CN111969885A - 一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机 - Google Patents
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- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
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Abstract
本发明公开了一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，包括缸筒、指状电极、活塞基座、活塞压块、活塞环和连杆；其中指状电极分两组交错贴在缸筒外壁表面；活塞基座与活塞压块依靠自身螺纹旋紧固定；两个活塞压块之间通过自身螺纹旋紧固定；活塞环安装在活塞基座与活塞压块之间的环槽中和两个活塞压块之间的环槽中；可以通过增加活塞压块的数量来增加活塞环的数量；活塞压块、活塞基座和活塞环组成活塞体；连杆与活塞基座固连，可以带动活塞体一同作往复直线运动。该发电机的活塞体在缸筒内进行往复直线运动，其上的活塞环与缸筒相互摩擦，将机械能转化为电能，缸筒外壁上的指状电极将产生的感应电荷导出，从而获得电能输出。
Description
技术领域
本发明属于摩擦电纳米发电机技术领域，特别涉及一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机。
背景技术
摩擦电发电机（TENG）是一项引领技术革新的发明，当两种不同的材料相接触时，两表面由于摩擦起电的原理会产生正、负电荷；当两表面分离时，产生的正负电荷也随之分离这就使两表面之间产生电势差。若将两个表面之间接入负载或短路，则感应电势差就会驱动电子在两个电极之间流动。
摩擦电发电机（TENG）有如下四种基本工作模式:
垂直接触-分离模式;
水平滑动模式；
单电极模式；
独立层模式。
现如今活塞应用广泛，在工程中起到不可或缺的作用。但如果在人未知的时刻位置发生了损坏或者工作异常，若无法及时维修或更换，会导致较大的损失。如果将摩擦电纳米发电机应用到活塞领域中，就可以通过发出的电流、电压信号实时掌控其工作状态，可以在异常情况发生的初期就可以检测到，避免由此带来的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，该发电机的工作模式为水平滑动模式，并且可以掌控其活塞的工作状态。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机：包括缸筒、活塞基座、活塞压块、活塞环、连杆和指状电极；其中指状电极是一种类似于手指的栅状电极，将其卷成筒状附在缸筒外壁上，如附图5所示，其分两组交错贴在缸筒外壁表面；活塞基座与活塞压块依靠自身螺纹旋紧固定；两个活塞压块之间依靠自身螺纹旋紧固定；活塞环安装在活塞基座与活塞压块之间的环槽中和两个活塞压块之间的环槽中；通过增加活塞压块的数量来增加活塞环的数量；活塞压块、活塞基座和活塞环组成活塞体；连杆与活塞基座固连，带动活塞体在缸筒内运动。通过对连杆施加作用力，使连杆连同活塞体一起作往复直线运动，活塞体上安装的活塞环与缸筒内壁相互摩擦，缸筒外壁上的指状电极将产生的感应电荷导出，从而获得电能输出。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，活塞基座的下端外侧设有带螺纹的管段，内部还开有内螺纹孔；活塞压块的下端外侧设有带螺纹的管段，上端还开有内螺纹孔，活塞基座的外螺纹管段和活塞压块的内螺纹孔进行配合，配合后活塞基座和活塞压块之间形成环槽，活塞压块下端外侧的螺纹管段和下方活塞压块的内螺纹孔进行配合，配合后活塞压块和下方的活塞压块之间形成环槽，活塞安装在上述环槽内，连杆通过自身的螺纹固连在活塞基座上的内螺纹孔中。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述缸筒材料选自聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚酯PET、聚对苯二甲酸类塑料PET、ABS树脂或聚苯乙烯PS，但不限于此。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述活塞压块材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP，但不限于此。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述活塞基座材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP，但不限于此。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述活塞环材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP，但不限于此。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述指状电极材料为金属材料，材料选自铜、银或铝，但不限于此。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述连杆材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP，但不限于此。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，两个活塞环之间的距离可以通过改变活塞压块的厚度进行调节。
上述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，所述两个指状电极临近的指状线圈之间的距离可以依据两个活塞环之间的距离进行调整。
本发明利用摩擦电纳米发电机中的水平滑动模式的原理，将其应用到活塞往复运动中去，从而进行发电，通过采集发出的电流、电压信号，来判断活塞的运动状态。
有益效果
在正常运行过程中，缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机会根据活塞的运动状态向外输出特定的电流、电压信号，若出现活塞环与缸套磨损或者接触不良等问题，则输出信号波形就会出现异常，可以进行提前维修等，避免了更大的损失。
附图说明
图1为活塞体的结构示意图。
图2为活塞装配剖视图。
图3为活塞拆卸剖视图。
图4为指状电极和缸套配合示意图。
图5为指状电极展开图。
图6为总体装配图。
图中：1-缸筒，2-指状电极，3-活塞基座，4-活塞压块，5-活塞环，6-连杆。
具体实施方式
下面结合具体实施案例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施案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。
实施例
缸筒1材料选用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，活塞环5材料选用聚甲醛POM，指状电极2材料选用铜片，指状线圈宽度为2mm。
在缸筒外壁等距粘接两组指状电极，间距为4mm，并留出外接端。
将活塞基座3、两个活塞压块4和两个活塞环5组装在一起，形成活塞体，并将连杆6连接到活塞基座3上，最后将活塞体连同连杆一同安装到缸筒内，即可得到缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机。
在连杆后加装往复运动的装置，使连杆及活塞体能够在缸筒内进行往复直线运动，往复运动的周期为每分钟50、100、150、200、250次，活塞体的水平滑动为缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机发电基础。本实例制作的缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机在上述条件下的电压、电流幅值如表1。
表1
| 周期（次/min） | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 |
| 电压幅值（V） | 4.8332 | 9.2352 | 14.3374 | 21.0739 | 25.9237 |
| 电流幅值（mA） | 0.0051 | 0.0112 | 0.0153 | 0.0211 | 0.0250 |
Claims (10)
1.一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：包括缸筒（1）、指状电极（2）、活塞基座（3）、活塞压块（4）、活塞环（5）和连杆（6）；其中指状电极（2）分两组交错贴在缸筒（1）外壁表面；活塞基座（3）与活塞压块（4）依靠螺纹旋紧固定；两个活塞压块（4）之间通过自身螺纹旋紧固定；活塞环（5）安装在活塞基座（3）与活塞压块（4）之间的环槽中和两个活塞压块（4）之间的环槽中；通过增加活塞压块（4）的数量来增加活塞环（5）的数量；活塞压块（4）、活塞基座（3）和活塞环（5）组成活塞体；连杆（6）与活塞基座（3）固连，带动活塞体一同运动，通过对连杆施加作用力，使连杆连同活塞体一起作往复直线运动，活塞体上安装的活塞环与缸筒相互摩擦，缸筒外壁上的指状电极将产生的感应电荷导出，从而获得电能输出。
2.根据权利要求1所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：活塞基座（3）的下端外侧设有带螺纹的管段，内部还开有内螺纹孔；活塞压块（4）的下端外侧设有带螺纹的管段，上端还开有内螺纹孔，活塞基座（3）的外螺纹管段和活塞压块（4）的内螺纹孔进行配合，配合后活塞基座（3）和活塞压块（4）之间形成环槽，活塞压块（4）下端外侧的螺纹管段和下方活塞压块（4）的内螺纹孔进行配合，配合后活塞压块（4）和下方的活塞压块（4）之间形成环槽，活塞环（5）安装在上述环槽内，连杆（6）通过自身的螺纹固连在活塞基座（3）上的内螺纹孔中。
3.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述缸筒（1）材料选自聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚酯PET、聚对苯二甲酸类塑料PET、ABS树脂或聚苯乙烯PS。
4.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述活塞压块（4）材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP。
5.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述活塞基座（3）材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP。
6.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述活塞环（5）材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP。
7.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述指状电极（2）材料为金属材料，材料选自铜、银或铝。
8.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述连杆（6）材料选自聚甲醛POM、聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF、聚乙烯PE或聚丙烯PP。
9.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：两个活塞环（5）之间的距离可以通过改变活塞压块的厚度进行调节。
10.根据权利要求1或2所述的一种缸筒式往复直线运动摩擦电纳米发电机，其特征在于：所述两个指状电极（2）临近的指状线圈之间的距离可以依据两个活塞环之间的距离进行调整。
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