CN110492778B - 一种转动式摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转动式摩擦发电机，包括固定部分、旋转部分和负载，固定部分设有第一基板，旋转部分设有第二基板，第一基板与第二基板相对放置，其中第一基板上设有第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层上设有第一电极，第二绝缘层上设有第二电极，第一电极与第二电极无接触；第二基板上设有第三绝缘层和摩擦起电层，第三绝缘层与摩擦起电层相贴，绝缘层另一侧放置在第二啮合体，使得第一基板上的啮合形状与第二基板上的啮合形状相互啮合；当旋转部分相对固定部分旋转时，第一电极与摩擦起电层相互摩擦产生摩擦电荷，在第一电极与第二电极通过导线和负载连通的情况下，当摩擦起电层旋转到第二电极相应位置的过程中使电荷移动从而产生电流。

Description

一种转动式摩擦发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体而言，涉及一种转动式摩擦发电机。

背景技术

能量收集技术一直以来都非常受人们的关注，目前能量收集装置被认为是可将环境中的能量如风能、光能、人的动作等转换为电能供人们使用的装置。

将摩擦起电作为一种能量收集方式及能量转换方式是最近几年新兴的一种技术，摩擦发电机作为一种可将自然环境中的风、振动以及人的行为等转换为电能的能量收集装置具有较高的能量转换效率，并且不受时间和空间的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转动式摩擦发电机，其结构简单，有效增加摩擦起电的面积，旋转运动可以持续产生电荷，接触旋转结构具有更长的使用寿命，增加了电流的输出效率。

本发明的实施例是这样实现的：

一种转动式摩擦发电机，其包括固定部分和旋转部分，固定部分包括第一基板、第一啮合体、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极和第二电极，旋转部分包括第二基板、第二啮合体、第三绝缘层和摩擦起电层，第一啮合体固定在第一基板的顶面，第一电极和第一绝缘层贴覆在第一啮合体表面，第二电极和第二绝缘层贴覆在第一基板，第一电极与第二电极间隔并通过导线和外部负载连通，第二啮合体固定在第二基板的底面，摩擦起电层和第三绝缘层贴覆在第二啮合体和第二基板，第一基板和第二基板相对设置且通过第一啮合体和第二啮合体相互啮合匹配，摩擦起电层与第一电极接触、与第二电极不接触。

在本发明较佳的实施例中，上述第一基板和第二基板为圆盘状，第一基板和第二基板使用力学刚性材料制成，力学刚性材料包括亚克力板、玻璃或陶瓷。

在本发明较佳的实施例中，上述第一啮合体和第二啮合体形状为规则凸起，第一啮合体和第二啮合体分别为多组，多组第一啮合体呈圆周阵列分布在第一基板，多组第二啮合体呈圆周陈列分布在第二基板。

在本发明较佳的实施例中，上述第一啮合体和第二啮合体分别与第一基板、第二基板一体成型或拆卸式连接，当为拆卸式连接时，第一啮合体和第二啮合体的材料包括亚克力板、玻璃、陶瓷或泡沫。

在本发明较佳的实施例中，上述第一绝缘层贴覆在第一啮合体，第二绝缘层贴覆在第一基板，第一绝缘层和第二绝缘层的材料为高分子聚合物绝缘弹性材料，高分子聚合物绝缘弹性材料包括尼龙和聚酰亚胺。

在本发明较佳的实施例中，上述第三绝缘层贴覆在第二啮合体表面，第三绝缘层的材料为高分子聚合物绝缘弹性材料，高分子聚合物绝缘弹性材料包括尼龙或聚酰亚胺。

在本发明较佳的实施例中，上述第一电极贴覆在第一绝缘层，第二电极贴覆在第二绝缘层，第一电极和第二电极的材料为金属导电材料。

在本发明较佳的实施例中，上述摩擦起电层贴覆于第三绝缘层，摩擦起电层的材料为具有摩擦起电效应的高分子聚合物材料，高分子聚合物材料包括聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜或聚二甲基硅氧烷薄膜。

在本发明较佳的实施例中，上述转动式摩擦发电机还包括负载，负载的两端分别电连接至第一电极和第二电极。

在本发明较佳的实施例中，上述第一基板和第二基板相对旋转时，摩擦起电层与第一电极相互摩擦产生摩擦电荷，摩擦起电层旋转到第二电极位置时，摩擦起电层与第二电极相互间隔，在运动到第二电极相对位置的过程中使电荷移动从而产生电流。

本发明的有益效果是：

本发明通过第一啮合体和第二啮合体相互啮合，使得第一基板和第二基板相互匹配，通过摩擦起电层和第一电极摩擦起电，同时通过摩擦起电层和第二电极相对运动使电荷移动形成电流，持续地对负载输出电流；本发明结构简单，有效增加摩擦起电的面积，旋转运动可以持续产生电荷，接触旋转结构具有更长的使用寿命，增加了电流的输出效率。

本发明还具有以下优点：

1、该发电机利用啮合形状可以增加接触面积，从而增加通过摩擦所产生的电荷量。

2、在摩擦之后继续旋转，当摩擦起电层无接触的通过第二电极时，使产生的摩擦电荷移动，使得第一电极与第二电极之间在接负载的情况下有电流流动，具有持续较高输出。

3、旋转过程中与第一电极的摩擦可持续产生电荷，与第二电极的无接触运动又可改善全过程都接触所造成的寿命不长问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明转动式摩擦发电机的示意图；

图2为本发明转动式摩擦发电机的剖视图；

图3为本发明转动式摩擦发电机的固定部分的图；

图4为图3中A处的局部放大图；

图5为图3中B处的局部放大图；

图6为本发明转动式摩擦发电机的旋转部分的图；

图7为图6中C处的局部放大图；

图8为本发明转动式摩擦发电机的原理图；

图标：1-固定部分；2-旋转部分；11-第一基板；12-第一啮合体；13-第一绝缘层；14-第二绝缘层；15-第一电极；16-第二电极；21-第二基板；22-第二啮合体；23-第三绝缘层；24-摩擦起电层；3-负载。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种转动式摩擦发电机，其包括固定部分1、旋转部分2和负载3，固定部分1包括第一基板11、第一啮合体12、第一绝缘层13、第二绝缘层14、第一电极15和第二电极16，旋转部分2包括第二基板21、第二啮合体22、第三绝缘层23和摩擦起电层24，第一啮合体12固定在第一基板11，第二啮合体22固定在第二基板21，第一啮合体12和第二啮合体22相互啮合且匹配，使得第一基板11和第二基板21相互啮合，第一绝缘层13和第一电极15连接至第一啮合体12，第二绝缘层14和第二电极16连接至第一基板11，第三绝缘层23和摩擦起电层24连接至第二啮合体22和第二基板21，第一基板11和第二基板21相对旋转时，摩擦起电层24与第一电极15相互摩擦起电，摩擦起电层24旋转到第二电极16位置时，摩擦起电层24与第二电极16相互间隔，通过相对运动使摩擦电荷在第一电极15与第二电极16间移动从而产生电流，本发电机的结构简单且能获得较高的电能输出，该发电机通过转动部分2与固定部分1相对啮合旋转产生摩擦电能，在旋转部分2圆盘的背面中心部分应设有旋转轴，旋转轴连接旋转驱动部件，旋转驱动部件为现有技术，旋转驱动部件由风力、水力带动旋转，本发电机不受旋转方式带动的限制，旋转驱动部件在图中未表示。

请参照图2、图3、图4和图5，固定部分1包括第一基板11、第一啮合体12、第一绝缘层13、第二绝缘层14、第一电极15和第二电极16，第一基板11为圆盘状，其材料为力学刚性材料，包括亚克力板、玻璃或陶瓷，本实施例的第一基板11采用亚克力板，第一啮合体12固定在第一基板11的顶面，第一电极15和第一绝缘层13贴覆在第一啮合体12表面，第二电极16和第二绝缘层14贴覆在第一基板11，第一电极15与第二电极16间隔并通过导线和外部负载连通，第一啮合体12呈圆周阵列分布于第一基板11的顶面，采用四组第一啮合体12，四组第一啮合体12围绕第一基板11呈环形分布且相互间隔，第一啮合体12具有三级相互间隔的规则凸起，各级规则凸起呈弧形，三级弧形的凸起形成扇形状，第一啮合体12与第一基板11一体成型或拆卸式连接，本实施例的第一啮合体12与第一基板11一体成型，第一啮合体12的材料选择为亚克力板，第一绝缘层13贴覆在第一啮合体12，第二绝缘层14贴覆在第一基板11，第一电极15贴覆在第一绝缘层13，第一绝缘层13贴覆在第一啮合体12表面且随第一啮合体12凹凸设置，第二电极16贴覆在第二绝缘层14，第二绝缘层14贴覆在第一基板11的顶面，第一电极15和第二电极16相互分隔开，负载3的两端分别通过通电线电连接至第一电极15和第二电极16，摩擦起电层24与第一电极15摩擦产生电荷，摩擦起电层24旋转至第二电极16相应位置过程中电荷移动形成电流，电流流经负载3，第一绝缘层13和第二绝缘层14的材料为高分子聚合物绝缘弹性材料，高分子聚合物绝缘弹性材料包括尼龙和聚酰亚胺，本实施例的第一绝缘层13和第二绝缘层14为聚酰亚胺，第一电极15和第二电极16的材料为金属导电材料，本实施例的第一电极15和第二电极16的材料选择为铝。

请参照图2、图6和图7，旋转部分2包括第二基板21、第二啮合体22、第三绝缘层23和摩擦起电层24，第二基板21为圆盘状，其材料为力学刚性材料，包括亚克力板、玻璃或陶瓷，本实施例的第一基板11采用亚克力板，第二啮合体22固定在第二基板21的底面，摩擦起电层24和第三绝缘层23贴覆在第二啮合体22和第二基板21，第二啮合体22呈圆周阵列于第二基板21的底面，采用四组第二啮合体22，四组第二啮合体22围绕第二基板21呈环形分布且相互间隔，第二啮合体22具有二级相互间隔的规则凸起，各级规则凸起呈弧形，二级弧形的凸起形成扇形状，第二啮合体22与第二基板21一体成型或拆卸式连接，本实施例的第二啮合体22与第二基板21一体成型，第二啮合体22的材料选择为亚克力板，摩擦起电层24和第三绝缘层23贴覆在第二啮合体22和第二基板21，摩擦起电层24贴覆于第三绝缘层23且随第二啮合体22凹凸设置，第三绝缘层23贴覆在第二啮合体22表面且随第二啮合体22凹凸设置，第三绝缘层23的材料为高分子聚合物绝缘弹性材料，高分子聚合物绝缘弹性材料包括尼龙或聚酰亚胺，本实施例的第三绝缘层23为聚酰亚胺，摩擦起电层24的材料为具有摩擦起电效应的高分子聚合物材料，高分子聚合物材料包括聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜或聚二甲基硅氧烷薄膜，本实施例的摩擦起电层24为聚四氟乙烯薄膜，

请参照图8，第一啮合体12和第二啮合体22相互嵌入并匹配，第一基板11和第二基板21相对设置且通过第一啮合体12和第二啮合体22相互啮合，摩擦起电层24与第一电极15，与第二电极16不接触，固定部分1和旋转部分2通过啮合旋转的方式进行工作，当旋转部分2持续旋转时有电能输出，旋转时共有I、II、III、IV四种状态，摩擦起电层24和第一电极15接触、摩擦起电层24与第一电极15正对、摩擦起电层24与第一电极15分离和摩擦起电层24与第二电极16相隔，当摩擦起电层24与第一电极15接触摩擦时产生电荷，摩擦起电层24旋转至第二电极16相应位置过程中电荷移动对外输出电流。

综上所述，本发明实例通过第一啮合体和第二啮合体相互啮合，使得第一基板和第二基板相互匹配，通过摩擦起电层和第一电极转动摩擦起电，同时通过摩擦起电层和第二电极相对运动使电荷移动，持续地对负载输出电流；本发明结构简单，有效增加摩擦起电的面积，旋转运动可以持续产生电荷，接触旋转结构具有更长的使用寿命，增加了电流的输出效率。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种转动式摩擦发电机，其特征在于，包括固定部分和旋转部分，所述固定部分包括第一基板、第一啮合体、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极和第二电极，所述旋转部分包括第二基板、第二啮合体、第三绝缘层和摩擦起电层，所述第一啮合体固定在第一基板的顶面，所述第一电极和第一绝缘层贴覆在第一啮合体表面，所述第二电极和第二绝缘层贴覆在第一基板，所述第一电极与第二电极间隔并通过导线和外部负载连通，所述第二啮合体固定在第二基板的底面，所述摩擦起电层和第三绝缘层贴覆在第二啮合体和第二基板，所述第一基板和第二基板相对设置且通过第一啮合体和第二啮合体相互啮合匹配，所述摩擦起电层与第一电极接触、与第二电极不接触；第一基板和第二基板相互啮合时，第一绝缘层和第一电极连接至第一啮合体，第二绝缘层和第二电极连接至第一基板，第三绝缘层和摩擦起电层连接至第二啮合体和第二基板，第一基板和第二基板相对旋转时，摩擦起电层与第一电极相互摩擦起电，摩擦起电层旋转到第二电极位置时，摩擦起电层与第二电极相互间隔，通过相对运动使摩擦电荷在第一电极与第二电极间移动从而产生电流；所述第一啮合体和第二啮合体形状为规则凸起，所述第一啮合体和第二啮合体分别为多组，多组所述第一啮合体呈环形分布且相互间隔在第一基板，多组所述第二啮合体呈环形分布且相互间隔在第二基板。

2.根据权利要求1所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述第一基板和第二基板为圆盘状，所述第一基板和第二基板使用力学刚性材料制成，力学刚性材料包括亚克力板、玻璃或陶瓷。

3.根据权利要求1所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述第一啮合体和第二啮合体分别与第一基板、第二基板一体成型或拆卸式连接，当为拆卸式连接时，所述第一啮合体和第二啮合体的材料包括亚克力板、玻璃、陶瓷或泡沫。

4.根据权利要求3所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述第一绝缘层贴覆在第一啮合体，所述第二绝缘层贴覆在第一基板，所述第一绝缘层和第二绝缘层的材料为高分子聚合物绝缘弹性材料，高分子聚合物绝缘弹性材料包括尼龙和聚酰亚胺。

5.根据权利要求4所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述第三绝缘层贴覆在第二啮合体表面，所述第三绝缘层的材料为高分子聚合物绝缘弹性材料，高分子聚合物绝缘弹性材料包括尼龙或聚酰亚胺。

6.根据权利要求5所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极贴覆在第一绝缘层，所述第二电极贴覆在第二绝缘层，所述第一电极和第二电极的材料为金属导电材料。

7.根据权利要求6所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦起电层贴覆于第三绝缘层，所述摩擦起电层的材料为具有摩擦起电效应的高分子聚合物材料，高分子聚合物材料包括聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜或聚二甲基硅氧烷薄膜。

8.根据权利要求1所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述转动式摩擦发电机还包括负载，所述负载的两端分别电连接至第一电极和第二电极。

9.根据权利要求7所述的一种转动式摩擦发电机，其特征在于，所述第一基板和第二基板相对旋转时，所述摩擦起电层与第一电极相互摩擦产生摩擦电荷，所述摩擦起电层旋转到第二电极位置时，所述摩擦起电层与第二电极相互间隔，在运动到第二电极相对位置的过程中使电荷移动从而产生电流。

Images