CN107493031A - 一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置 - Google Patents
一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107493031A CN107493031A CN201710918996.8A CN201710918996A CN107493031A CN 107493031 A CN107493031 A CN 107493031A CN 201710918996 A CN201710918996 A CN 201710918996A CN 107493031 A CN107493031 A CN 107493031A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frictional layer
- shell body
- generator device
- nested type
- nano generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/04—Friction generators
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明涉及一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触‑分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。本发明能够通过简单的机械振动收集电能，且提高了空间利用率。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置。
背景技术
振动是一种我们日常生活中最常见的机械运动，存在于人体运动如跑步、走路等活动中，以及在水的波动中也可产生振动，从环境中的机械振动采集能量来给电子器件供电可以被广泛应用，纳米发电机收集周围环境中的机械能来驱动便携式电子设备，是非常值得期待的一门技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，能够通过简单的机械振动收集电能，且提高空间利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触-分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。
所述第一摩擦层包括分布在内壳体外表面前后左右四个位置的四个摩擦单元；所述第二摩擦层包括分布在外壳体内表面前后左右四个位置的四个摩擦单元。
所述第一摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第一导电元件连接，所述第二摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第二导电元件连接。
所述第一摩擦层与第二摩擦层存在摩擦电极序差异。其中，所述的摩擦电极序，是根据材料对电荷的吸引程度将其进行排序，两种材料在接触摩擦的瞬间，在摩擦面上负电荷从摩擦电极序中极性较正的材料表面转移至摩擦电极序中极性较负的材料表面。
所述第一摩擦层和第二摩擦层以垂直接触-分离的方式进行摩擦。
所述第一摩擦层和第二摩擦层均为聚合物膜，所述第一摩擦层和第二摩擦层采用的聚合物膜不同。
所述聚合物膜为聚羟基丁酸-戊酯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁酯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
所述第一摩擦层与第二摩擦层之间的距离为2-10mm。
所述内壳体和外壳体的形状均为方体结构；所述内壳体和外壳体同轴设置形成套层结构。
所述外壳体插孔处用玻璃胶进行密封形成封闭结构。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明制作简单，材料常规易得，嵌套结构降低了空间占比率，可作为便携式电子设备，方便携带；本发明将装置进行密封处理，封闭的装置可使用于水下活动，收集水波能；本发明作为双电极结构，有较高的发电效率。
附图说明
图1为本发明的提供的一种嵌套式封闭摩擦纳米发电机装置总体结构示意图；
图2为本发明摩擦纳米发电机在轴垂直方向上的横截面的典型图形示意图；
图3为本发明正视图所示的摩擦纳米发电机原理剖面示意图；
图中：11—第一摩擦层第一单元；12—第一摩擦层第二单元；13—第一摩擦层第三单元；14—第一摩擦层第四单元；21—第二摩擦层第一单元；22—第二摩擦层第二单元；23—第二摩擦层第三单元；24—第二摩擦层第四单元；31—第一导线；32—第二导线2；41—第一弹簧；42—第二弹簧。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，如图1所示，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，内壳体和外壳体之间设置有第一弹簧41和第二弹簧42，两根弹簧的弹性系数足够大可以使内壳体和外壳体较易接触与分离。所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层包括分布在内壳体外表面前后左右四个位置的四个摩擦单元11、12、13和14，所述第一摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第一导电元件连接，所述第一导电元件为第一导线31；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层包括分布在外壳体内表面前后左右四个位置的四个摩擦单元21、22、23和24，所述第二摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第二导电元件连接，所述第二导电元件为第二导线32；所述第一摩擦层与第二摩擦层存在摩擦电极序差异，外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触-分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。
图1中，该装置外壳体与内壳体的尺寸为分别为50*50*50mm和30*30*30mm，组装成两个方体结构，内壳体和外壳体之间同轴设置形成套层结构。内壳体内填充有重物使之有一定重量，内壳体底部与外壳体底部用弹性系数较大的弹簧固定，外壳体插孔处用玻璃胶进行密封形成封闭结构。
本实施方式中第一摩擦层为PVDF聚合物膜，第二摩擦层为PHBV聚合物膜，均以铝箔作为负载，铝箔充当背部电极。以内壳体四个面的前膜作为摩擦第一单元，逆时针旋转，依次标记为第二单元，第三单元，第四单元(外壳体标记，同内壳体)，将第一摩擦层与第二摩擦层的背部电极处引出两条导线用做输出电信号。图2所示为在轴垂直方向上的横截面的典型图形示意图，可清楚知第一摩擦层与第二摩擦层组装成嵌套结构。
本发明的摩擦纳米发电机工作原理详见图3。为了方便说明，此处以正视图所示的摩擦纳米发电机剖面示意图，以第一摩擦层第二单元12与第二摩擦层第二单元22和第一摩擦第四单元14与第二摩擦第四单元24进行垂直接触-分离模式为例，当无外力作用时，如图3(a)所示，四个面均无感应电荷产生；当受到向左的力时，如图3(b)所示，第一摩擦第四单元14与第二摩擦第四单元24相接触，由于摩擦电极序差异，第一摩擦第四单元14感应出负电荷，第二摩擦第四单元24感应出正电荷；当受到向右的力时如图3(c)所示，第一摩擦层第二单元12感应出负电荷，第二摩擦层第二单元22感应出正电荷，由于接触面积的变化，可输出电信号。第一摩擦层第一单元11与第二摩擦层第一单元21，第一摩擦层第三单元13与第二摩擦层第三单元23，同理，当受到前后的力发生振动时，由于接触面积的变化，也能输出电信号。
值得一提的是，第一摩擦层和第二摩擦层使用如下聚合物膜时均能输出电信号，聚合物膜包括：聚酰亚胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇缩丁酯(PVB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
不难发现，本发明提供的摩擦纳米发电机，利用两摩擦材料摩擦电极序差异，以垂直接触分离模式产生电信号，结构为嵌套式，提高了空间利用率，可为便携式设备或时时利用振动能充电，作为密封结构，还可用于水下活动，扩大了应用范围。
Claims (10)
1.一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，其特征在于，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触-分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。
2.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层包括分布在内壳体外表面前后左右四个位置的四个摩擦单元；所述第二摩擦层包括分布在外壳体内表面前后左右四个位置的四个摩擦单元。
3.根据权利要求2所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第一导电元件连接，所述第二摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第二导电元件连接。
4.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层与第二摩擦层存在摩擦电极序差异。
5.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层和第二摩擦层以垂直接触-分离的方式进行摩擦。
6.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层和第二摩擦层均为聚合物膜，所述第一摩擦层和第二摩擦层采用的聚合物膜不同。
7.根据权利要求6所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述聚合物膜为聚羟基丁酸-戊酯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁酯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
8.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层与第二摩擦层之间的距离为2-10mm。
9.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述内壳体和外壳体的形状均为方体结构；所述内壳体和外壳体同轴设置形成套层结构。
10.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述外壳体插孔处用玻璃胶进行密封形成封闭结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710918996.8A CN107493031A (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710918996.8A CN107493031A (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107493031A true CN107493031A (zh) | 2017-12-19 |
Family
ID=60653303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710918996.8A Pending CN107493031A (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107493031A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110098761A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-06 | 东华大学 | 一种气体介质增强型摩擦纳米发电机 |
| CN112593341A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-04-02 | 广州市天河区暨南大学附属实验学校 | 一种水下自供电传感器及其制备方法和应用 |
| CN112994510A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-18 | 东华大学 | 一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列 |
| CN113482839A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-08 | 齐鲁工业大学 | 一种摩擦电纳米发电装置 |
| CN114374336A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-19 | 上海大学 | 一种伞型四电极波浪能量收集摩擦纳米发电机 |
| WO2022199718A3 (zh) * | 2022-03-14 | 2023-01-19 | 广东海洋大学 | 一种基于摩擦纳米发电的三维振动传感器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103780125A (zh) * | 2013-03-13 | 2014-05-07 | 国家纳米科学中心 | 一种套层滑动式摩擦纳米发电机 |
| CN103780126A (zh) * | 2013-03-29 | 2014-05-07 | 国家纳米科学中心 | 摩擦纳米发电机和陀螺仪 |
| CN106602922A (zh) * | 2016-06-23 | 2017-04-26 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种管状摩擦纳米发电机以及应用其的布料和能量鞋 |
-
2017
- 2017-09-30 CN CN201710918996.8A patent/CN107493031A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103780125A (zh) * | 2013-03-13 | 2014-05-07 | 国家纳米科学中心 | 一种套层滑动式摩擦纳米发电机 |
| CN103780126A (zh) * | 2013-03-29 | 2014-05-07 | 国家纳米科学中心 | 摩擦纳米发电机和陀螺仪 |
| CN106602922A (zh) * | 2016-06-23 | 2017-04-26 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种管状摩擦纳米发电机以及应用其的布料和能量鞋 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110098761A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-06 | 东华大学 | 一种气体介质增强型摩擦纳米发电机 |
| CN112593341A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-04-02 | 广州市天河区暨南大学附属实验学校 | 一种水下自供电传感器及其制备方法和应用 |
| CN112994510A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-18 | 东华大学 | 一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列 |
| CN113482839A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-08 | 齐鲁工业大学 | 一种摩擦电纳米发电装置 |
| CN113482839B (zh) * | 2021-06-08 | 2023-09-15 | 齐鲁工业大学 | 一种摩擦电纳米发电装置 |
| CN114374336A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-19 | 上海大学 | 一种伞型四电极波浪能量收集摩擦纳米发电机 |
| CN114374336B (zh) * | 2022-01-14 | 2024-04-19 | 上海大学 | 一种伞型四电极波浪能量收集摩擦纳米发电机 |
| WO2022199718A3 (zh) * | 2022-03-14 | 2023-01-19 | 广东海洋大学 | 一种基于摩擦纳米发电的三维振动传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107493031A (zh) | 一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置 | |
| Wang et al. | Fully packaged blue energy harvester by hybridizing a rolling triboelectric nanogenerator and an electromagnetic generator | |
| Xu et al. | High power density tower-like triboelectric nanogenerator for harvesting arbitrary directional water wave energy | |
| Xu et al. | Coupled triboelectric nanogenerator networks for efficient water wave energy harvesting | |
| Wang et al. | Direct-current rotary-tubular triboelectric nanogenerators based on liquid-dielectrics contact for sustainable energy harvesting and chemical composition analysis | |
| Wang et al. | An ultra-low-friction triboelectric–electromagnetic hybrid nanogenerator for rotation energy harvesting and self-powered wind speed sensor | |
| Liu et al. | Nodding duck structure multi-track directional freestanding triboelectric nanogenerator toward low-frequency ocean wave energy harvesting | |
| Zi et al. | Harvesting low-frequency (< 5 Hz) irregular mechanical energy: a possible killer application of triboelectric nanogenerator | |
| Liang et al. | Spherical triboelectric nanogenerator based on spring-assisted swing structure for effective water wave energy harvesting | |
| Feng et al. | Hybridized nanogenerator based on honeycomb-like three electrodes for efficient ocean wave energy harvesting | |
| Xu et al. | Triboelectric nanogenerator for ocean wave graded energy harvesting and condition monitoring | |
| Lin et al. | Robust triboelectric nanogenerator based on rolling electrification and electrostatic induction at an instantaneous energy conversion efficiency of∼ 55% | |
| Chandrasekhar et al. | Human interactive triboelectric nanogenerator as a self-powered smart seat | |
| Guo et al. | An ultrarobust high-performance triboelectric nanogenerator based on charge replenishment | |
| Zhang et al. | Transparent paper-based triboelectric nanogenerator as a page mark and anti-theft sensor | |
| Chandrasekhar et al. | Sustainable biomechanical energy scavenger toward self-reliant kids’ interactive battery-free smart puzzle | |
| CN105490579B (zh) | 一种多层联动折叠式摩擦发电机 | |
| CN107959437B (zh) | 纸基的高性能摩擦纳米发电机 | |
| Jung et al. | Frequency-multiplied cylindrical triboelectric nanogenerator for harvesting low frequency wave energy to power ocean observation system | |
| CN106602923A (zh) | 收集风能的摩擦纳米发电机及发电系统 | |
| Xia et al. | High output compound triboelectric nanogenerator based on paper for self-powered height sensing system | |
| CN106602920B (zh) | 一种摩擦纳米发电机及发电系统 | |
| CN106612080A (zh) | 全柔性摩擦纳米发电机、发电机组、能量鞋和运动传感器 | |
| CN110011562A (zh) | 一种摆动式摩擦纳米发电机 | |
| CN203554326U (zh) | 一种摩擦发电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171219 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |