CN108352790B - 电流波形生成器、致动器和生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于通过对由多个发电装置生成的多个不同频率的输出电流进行组合来生成特定的期望波形的电流的设备。发电装置中的每个发电装置都至少包括发电元件的第一集合和第二集合，所述发电元件的所述第一集合和所述第二集合被配置为保持相对电荷并能关于彼此移动以生成特定频率的电输出电流。

Description

电流波形生成器、致动器和生成方法

技术领域

本发明涉及用于生成具有特定波形的电流的设备(和方法)，并且具体涉及借助于适于将机械能转换成电能的能量生成器来生成这种电流的设备。

背景技术

将小规模来源的机械能收集或转换成可用形式的电能是近年来引起人们极大关注的领域，并且作为一个技术领域已经经历了快速发展和实质性发展。

特别关注的一个领域是摩擦电能生成。摩擦电效应(也被称为摩擦带电)是一种接触感应起电，其中，材料在通过摩擦与不同材料接触之后带电。摩擦发电的基础是通过将摩擦电效应与静电感应耦合的方法将机械能转化成电能。已经提出了通过捕捉来自诸如走路、随机身体运动、吹风、振动或海浪等来源的否则会浪费掉的机械能来利用摩擦发电为诸如传感器和智能手机的可穿戴设备供电(参见例如：Wang、Sihong、Long Lin和Zhong LinWang的“Triboelectric nanogenerators as self-powered active sensors”(NanoEnergy，第11卷，2015年，第436-462页)。

在其最简单的形式中，摩擦发电机使用两片这样的不同材料，一片是电子供体，另一片是电子受体。这些材料中的一种或多种能够是绝缘体。其他可能的材料可以包括半导体材料，例如包括天然氧化物层的硅。当材料接触时，电子从一种材料交换到另一种材料，从而在两种材料上感应出相互对应的电荷。这就是摩擦电效应。

如果片材被分离，则每张片材保持(不同极性的)电荷，由它们之间的间隙隔离，并建立电势。如果电极被设置在两个材料表面上并且电负载连接在它们之间，那么片材的任何进一步的横向位移或垂直位移都将做出响应而在两个电极之间感应出电流。这只是静电感应的一个范例。随着两片板的各自的电荷中心之间的距离增加，两片板之间的穿过间隙的吸引电场减弱，导致两个外部电极之间的电势差增加，这是因为经由负载的电荷吸引开始克服跨越间隙的静电吸引力。

通过这种方式，摩擦发电机通过两个主要物理机制(接触起电(摩擦带电)和静电感应)之间的耦合将机械能转化成电能。

通过周期性地增加和减少板的电荷中心之间的相互分离度，因此能够做出响应而引发电流在板之间来回流动，从而在负载两端生成交流电。

最近，已经开发出一种利用这种效应的发电(能量收集)和功率转换的新兴材料技术，如在Wang Z.L的“Triboelectric nanogenerators as new energy technology forself-powered systems and as active mechanical and chemical sensors”(ACS nano7.11，2013年，第9533-9557页)中所公开的。基于这种效应，已经开发出所谓的摩擦发电机(“TEG”)的若干设备配置。

自2012年首次报道以来，TEG的输出功率密度有了很大提高。体积功率密度可以达到每立方米400千瓦以上，并且已经展示出约为60％的效率(同上)。除了高输出性能以外，TEG技术还具有许多其他优点，例如，生产成本低，可靠性和鲁棒性高，环境影响小。

TEG可以用作发电机，即，从例如振动、风、水、随机身体运动收集能量或者甚至将机械可用功率转换成电力。生成的电压是一个功率信号。

TEG可以大体上分为四个主要操作类别。

第一操作模式是垂直接触-分离模式，其中，两个或更多个板通过施加的力循环地接触或脱离接触。例如，这可以用在鞋子中，其中，由使用者在他们踩踏时施加的压力被用于使板接触。在Peng Bai等人的文章“Integrated Multilayered TriboelectricNanogenerator for Harvesting Biomechanical Energy from Human Motions”(ACSNano，2013年，第7卷，第4期，第3713-3719页)中描述了这种设备的一个范例。这里，该设备包括在Z字形基板上形成的多层结构。该设备基于由于接触起电引起的表面电荷转移而操作。当对该结构施加压力时，Z字形被压缩以在不同层之间创建接触，并且当释放压力时释放接触。收集的能量可能用于例如对移动便携式设备的充电。

第二操作模式是线性滑动模式，其中，板被引导为关于彼此横向滑动以改变它们之间的重叠面积。跨越平板感应出电势差，具有与总重叠面积的变化率成比例的瞬时量值。通过反复地使板彼此相互重叠和脱离相互重叠，可以在板之间连接的负载两端建立交流电。

已经开发出的线性滑动模式TEG的一个特定子集是旋转盘式TEG，其能够在接触模式(即，连续摩擦带电和静电感应)或非接触模式(即，在初始接触起电后仅静电感应)中操作。旋转盘式TEG通常包括至少一个转子和一个定子，每个转子和定子均形成为一组间隔开的扇形区段(节段)。随着两个盘相对于彼此旋转，扇区重叠并然后分离。如上所述，可以在两个侧向滑动(相反带电)层之间感应出电流，其量值与重叠面积的变化率成比例。随着转子的每个连续间隔开的扇区与给定的定子扇区重叠并然后不与给定的定子扇区重叠，因此在两个扇形板之间随着板重叠增加而首先在第一方向上感应出电流，并且然后随着板重叠减少而在相反方向上感应出电流。

在文章“Freestanding Triboelectric-Layer-Based Nanogenerators forHarvesting Energy from a Moving Object of Human Motion in Contact and Non-Contact Modes”(Adv.Mater.，2014年，第26卷，第2818-2824页)中公开了一种使得能够从滑动运动中收获能量的设计。独立的可移动层在一对静止电极之间滑动。可移动层可以被布置为不与静止电极接触(即，在静止电极上方有小间距)或者可以实现滑动接触。

第三操作模式是单电极模式，其中，一个表面例如接地(例如，地板道路)，并且负载连接在该第一表面与地之间(参见例如Yang，Ya等人的“Single-electrode-basedsliding triboelectric nanogenerator for self-powered displacement vectorsensor system”(ACS nano 7.8，2013年，第7342-7351页)。第二表面(未与第一表面电连接)开始与第一表面接触并使其摩擦带电。随着第二表面从第一表面移开，第一表面中的过量电荷被驱动到地，从而在负载两端提供电流。因此，在该操作模式中仅使用单个电极(在单层上)来提供输出电流。

第四操作模式是独立式摩擦电层模式，其被设计用于从没有做出电连接的任意移动物体收集能量。例如，这个物体可能是过往的汽车、过往的火车或鞋子。(再次参见“Triboelectric nanogenerators as new energy technology for self-poweredsystems and as active mechanical and chemical sensors。”(ACS nano 7.11，2013年，第9533-9557页)。

还有摩擦发电机的其他设计，例如，基于接触起电的双拱形结构。压力引起拱门关闭以在拱层之间形成接触，并且当压力释放时拱门恢复到开放形状。还提出了摩擦纳米发电机，其被形成为用于从周围环境振动捕捉能量的谐波谐振器。

目前，现有技术的摩擦纳米发电机(如佐治亚技术学院提出的摩擦纳米发电机)仅能够展示几毫瓦范围内的低功率输出。尤其地，TEG的典型输出功率当前包括数百伏特范围内的电压水平和数毫安范围内的电流水平。另外，已知的TEG的输出包括高频规律重复的高电压脉冲模式。这是已知设备中电极的周期性布局结合相对高的运动速率的结果。

这种高频、高压输出不适合作为许多最常见实际应用的直接电源，并且在它们能够用于对部件供电之前通常需要借助于一个或多个变压器或放大器电路进行转换。然而，确实存在能够由这种输出直接驱动的某些类别的设备：尤其是诸如电活性聚合物(EAP)设备、LCD和诸如显示器或微流体设备(特别是显示介电泳行为的那些设备)的电泳设备的设备。

尤其是电活性聚合物代表了直接供电和TEG控制的最有前途的技术之一，因为这些材料可以用于形成微尺度致动器设备的基础，其提供了极低的机械复杂性、高可靠性和便宜的制造成本的优点。EAP的输入电压要求与通常由现有技术TEG输出的电压水平相似，使得它们尤其适合用于直接驱动。然而，虽然电压水平和电流水平匹配良好，但是输入频率和输出频率匹配不好，TEG输出频率通常落在100Hz-5000Hz的范围内，但是通常EAP更需要输入频率接近0.1Hz-10Hz的范围(以使它们适合用于实际应用，例如，对皮肤的执行)。

此外，以类似原理操作但不专门利用摩擦电效应的其他类型的发电机(例如基于驻极体的发电机)也可能遭受以不适合用于直接驱动公共部件的频率提供高电压输出的相同缺点。这样的发电机通常可以包括任何通过两个或更多个带电元件的相对运动而操作的发电机，包括例如基于感应的发电机，其通过静电感应生成电力，但不通过相互移动的元件的摩擦带电进行操作。

对于现有技术的发电机的频率失配的一个解决方案是除了发电机以外简单地提供能够修改发电机的输出频率的波形修改器，例如，变压器或放大器电路。然而，这样的额外的电路自然增加了整个系统的功耗、额外成本和复杂性，并且因此从效率、成本和简单性的观点来看是不可取的。

考虑到现有技术发电机中的上述不足之处，需要一种用于从相互带电的发电元件的相对运动直接生成具有特定期望波形的电输出电流的系统，其中，所述系统不需要专用的波形生成器或波形操纵器。

发明内容

本发明由权利要求来定义。

根据本发明的一个方面，提供了一种根据各个实施例的用于生成电流波形的设备。

本发明基于对多个发电机装置的输出波形进行组合或叠加的原理。例如，每个装置可以适于生成具有不同频率的输出波形(即，一个发电装置的频率不同于其他发电装置的频率)，以便由此提供具有特定的期望波形的总合成输出波形。特定的期望波形则包括具有期望频率的波形。

众所周知，当具有略微不同的频率的正弦信号叠加时，结果是调制信号，包括在低频振荡幅度的包络内波动的高频信号分量。高频信号的频率和包络的频率都直接取决于叠加的两个或更多个分量信号的频率。因此，通过仔细选择分量信号的频率，可以产生任何宽(连续)范围的可能的合成波形。随着分量信号的数量增大，可获得的波形的范围也增大，该范围扩展为包含无限级数量的分量信号(即，傅立叶级数)的理想极限中的所有可能的波形。

通过提供多个发电机装置，每个装置适于生成特定的预定频率的输出电流，可以根据这些多个分量输出的组合来形成总合成输出电流，总合成输出电流具有可预先确定的波形。因此，通过仔细选择多个发电机装置的输出频率，可以由本发明的实施例提供电输出波形，该电输出波形具有任意范围的特定期望波形，其中，该范围受到所提供的发电装置的总数的约束。

由每个发电装置提供的输出波形的频率可以取决于由该装置所包括的发电元件的第一集合和第二集合的结构、材料组成和/或机械布置。作为非限制性范例，这可以包括发电元件的尺寸和/或形状或者例如对元件集合进行布置的几何样式。

在范例中，多个发电元件中的两个或更多个发电元件可以适于生成具有不同峰值电压或幅度的输出电流。以这种方式，不仅可以控制设备的合成输出波形的频率，而且可以控制所述波形的峰值幅度。

在范例中，由每个装置所包括的发电元件的两个集合可以适于保持电荷，或者只有一个可以适于保持电荷。在任一种情况下，第一集合的发电元件应当与第二集合的元件具有不同的电荷，以便借助于元件的两个集合之间的相对运动促进静电感应。

根据一个范例实施例组，电力发电机可以包括一个或多个摩擦电力发电机。在这种情况下，发电元件的集合可以包括摩擦电电极的集合或摩擦电材料的表面的集合，发电元件的集合适于响应于相互位移而以静电方式生成电流。

在这些实施例的某些特定范例中，每个发电机装置可以是分开的摩擦发电机，其中，发电元件的第一集合和第二集合由第一摩擦发电机板和第二摩擦发电机板所包括，其适于相对于彼此移动以生成电流。然而，在替代范例中，可以包括两个或更多个发电装置，作为单个摩擦发电机的部分。例如，可以提供一个摩擦发电机，其包括三个或更多个堆叠的发电机板元件，这些发电机板元件适于相对于彼此移动以生成输出电流。在这种情况下，每个板元件例如可以包括发电元件的一个或多个集合。再次替代地，可以提供仅包括两个发电机板的摩擦发电机，但是其中，每个板包括发电机元件的多个集合，例如包括发电机元件的第一集合的第一板和包括发电机元件的第二集合的第二板。

然而，本发明的实施例不限于基于摩擦电的发电，并且可以包括通过两个或更多个带电元件的相对运动来操作的任何种类的发电机，包括例如感应式发电机或微型驻极体发电机，其通过静电感应生成电力，但不通过对相互移动的元件的摩擦带电进行操作。

根据这些实施例或本发明的任何其他范例实施例(包括基于摩擦电的实施例)，所述电力发电机可以至少包括第一板元件和第二板元件，所述第一板元件和所述第二板元件被配置为能关于彼此移动，并且其中，所述第一板元件包括多个发电机装置的发电元件的所述第一集合中的两个或更多个发电元件，并且所述第二板元件包括所述多个发电机装置的发电元件的所述第二集合中的两个或更多个发电元件。

在更具体的范例中，发电元件的所述第一集合和所述第二集合可以形成所述第一板元件和所述第二板元件的表面部分的各自的第一集合和第二集合。

所述板元件可以是被配置为能相对于彼此旋转的盘元件。在这种情况下，所述第一板元件的发电元件的两个或更多个第一集合可以形成所述第一板元件的表面部分的不同的各自的环形布置，并且所述第二板元件的发电元件的两个或更多个集合可以形成所述第二板元件的表面部分的不同的各自的环形布置。

在替代的范例集合中，所述第一板元件的发电元件的两个或更多个第一集合可以形成所述第一板元件的不同的各自的扇形表面部分，并且所述第二板元件的发电元件的两个或更多个第二集合形成所述第二板元件的不同的各自的扇形表面部分。

根据一个或多个范例实施例，沿着与所述装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的相对运动的方向平行的方向，不同发电装置的所述发电元件的尺寸是不同的。给定集合的发电元件的尺寸可以与其他参数一起影响由所述集合生成的电流的输出频率和总体波形。对于发电元件的给定的样式或布置，例如较大数量的(沿着元件之间的相对运动的方向的)较窄元件将比较小数量的较宽元件生成更高的频率输出。另外，相比于(沿着元件之间的相对运动的方向的)较窄元件，较宽元件倾向于生成幅度更大的输出信号。

替代地或额外地，沿着与不同发电装置的各自的发电元件的第一集合与第二集合之间的相对运动的方向平行的方向，所述不同发电装置的构成发电元件之间的分离距离是不同的。这可能会影响每个发电机元件的输出电流的频率和总体波形两者。例如，窄的、宽间隔的元件可以生成包括尖锐的、窄的电流脉冲的波形，而宽的、紧密间隔的元件可以生成包括更平滑的、更连续的波形的波形。

在一些实施例中，不同发电装置的所述发电元件的材料组成是不同的。例如，材料组成可能影响发电元件能够保持的电荷量，这继而影响可以由各自的发电装置生成的电流分布(例如，峰值电压)。

根据一个或多个实施例，所述发电机装置中的每个发电机装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的所述相对运动可以取决于所述第一集合与所述第二集合之间的机械耦合，并且其中，所述机械耦合的物理性质对于各自的发电装置中的每个发电装置都是不同的。这些实施例可以包括例如一个或多个接触-分离模式型摩擦发电机装置，其中，两个或更多个板通过施加的力循环地接触或脱离接触。这里，可以响应于给定的施加力对调整板的接触和分离的机械耦合的物理性质进行调节以影响接触和分离的速率，例如，其中，该速率继而将影响生成的输出电流的波形分布。较快的速率会产生较高的频率输出，而较慢的速率会产生较低的频率输出。

在一个范例中，所述机械耦合包括弹簧耦合，用于每个发电装置的所述弹簧耦合具有不同的弹簧常数。

在其他范例中，所述发电机装置中的每个发电机装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的所述相对运动取决于铰链耦合，其中，所述铰链耦合的最大角度延伸对于各自的发电装置中的每个发电装置都是不同的。例如，铰链耦合的最大角度延伸可能会影响各自的铰链式发电元件响应于某个给定的施加力而被放在一起或移开的速率，这继而影响所生成的电流的输出波形(例如，所生成的电流的频率)。

根据一个或多个实施例，所述连接电路可以提供多个所述电输出电流之间的并联连接。

在一些情况下，所述连接电路可以包括滤波器电路。滤波器电路例如可以包括峰值检测器电路。这可以允许通过对多个发电机装置的多个输出电流进行叠加而生成的合成调制输出电流被滤波，以仅留下由振荡幅度包络提供的低频分量。以这种方式，可以从多个较高频率发电机输出中生成低频输出信号。

根据本发明的另一方面的范例提供了一种致动器，包括：

根据上述范例实施例中的一个或多个的用于生成电流波形的设备；以及

与所述设备电连接且包括电活性聚合物材料元件的致动器结构。

根据本发明的另外的方面，还提供了一种借助于电力发电机来生成电输出电流的方法，所述发电机包括多个发电装置，所述多个发电装置借助于连接电路进行电连接，每个发电装置都被配置为生成具有不同频率的电输出电流，并且每个装置都包括：

发电元件的第一集合和发电元件的第二集合，所述发电元件的所述第一集合和所述发电元件的所述第二集合中的至少一个被配置为保持电荷，

所述方法包括：

引发多个所述发电装置中的每个发电装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的相对运动，从而生成多个输出电流；并且

将生成的所述多个输出电流进行组合，从而生成具有特定的确定波形的合成输出电流。

该方法能够例如生成预定频率的输出电流。

附图说明

现在将参考附图来详细描述本发明的范例，在附图中：

图1示出了第一范例波形生成设备；

图2示出了根据第一范例波形生成设备的摩擦电电极的范例样式；

图3图示性地描绘了由范例波形生成设备生成的范例波形输出；

图4示出了根据范例波形生成器设备的范例组合器电路；

图5图示性地描绘了可以由范例波形生成设备生成的经调制的组合输出信号以及用于应用于EAP致动器的对应的经滤波的输出信号；

图6示出了第二范例波形生成设备；

图7图示了用于第二范例波形生成设备的转子和/或定子的范例电极样式；

图8图示性地描绘了由第二范例设备的不同发电区域生成的范例电输出；

图9描绘了可以由第二范例设备生成的范例组合输出波形以及由所述输出波形驱动的EAP致动器的对应偏转；

图10描绘了根据第三范例波形生成器设备的用于转子和/或定子的范例电极样式；

图11描绘了根据第四范例波形生成器设备的用于转子和/或定子的范例电极样式；

图12描绘了第五范例波形生成器设备的侧视图；

图13描绘了第五范例波形生成器设备的俯视图；

图14描绘了第六范例波形生成器设备；

图15描绘了根据第七范例波形生成器设备的范例摩擦电电极样式；

图16描绘了第八范例波形生成器设备；

图17描绘了第八范例波形生成器设备的图示性部分的等距视图；

图18图示性地描绘了来自第八范例设备的不同发电区域的范例电输出；并且

图19示出了第九范例波形生成设备。

具体实施方式

本发明提供了一种用于通过组合由多个发电装置生成的多个不同频率输出电流来生成特定的期望波形的电流的设备。每个发电装置至少包括发电元件的第一集合和第二集合，它们被配置为保持相对电荷并且能关于彼此移动以生成特定频率的电输出电流。

根据范例实施例的一个特定集合，发电装置包括一个或多个摩擦电力发电机或由一个或多个摩擦电力发电机构成。这些发电装置的特征在于：每个发电装置的发电元件的第一集合与第二集合之间的相对电荷借助于间歇时段的物理接触来建立和维持，在该间歇时段期间，在每个集合的元件上建立相互对应的电荷(摩擦带电过程)。这些实施例要求发电元件包括摩擦电活性材料(其形成“摩擦电系列”的部分)。

现在将通过对本发明的原理的说明来详细描述结合基于摩擦电的发电机装置的各种范例实施例。然而，应当理解，这些范例所说明的概念不限于对基于摩擦电的系统的特定应用，而是实际上可以应用于一系列特定发电机装置中的任一种。这样的发电机通常可以包括任何通过两个或更多个带电元件的相对运动而操作的发电机，包括例如基于感应的发电机，其通过静电感应生成电力，但不通过相互移动的元件的摩擦带电进行操作。在每个描述的实施例中，应当理解，所提供的基于摩擦电的发电机可以被不同种类的发电机等效地替换，而不会破坏由所描述的装置所赋予的优于现有技术的设备的关键优点。

如以上所解释的，期望能够从发电设备直接创建特定的驱动波形(周期性或非周期性)和幅度，而不需要提供额外的复杂波形操纵电路。对于期望驱动要求与由基于感应的发电机设备生成的典型输出频率不同的输入频率的部件的情况尤其如此。这种部件的一个范例类别是基于电活性聚合物(EAP)的设备，例如，基于EAP的致动器设备。这些要求输入电流的频率显著低于例如由典型摩擦发电机(TEG)提供的电流频率。

在现有技术中，生成用于为EAP供电的波形通常是借助于专用电子器件来实现的，其中，例如电力源自于电池并且被转换成高电压，并且之后该高电压被用于向高电压放大器供电，这创建了为EAP供电所期望的波形。

本发明的实施例提出通过混合由多个个体TEG生成的或者由适于同步生成多个输出波形的单个TEG提供的多个输出波形来提供所要求的驱动波形。对多个略微不同的输出波形的组合允许从发电设备直接生成具有低频驱动信号的合成输出电流，在范例中，该低频驱动信号可以用于给EAP设备供电。

图1示出了根据本发明的实施例的波形生成设备的简单的第一范例。该设备包括旋转盘式摩擦发电机12，发电机具有单个转子16和两个定子18、20。第一定子以及转子的上表面22形成第一发电装置32，并且第二定子以及转子的下表面24形成第二发电装置34。

转子的上表面22包括摩擦电材料表面部分38或摩擦电电极的周向布置，以形成针对第一发电装置32的发电元件的第一集合。第一定子的下表面26包括摩擦电材料表面部分或摩擦电电极的合作性间隔布置，以形成针对第一发电装置32的发电元件的第二集合。

第二定子20的上表面28包括摩擦电材料表面部分38或摩擦电电极的周向布置，以形成针对第二发电装置34的发电元件的第一集合。转子16的下表面24包括摩擦电材料表面部分或摩擦电电极的合作性间隔布置，以形成针对第二发电装置34的发电元件的第二集合。

图2示出了摩擦电材料表面部分38或摩擦电电极的周向布置的俯视图，其在该实施例的范例中可以包括转子16或第一定子18或第二定子20的表面。表面部分形成与它们耦合的盘元件50的周向分离的扇形区域。所示的特定样式仅用于说明，并且应当理解，在该实施例的范例中，表面区域38的间距、布置或配置可以不同。事实上，如下面将要讨论的，对于图1的特定范例，表面部分的特定样式或布置对于两个定子中的每个都是不同的(对应的相互对应的布置被提供在转子的上表面22和下表面24中的每个上)。

如先前所讨论的，旋转盘式TEG是线性滑动模式TEG的特定子集，其中，通过连续重叠并然后分离在相互旋转的盘元件的相对表面上形成的摩擦电活性材料的间隔开的扇形区段来生成电力。如上所述，可以在两个侧向滑动(相反带电)层之间感应电荷，其量值与重叠面积的变化率成比例。随着转子的每个连续间隔的扇区与给定的定子扇区重叠并然后不与给定的定子扇区重叠，因此(在负载存在的情况下)，随着板重叠增加，在两个扇形板之间首先在第一方向上感应出电流，然后随着板重叠减少在相反的方向上感应出电流。结果是如下的交流电：该交流电具有特别是与摩擦电表面部分的表面积和材料组成有关的峰值幅度，并且具有特别是与盘之间的相对旋转速度有关并且与摩擦电表面部分的样式的相对间距或节距有关的频率。

随着图1的实施例的转子16旋转，转子的表面部分38与第一定子18的相对旋转生成来自第一发电装置的输出电流40，该输出电流40具有与第一定子的下表面26上的表面部分的特定布置有关的第一频率。同时，转子的表面部分与第二定子20的相对旋转生成来自第二发电装置34的第二输出电流42，该第二输出电流42具有与第二定子的表面区域的特定布置有关的第二频率。第一定子和第二定子被配置为具有表面部分38的样式或布置，所述样式或布置彼此略微不同(例如，包括各自的表面部分之间的不同间距)，使得形成具有略微不同的频率的第一输出电流和第二输出电流。

两个发电装置的电输出电连接到对两个输出电流进行组合或混合的组合电路46，从而产生由这两者的组合形成的第三合成输出电流48。

如果两个DC直流电压源彼此串联连接，那么总输出将是两个输入电压之和。针对交流电压源也适用同样的原理。但是，这里也需要考虑两个信号之间的相移。如果信号同相，那么总输出的幅度将等于两个输入源的幅度之和。如果两个电压源之间的相移是180°，那么结果将是零输出。

在两个源的频率不同(如在本发明的实施例中)的情况下，结果是在图3所示的顶部(上部)图中图示性地描绘(被标记为V(V1+，V2－))的经调制的输出信号。这示出了具有相同幅度但略微不同频率的两个源信号(来自第一发电机装置和第二发电机装置)，这两个源信号被组合以形成AM(调幅)信号。V(V1+，V1－_V2+)表示第一范例发电装置的输出电压，V(V1－_V2+、V2－)表示第二范例发电装置的输出电压，并且V(V1+，V2－)表示第一发电装置与第二发电装置的组合输出电压。在图4中能够看到电路中出现电压V1+、V1－_V2+和V2－的位置。V1－_V2+指代第一发电机TEG1的负极侧上的电压V1－与第二发电机TEG2的正极侧上的电压V2+相同，因为它们串联连接。

调制信号V(V1+，V2－)的包络64以等于两个输入频率之差的频率振荡。在两个频率仅略有不同的情况下，包络可能具有比输入频率低得多的频率。该低频率可以被设计(通过仔细工程设计两个输入频率)以适合用于直接驱动诸如电活性聚合物(EAP)设备(例如，EAP致动器)的低输入频率部件。

然而，组合的输出信号V(V1+，V2－)本身仍然包括在将信号施加到EAP设备之前需要滤除的高频分量。在范例中，这可以通过包括一个或多个半波整流器电路的组合器电路68的器件来实现。图3的底部曲线图示了通过使AM信号V(V1+，V2－)通过包括两个半波整流器(一个用于正电压而另一个用于负电压)的滤波器电路而生成的范例输出波形。V(+out)表示正半波整流器的输出信号。V(－out)表示负半波整流器的输出信号。图4示出了针对图1的设备的一个范例电学配置，其包括半波整流器电路68。

图4的电路是具有低通RC滤波器和与两个端子相关联的二极管的半波整流器的范例。当然，也可以使用其他半波整流器或包络检测器电路。

一旦通过了半波整流器，合成电压波形就表现为包括小纹波的包络信号的整流信号。然而，想要以低频操作的EAP通常具有相当大的电容，而这个大电容自然会起到进一步滤除高频纹波的作用。

在图5中示意性地描绘了组合的TEG输出信号64的包络的表示以及在其之上的在该组合信号已经通过了图4的半波整流器68后的合成的滤波输出波形70。

TEG 12的设计被配置为使得第一发电装置和第二发电装置产生具有不同频率的输出电流。实现这一点的一种方式是向第一定子和第二定子(并且与转子的上表面22和下表面24合作地)提供具有不同的各自的周向间距的发电元件(摩擦电表面区域38或摩擦电电极)的各自的样式。以这种方式，当转子16以给定的速度旋转时，具有较窄间距的样式产生具有较高频率的输出电流，而具有较宽间距的样式产生具有较低频率的输出电流。

在替代实施例中，可以以不同的方式提供不同的频率。例如，虽然图1的特定范例包括单个转子和两个定子，但是在替代范例中，该装置可以替代地包括具有两个伴随转子的单个定子。在这种情况下，可以在两个发电装置的两个各自样式的表面部分之间感应出不同的相对旋转速率，其中，引发第一转子以第一速度相对于单个定子旋转，并且引发第二转子以第二速度相对于单个定子旋转。以这种方式，被提供给发电装置中的每个发电装置中的表面的发电元件(表面部分或电极)的样式可以是相同的，但是两个装置的板之间感应出的不同旋转速率确保从具有不同频率的每个装置生成输出电流。

在另外的范例中，发电机可以包括多于两个的转子和/或定子，使得三个或更多个发电装置例如由单个发电机来提供。在一些范例中，可以提供图1中示出的多个发电机12，它们例如串联连接，每个发电机包括两个发电装置，每个发电装置都被配置为提供具有不同频率和/或波形的输出电流。在又另外的范例中，两个或更多个发电装置中的每个发电装置都可以简单地由单独的单转子-单定子式TEG来提供，每个发电装置都被配置为生成具有不同频率的输出电流。

此外，虽然图1的范例包括旋转盘式摩擦发电机，但是在替代范例中，发电可以替代地由替代种类的TEG装置来提供。这可能包括例如不同种类的线性滑动模式TEG。在这种情况下，与图1的范例所提供的布置直接相似的布置可以具有例如被布置为夹在两个静态板元件之间的单个滑动发电机板元件的特征。与图1的范例一样，在这种情况下，移动元件在上表面和下表面上被提供有摩擦电表面部分的略微不同的样式，并且静态元件分别在其下表面和上表面上被提供有合作样式。在另外的范例中，可以替代地考虑任何种类的TEG或其他基于感应的发电装置。

对于上面讨论的范例中的每个，在各种情况下提供多个发电装置，每个发电装置被配置为生成具有不同频率的输出电流，其中，每个发电装置需要提供单独的专用发电机板或发电构件。然而，根据实施例的第二集合(其范例将在下文中详细描述)，可以借助于仅包括两个相对移动的发电板或发电构件的单个TEG发电机来提供不同输出频率的多个发电装置。这允许降低整个系统的成本、复杂性以及物理尺寸和形状。

在这些实施例中，通过将每个板构件分成多个各自的发电区域，从单个发电机板构件对生成多个输出电流，每个区域包括其自己的(略微不同的)摩擦电表面部分或摩擦电电极的样式或布置。然后借助于所提供的组合器电路将这些多个区域的输出组合在一起，以便生成单个合成输出波形。

图6中示出了这种实施例的简单的第一范例，其中，提供了旋转盘式摩擦发电机80，其包括单个转子82和单个定子84。转子和定子各自包括两个不同的发电区域，这两个发电区域各自包括每个盘的表面的各自的环形部分。转子的第一发电区域与定子的合作间隔开的且设定尺寸的第一发电区域形成第一发电装置，其生成具有第一频率的输出电流。转子的第二发电区域与定子的合作间隔开的且设定尺寸的第二表面区域形成第二发电装置，其生成具有第二频率的输出电流。借助于组合器电路46将两个发电装置的电流输出进行组合以形成单个合成输出波形，该单个合成输出波形可以用于直接驱动一个或多个部件。

图7中示出了针对转子82和定子84的摩擦电表面区域的一个范例配置。转子和定子的下表面和上表面分别被分成两个环形发电区域100、102，每个区域包括周向布置的摩擦电表面部分或电极38的各自的样式。对于发电区域中的每个发电区域，样式或布置略有不同。在该特定范例中，与内环形发电区域102相比，被提供到外环形发电区域100的摩擦电电极的数量更多。转子以给定的速度旋转，并且内部发电区域与外部发电区域之间的速度差是固定比率。通过向内部区域提供更少的电极，这意味着对于盘的给定的相对旋转速度，相比于外部区域，内部区域生成具有更低频率的输出电流(因为在盘的任何给定的完全旋转的过程中，由内部区域生成的信号将包括比由外部区域生成的信号更少的峰值)。

图8示意性地图示了由内部发电区域100和外部发电区域102生成的各自的输出信号110、112。通过调节被提供给每个发电区域的电极38的总数和/或提供有电极的面积，可以相应地调节两个输出电流的频率，从而对合成的组合输出进行调谐以形成特定的期望波形。

合成输出波形可以例如被调谐以便适合用于驱动基于电活性聚合物的致动器。图9示意性地图示了范例EAP致动器响应于通过组合两个分量输出电流110与112产生的所生成的低频输出电流120而随时间的感应偏转(x)122。

在范例中，针对不同的发电区域100、102中的每个，摩擦电电极38的特定材料组成可以不同。不同的材料可以允许生成具有不同电压幅度的输出电流，并且因此仔细选择用于每个区域的材料允许针对合成的组合输出波形的(一个或多个)特定电压幅度对设备进行优化。

虽然在图6和图7的范例中，转子和定子各自包括两个环形发电区域，但是在替代范例中，盘可以分成更多数量的发电区域，例如，三个或更多个，例如，四个或更多个。随着发电区域的数量增大(并且因此分量输出信号的数量增大)，可获得的合成波形的范围扩大。因此，发电区域的数量越多，就其所能够生成的波形而言，设备的灵活性就越大。

图10图示了根据第二略微变化的范例实施例的用于提供给转子和定子的范例摩擦电表面区域样式130。根据该第二范例，如在图6和图7的范例中那样，转子和定子中的每个均被分成多个环形发电区域130、132、134，每个区域均包括各自的沿周向布置的摩擦电表面部分(或摩擦电电极)38的样式。然而，在本范例中，每个发电区域的样式是电互连的，其中，最内侧区域130的每个单个电极在进入下一个最内侧区域132时分支成两个或更多个电极，然后在进入下一个最内侧区域134时再次分支成两个或更多个电极，依此类推，从而提供尽可能多的区域。因此，每个连续的环形区域包括作为前一区域的双倍数量(或更多倍数量，取决于特定的分支结构)摩擦电电极(表面部分)38，并且以这种方式，每个发电区域适于在转子和定子相对旋转时生成具有不同频率的输出电流。最内侧区域130生成最低频率信号，而最外侧区域134生成最高频率信号，其中，每个连续环形区域在它们之间生成最低频率信号与最高频率信号之间的频率信号。

电极的分支基本上形成电极“树”结构的周向布置的样式，每个树源自于最内侧电极中的单个电极，并且随着其在径向方向上跨多个环形发电区域延伸而沿周向向外扩展。每个树包括来自多个发电区域中的每个发电区域的电极，这些电极全部串联连接。因此，在转子旋转时每个树的电输出包括由发电区域中的每个发电区域的电极的输出频率的组合或叠加形成的“预混合”信号。如果每个树的分支结构相同，那么每个树生成的混合输出信号也将相同。因此，通过简单地组合所有树的输出，可以提供来自设备的总输出，其具有与针对每个个体树的波形相同的波形，但是具有等于个体树信号中的每个个体树信号的峰值幅度之和的幅度。

注意，术语“混合输出”并不一定意味着对完全平滑的混合输出的限制，例如具有清晰的单一频率。在一些情况下，分量树信号的“混合”(即，叠加)可以产生仍然包括多个明显可区分的频率分量的输出波形。例如，有可能生成包括(例如)1KHz信号的输出波形，在其中间有清晰分离的5KHz信号。在这种情况下，组合或叠加的输出不是平滑的信号混合，而是包括各种频率的尖峰仍然清晰可见的波形。

因此，在该实施例中，组合器电路至少部分地由TEG盘本身的电极结构来提供。另外，在范例中，还可以提供另外的组合器电路元件，例如，如图1的范例中的滤波器电路(例如，峰值检测器电路)。

多个发电区域不需要是环形表面区域。在图11中示出了根据另外的范例实施例的电极的范例配置，其中，提供了具有单个转子和单个定子的旋转盘式TEG，其中，两个盘中的至少一个盘包括多个周向布置的发电域或区域140、144、146、148。发电区域中的每个发电区域形成盘的楔形或扇形区域，其中，每个扇形包括摩擦电表面部分(电极)38的略微不同的周向样式或布置。在图11的特定范例中，每个发电区域包括不同数量的摩擦电电极，它们之间具有对应不同的节距或间距。因此，当转子旋转时，每个发电区域的样式生成具有略微不同频率的输出电流。

再次，通过组合区域中的每个区域的输出，可以产生具有取决于由每个区域生成的个体频率的波形的总合成输出。通过优化每个区域的电极的表面积以及被提供给每个区域的电极的数量，可以将合成的组合输出调谐到特定的期望波形。

在该实施例的范例中，为了调节由每个区域生成的电压幅度，可以针对每个发电区域的摩擦电表面部分额外地使用不同材料。另外，在一些范例中，转子和定子都可以被提供有精确相互对应的电极布置，而在其他范例中，电极样式可以不同。例如，只有定子可以被提供有图11的样式，而转子仅包括标准的、均匀的样式的等距电极，根本没有多个区域。这种实施例仍会产生不同频率的多个输出信号(针对定子的不同区域中的每个区域都有一个输出信号)的期望效果，但不需要向两个盘元件提供更复杂的电极样式。

如以上所提及的，为了本发明的目的，所提供的发电机通常不需要是旋转盘式发电机：本发明的原理可以应用于不同操作模式的各种不同发电机中的任一种。

在图12和图13中图示了包括线性滑动模式TEG 152的范例实施例。TEG包括定子板154和滑动板156，每个板均包括多个摩擦电表面部分(或摩擦电电极)38。如图13所示，定子板的宽度被分成两个不同的发电区域(A和B)，每个发电区域包括摩擦电电极38的略微不同的线性布置。在图13的特定范例中，与区域A的样式相比，区域B的样式包括每单位较少的电极。虽然没有示出，但是滑块的下表面也被分成两个合作的发电区域，每个发电区域包括摩擦电电极的相互对应的样式。当滑块156沿着定子154的长度线性移动时，定子的电极与滑块的电极之间的相对运动生成两个输出电流：针对发电区域A和B中的每个区域都有一个输出电流。针对区域A的输出电流将具有比区域B的输出电流的频率更高的频率，因为对于滑块的给定线速度，单位时间内越过区域A的电极数量比越过区域B的电极数量更多。

借助于组合器电路(未示出)对针对两个区域的输出进行组合，以便由此生成具有特定波形的合成的组合输出电流。通过优化所提供的电极38的表面积，可以使发电区域中的每个发电区域的输出电流的电压幅度发生变化。

注意，在图12和图13的范例的变型中，滑块本身可以不包括多个不同的发电区域，每个发电区域具有被布置为与定子的电极合作的电极样式，但是可以替代地包括在发电区域的整个宽度上延伸的单个均匀电极样式，或者可以将发电区域分成两个发电区域，但是其中，每个区域包括相同的电极样式。

在各种范例中，被提供给发电区域中的每个发电区域的摩擦电电极的样式可以以多种不同的方式变化。例如，不同区域的电极可以具有不同的材料组成，具有不同的表面积，具有不同的角度取向，具有不同的外部尺寸，或者包括不同的几何形状。

在图14中示出了图13的范例的变型，其中，提供了线性滑动模式TEG，其具有沿着其长度而不是沿着其宽度布置的多个发电区域。根据该实施例，至少定子的长度在包括电极38的第一线性样式的第一发电区域(A)与包括电极38的第二线性样式的第二发电区域(B)之间交替。发电区域A和B的样式包括不同数量的摩擦电电极38，其具有对应不同的间距；区域A包括比区域B更密集的样式。当滑块156在定子154上线性移动时，被提供到滑块的下表面的电极与它们所经过的发电区域的电极耦合，从而生成特定频率的输出电流。

在范例中，定子可以被提供为具有等于跨越单对连续的发电区域A、B(如图14所示)的长度的长度。以这种方式，在任何给定的时间处，恰好滑块的一半覆盖定子的区域A截面的部分，并且滑块的一半覆盖定子的区域B截面的部分。因此，在任何给定的时间处，滑块的电极的一半电极与更密集的样式耦合，并且滑块的电极的一半电极与更窄的样式耦合，这意味着跨定子和滑块上生成的总合成输出电流包括恰好为较低频率信号的一半信号(来自区域B)与较高频率信号的一半信号(区域A)的混合物。

在替代范例中，滑块可以具有与定子相同的长度尺寸。另外，在不同的范例中，定子可以被提供为包括多于两个的不同的发电区域，例如，沿着定子的长度循环重复的一系列的三个或四个不同的发电区域。

在一些情况下，不同的发电区域的电极可以由不同的材料制成。例如，这可以允许针对特定的期望电压幅度对来自每个发电区域的输出电流进行优化。另外，电极的样式可以以各种不同的方式在发电区域之间不同。如在图13的先前范例中那样，这些电极样式例如可以包括具有不同的表面积、不同的角度取向、不同的外部尺寸或不同的几何形状的摩擦电电极。

图15示出了根据本发明的实施例的互补电极布置160、162的另外的范例，其可以被分别提供给TEG的滑块和定子(或反之亦然)。在这种情况下，滑块和定子各自被分成三个不同的发电区域164、166、168，每个发电区域包括不同的电极样式，样式中的每个样式在构成电极中的每个电极的宽度W以及电极间的节距P上是不同的。仅针对底部区域168示出了宽度W和节距P。注意，在另外的范例中，发电区域中的每个发电区域中的元件L的长度也可以不同。

取决于材料选择、表面纹理和滑动速度，跨越不同区域中的每个区域创建的输出信号可能在电压幅度、电流幅度和/或频率方面不同。通过优化每个发电区域的电极面积、材料选择和摩擦电活性面积的量，可以生成期望的组合输出波形。

每个发电区域164、166、168的输出生成不同频率的输出电流，并且通过将多个电流组合在一起，可以产生具有比分量频率中的每个分量频率低的频率的期望波形，其例如适合用于驱动基于EAP的致动器设备。

例如，如果在给定的滑动速度下，滑动(或旋转)TEG的各个发电区域各自生成不同频率的各自的正弦曲线状输出电流，那么可以对特定频率进行工程设计，以便通过对特定频率的叠加来产生方波型输出。这可以基本上通过多个不同频率信号的傅里叶级数来形成，即：

I(t)＝ASin(ωt)+BSin(3ωt)+CSin(5ωt)+…(1)

这种方波型信号可以通过仔细设计定子/转子的各种发电区域以生成具有彼此调谐的频率的相应输出电流来产生。例如，参考图15，区域168的样式可以适于生成具有基频ω的信号，区域166的样式适于生成该频率的3次谐波3ω，并且区域164的样式适于生成五次谐波5ω。

众所周知，可以通过仅组合傅里叶级数(1)的前几项来产生对方波的良好近似，并且因此仅包括三个或四个发电区域的定子/转子可能足以用于产生这样的近似方波(如果设计正确)。

图16示出了本发明的另外的可能实施例，这次包括多层轻敲模式TEG172。TEG包括一系列Z字形表面元件172，其铰接在一起以形成手风琴状布置，该手风琴状布置可以通过施力而被压缩。当以这种方式压缩时，邻近的铰链元件176的表面逐渐地进一步彼此接触。通过交替地压缩和扩展TEG，邻近元件之间的分离距离循环变化。如果邻近的表面被提供有与摩擦电系列不同的互补材料的摩擦电材料层(或摩擦电电极)，那么该动作通过静电感应在两者之间生成电流。当TEG被压缩时在元件之间引发的接触也起到通过摩擦电效应给板元件充电的作用。

图17中图示了TEG 172的一侧的范例部分的正面和反面的等距视图，其中，能够看出，邻近发电元件176的相对表面178、179包括不同的互补摩擦电材料层。

在图16的实施例中，TEG 172被分成两个不同的垂直堆叠的发电区域A和B。这些区域的不同之处在于，相比于区域B的元件中的邻近表面元件之间的最大延伸角度(角度β)，区域A的元件中的邻近表面元件之间的最大延伸角度(角度α)更大。结果，在压缩TEG时，区域B的元件首先开始接触，并且对于固定的向下压缩速率，以比区域B的元件更快的速率使其完全接触。因此，在单个压缩-延伸循环的过程中，区域A的元件比区域B的元件生成更缓慢变化的输出信号(即，区域A比区域B生成具有更低频率的输出电流)。

通过组合由不同区域生成的信号，可以借助于具有如下波形的设备来生成合成输出电流：该波形能够借助于对贡献区域中的每个贡献区域的输出频率仔细进行工程设计来调谐。

图18示意性地图示了在TEG的单个压缩过程中由两个发电区域生成的输出电流的差异，其中，波形180表示由区域B生成的范例信号，并且波形182表示由区域A生成的对应信号。

在替代实施例中，邻近元件之间的角度α、β对于发电区域A和B均可以是相同的。然而，邻近元件之间的铰接的刚度可以被配置为对于区域A比对于区域B更大，这意味着，在压缩TEG时，区域A的元件比区域B的元件更缓慢地聚集在一起。结果，与来自区域B的输出信号相比，来自区域A的输出信号被生成为具有更低的频率。

通过改变接触面积(宽度和长度)、材料的选择、元件对176之间的角度、元件对之间的刚度、每个发电区域中的元件的总数以及堆叠层的周期性，有可能对由各个区域生成的不同频率进行调谐。以这种方式，可以对在组合输出信号时生成的总合成波形进行调谐。

注意，虽然图16的特定范例包括仅两个不同发电区域的堆叠布置，但是在替代范例中，可以提供包括任意数量的不同发电区域的布置，每个发电区域适于生成不同频率的输出电流。

在图19中描绘了本发明的另外的可能的实施例。这个实施例的范例基于对振动采集器型TEG发电机的调整，该发电机利用环境振动引发摩擦发电机板之间的相对运动，从而生成电流。

对于本实施例，提供了振动型TEG 190，其包括多个(在这种情况下为两个)振动发电装置191、192，其中，对于每个发电装置，两对可移动发电板194由弹簧196从支撑框架202悬置。对于不同发电装置中的每个发电装置，提供具有不同弹簧常数的弹簧。另外，不同振动元件的质量也可以不同。当不同的弹簧常数和/或不同质量的组合在遭受相同的振动移动时会引发不同的谐振频率。以这种方式，相同的外部驱动振动将在两个各自的装置的可移动板中引发不同谐振频率的物理振荡。结果，这两种布置将产生具有不同频率的输出电流。

通过借助于组合电路对多个发电装置的输出电流进行组合，可以产生具有如下波形的合成输出电流：该波形能够借助于对弹簧的弹簧常数和/或不同装置中的每个装置的可移动元件的质量仔细进行工程设计来调谐。

通过弹簧与移动质量的适当组合，能够根据振动和叠加的谐振频率来生成多个谐波信号。然而，在图1-18中，电极的重复样式用于生成特定的波形，这里，多重弹簧质量(阻尼器)TEG系统的谐振特性是产生的波形信号的关键决定因素。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (12)

1.一种用于生成电流波形的设备，包括：

电力发电机，所述电力发电机包括第一发电装置(32)和第二发电装置(34)，所述第一发电装置被配置为生成具有第一频率的第一电输出电流，所述第二发电装置被配置为生成具有第二频率的第二电输出电流，并且每个装置都包括发电元件(38)的第一集合和发电元件(38)的第二集合，所述发电元件的所述第一集合和所述发电元件的所述第二集合中的至少所述第一集合被配置为保持电荷，并且所述发电元件的所述第一集合和所述发电元件的所述第二集合被配置为能关于彼此移动以生成电输出电流；以及

连接电路(46)，其提供所述第一发电装置(32)与所述第二发电装置(34)之间的电连接，并且适于将所述第一电输出电流与所述第二电输出电流进行组合，从而从所述设备生成具有第三频率的、具有特定的确定波形的合成输出电流，所述第三频率不同于所述第一频率和所述第二频率，其中，所述电力发电机至少包括第一板元件(20)和第二板元件(22)，所述第一板元件和所述第二板元件被配置为能关于彼此移动，并且其中，所述第一板元件包括多个发电机装置的发电元件的所述第一集合中的两个或更多个发电元件，并且所述第二板元件包括所述多个发电机装置的发电元件的所述第二集合中的两个或更多个发电元件，其中，所述板元件(20、22)是被配置为能相对于彼此旋转的盘元件。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一板元件的发电元件的两个或更多个第一集合形成所述第一板元件的表面部分的不同的各自的环形布置，并且所述第二板元件的发电元件的两个或更多个第二集合形成所述第二板元件的表面部分的不同的各自的环形布置。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一板元件的发电元件的两个或更多个第一集合形成所述第一板元件的不同的各自的扇形表面部分，并且所述第二板元件的发电元件的两个或更多个第二集合形成所述第二板元件的不同的各自的扇形表面部分。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，其中：

沿着与所述装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的相对运动的方向平行的方向，不同发电装置的所述发电元件的尺寸是不同的；并且/或者

沿着与不同发电装置的各自的发电元件的第一集合与第二集合之间的相对运动的方向平行的方向，所述不同发电装置的构成发电元件之间的分离距离是不同的；并且/或者

不同发电装置的所述发电元件的材料组成是不同的。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述发电机装置中的每个发电机装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的所述相对运动取决于所述第一集合与所述第二集合之间的机械耦合，并且其中，所述机械耦合的物理性质对于各自的发电装置中的每个发电装置都是不同的。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述机械耦合包括弹簧耦合，用于每个发电装置的所述弹簧耦合具有不同的弹簧常数。

7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述发电机装置中的每个发电机装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的所述相对运动取决于铰链耦合，并且其中，所述铰链耦合的最大角度延伸对于各自的发电装置中的每个发电装置都是不同的。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述连接电路提供多个所述电输出电流之间的并联连接。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述连接电路包括滤波器电路。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述电力发电机是摩擦电力发电机。

11.一种借助于电力发电机来生成电输出电流的方法，所述电力发电机包括第一发电装置和第二发电装置(34)，所述第一发电装置被配置为生成具有第一频率的第一电输出电流，所述第二发电装置被配置为生成具有第二频率的第二电输出电流，所述第一发电装置和所述第二发电装置借助于连接电路进行电连接，每个发电装置都被配置为生成电输出电流，并且每个装置都包括发电元件的第一集合和发电元件的第二集合，所述发电元件的所述第一集合和所述发电元件的所述第二集合中的至少一个被配置为保持电荷，

所述方法包括：

引发多个所述发电装置中的每个发电装置的发电元件的所述第一集合与所述第二集合之间的相对运动，从而生成所述第一电输出电流和所述第二电输出电流；并且

将所述第一电输出电流与所述第二电输出电流进行组合，从而生成具有第三频率的、具有特定的确定波形的合成输出电流，所述第三频率不同于所述第一频率和所述第二频率，其中，所述电力发电机至少包括第一板元件(20)和第二板元件(22)，所述第一板元件和所述第二板元件被配置为能关于彼此移动，并且其中，所述第一板元件包括多个发电机装置的发电元件的所述第一集合中的两个或更多个发电元件，并且所述第二板元件包括所述多个发电机装置的发电元件的所述第二集合中的两个或更多个发电元件，其特征在于，所述板元件(20、22)是被配置为能相对于彼此旋转的盘元件。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一板元件的发电元件的两个或更多个第一集合形成所述第一板元件的不同的各自的扇形表面部分，并且所述第二板元件的发电元件的两个或更多个第二集合形成所述第二板元件的不同的各自的扇形表面部分。

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