于中小学试验课程中的教具，用于演示摩擦起电的过程。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于摩擦起电的能量收集器，其特征在于，包括：摩擦部件，用于摩擦后产生电荷；可感应电荷的材料，用于感应电荷并产生电势差；以及发光装置，用于在接收可感应电荷的材料产生的电势差后发光；所述摩擦部件位于可感应电荷的材料下方，可感应电荷的材料排列在摩擦部件的表面；所述发光装置与可感应电荷的材料相连接。
所述摩擦部件由绝缘材料制成且易摩擦产生电荷，材料选自亚克力、聚四氟乙烯、聚丙烯或其他易于摩擦起电的高分子材料。
所述摩擦部件是摩擦层、双电极摩擦发电机或其他形式摩擦起电部件。
所述能量收集器还包括封装外壳，所述封装外壳将收集器封装为一个整体，所述封装外壳的材料选自金属铝、树脂或塑料。其中，根据实际应用可去除封装外壳，收集器可收集任何摩擦起电生成的电场能量。
所述可感应电荷的材料选自金属片、导电高分子或其他可进行电荷传导的材料。所述可
感应电荷的材料的排列方式为阵列式排列，材料紧密排列在摩擦部件的表面。
所述发光装置选自发光二极管、普通低功率灯泡或其他电致发光器件。
本发明还提供了一种教具，包括上述任一所述的能量收集器，用以演示摩擦起电的过程。
所述收集器的工作方式如下：
摩擦层经过机械摩擦在表面产生相应的电荷，从而在周围产生静电场，由于静电感应在金属片上会产生感应电荷，不同的金属片上感应的电荷量不同会具有不同的电势，可在接入发光二极管的两端产生电势差，从而对发光二极管进行供电，完成电场能量的收集利用，实现了机械能到电能的转换收集过程。
本发明与已有技术相比的优点：
巧妙的利用了摩擦起电所产生的能量，物体之间的摩擦是一种及其普遍的现象，但摩擦生成的大部分能量都被周围环境所消耗。本发明通过合理的设计，对摩擦起电所产生的能量进行收集利用，结构简单灵活，为微型化器件的供电提供了选择，并可用作摩擦起电演示器。
附图说明
附图1为基于摩擦起电的能量收集器结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图1对本发明作进一步的说明。
本发明提出一种基于摩擦起电的能量收集器，如附图1所示，主要由摩擦层、金属片、导线、发光二极管和封装外壳组成。
摩擦层绝缘且易摩擦起电。
摩擦层水平放置于金属片下方，金属片紧密排列在摩擦层的表面。
发光二极管与金属片相连接。
封装外壳将收集器封装为一个整体，可收集任何摩擦起电生成的电场能量。
本能量收集器的工作方式如下：
摩擦层经过机械摩擦在表面产生相应的电荷，从而在周围产生静电场，由于静电感应在金属片上会产生感应电荷，不同的金属片上感应的电荷量不同会具有不同的电势，可在接入发光二极管的两端产生电势差，从而对发光二极管进行供电，完成电场能量的收集利用，实现了机械能到电能的转换收集过程。
以上所述，仅为本发明较为简洁的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种能量收集器，其特征在于，包括：摩擦部件，用于摩擦后产生电荷；可感应电荷的材料，用于感应电荷并产生电势差；以及发光装置，用于在接收可感应电荷的材料产生的电势差后发光；所述摩擦部件位于可感应电荷的材料下方，可感应电荷的材料排列在摩擦部件的表面；所述发光装置与可感应电荷的材料相连接。
2.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述摩擦部件由绝缘材料制成且易摩擦产生电荷。
3.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述摩擦部件是摩擦层、双电极摩擦发电机或其他形式摩擦起电部件。
4.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述摩擦部件的材料选自亚克力、聚四氟乙烯、聚丙烯或其他易于摩擦起电的高分子材料。
5.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述能量收集器还包括封装外壳。
6.根据权利要求5所述的收集器，其特征在于，所述封装外壳将收集器封装为一个整体，所述封装外壳的材料选自金属铝、树脂或塑料。
7.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述的可感应电荷的材料选自金属片、导电高分子或其他可进行电荷传导的材料。
8.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述发光装置选自发光二极管、普通低功率灯泡或其他电致发光器件。
9.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述可感应电荷的材料的排列方式为阵列式排列，材料紧密排列在摩擦部件的表面。
10.一种教具，包括权利要求1-9任一项所述的能量收集器。
11.根据权利要求1所述的收集器，其特征在于，所述收集器的工作方式如下：
摩擦部件借助摩擦在表面产生相应的电荷，从而在周围产生静电场，由于静电感应在可感应电荷的材料上会产生感应电荷，不同的可感应电荷的材料上感应的电荷量不同，因而会具有不同的电势，并在接入发光装置的两端产生电势差，从而对发光装置进行供电，完成电场能量的收集利用。
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