CN113395012B - 一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电技术领域，公开了一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器，该摩擦纳米发电机中，定子组件包括第一基板、设于第一基板表面的多个电极单元；动子组件包括第二基板和设于第二基板表面的多个摩擦部；电极单元包括多个电极对，电极对包括电连接的第一电极和第二电极；各电极对中的第一电极沿动子组件的运动方向依次排布；各电极对中的第二电极按照对应的第一电极的排布顺序沿动子组件的运动方向依次排布；各摩擦部在第一基板上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在第一基板上的正投影，且相邻两个摩擦部之间间隔至少一个电极。该摩擦纳米发电机及用电设备改善了大量增加电极数量会导致电极过于窄小，限制独立层可用材料选择的问题。

Description

一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器。
背景技术
摩擦纳米发电机(TENG)作为一种将环境机械能转化为电能的有前途且有效的技术，为物联网的实现提供了一种新方法。其具有重量轻、材料选择广泛、易于制造、成本效益高、效率高等巨大优势。在TENG的四种基本工作模式中，独立层模式是通过先进的结构设计收集常规运动能量的较简单方法，而且，通常可实现最高的能量转换效率。
众所周知，对已构造的电极结构的栅格进行细化(即对各电极进行窄小化)，是提高独立层式TENG输出功率的有效方法。但是，同一外形规格的TENG，大量增加电极数量会导致电极过于窄小(当TENG为圆盘结构时，表现为电极的圆心角极小)，这对使用合成聚合物或天然材料等具有较强摩擦电性的材料制造独立层提出了巨大的挑战，严重限制了独立层可用材料的选择，同时被迫使用摩擦电性一般的金属材料也限制了TENG输出功率的提高。
发明内容
本发明提供了一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器，用于改善现有技术中，同一外形规格的TENG，大量增加电极数量会导致电极过于窄小，限制独立层可用材料选择的问题。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种摩擦纳米发电机，包括：
定子组件，所述定子组件包括第一基板以及设置于所述第一基板一侧表面的多个电极单元；
能够相对所述定子组件运动以产生感应电流的动子组件，所述动子组件包括第二基板和设置于所述第二基板朝向所述定子组件的一侧表面的多个摩擦部；
所述电极单元包括多个电极对，每个所述电极对均包括电连接的第一电极和第二电极；各所述电极对中的第一电极沿所述动子组件的运动方向依次排布，构成第一电极区；各所述电极对中的第二电极按照对应的所述第一电极的排布顺序，沿所述动子组件的运动方向依次排布，构成第二电极区；所述第一电极区和所述第二电极区沿所述动子组件的运动方向排布；
各所述摩擦部在所述第一基板上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在所述第一基板上的正投影，且相邻两个摩擦部之间间隔至少一个电极。
本发明提供的摩擦纳米发电机中，动子组件包括多个摩擦部，定子组件的电极单元包括多个电极对，每个电极对构成一相，各电极对均包括电连接的第一电极和第二电极，各电极对中的第一电极沿动子组件的运动方向依次排布，构成第一电极区；各电极对中的第二电极按照对应的第一电极的排布顺序，沿动子组件的运动方向依次排布，构成第二电极区；第一电极区和第二电极区沿动子组件的运动方向排布，从而形成多相摩擦纳米发电机(MP-TENG)，摩擦纳米发电机相数的增多，使其能够具备高性能、低峰值因子。
峰值因子为信号的峰值与均方根(RMS)或有效值的比值，是电源驱动负载而不失真的关键指标。TENG在实际应用中的显著局限性就在于所生成的瞬时脉冲信号的峰值因子过大(甚至可能大于6)，这种具有高峰值因子的TENG不仅不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电。因而，需要开发稳定的直流发电系统来克服其实际应用的局限性。本发明提供的摩擦纳米发电机具备低峰值因子，加之电极之间的位置差和每相产生电信号的时间差，每相之间将产生规则的相位差。在对各相分别整流后，将各相并联叠加，能够产生具有低峰值因子的近似恒定直流电输出，因而，能够解决不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电的问题。
同时，摩擦部在第一基板上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在第一基板上的正投影，即使对电极进行窄小化，摩擦部的面积仍为电极面积的至少两倍，不但能够扩大摩擦部(即现有技术中的独立层)的材料选择范围，使得日常生活中很多常见的材料(例如：木材、布料、动物毛皮、织物、合成聚合物、纤维素、宣纸和丝素蛋白等，其中，纤维素、宣纸和丝素蛋白等都可以从自然界中获取并使用，方便后续的降解)均能够用作摩擦部的制作材料，而且有利于简化TENG的制造过程。
可选地，所述定子组件与所述动子组件滑动连接，所述动子组件能够相对所述定子组件沿直线方向往复运动；
或者，所述定子组件与所述动子组件同轴且转动连接，所述动子组件能够相对所述定子组件周向转动。
可选地，所述第一电极区在所述运动方向上的尺寸、所述第二电极区在所述运动方向上的尺寸以及各所述摩擦部在所述运动方向上的尺寸相同。
可选地，各所述第一电极以及各所述第二电极的形状和尺寸均相同。
可选地，所述摩擦部与所述电极单元一一对应，所述摩擦部在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合；
相邻两个所述摩擦部之间间隔的区域在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合。
可选地，所述摩擦部在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合；
相邻两个所述摩擦部之间间隔的区域在所述第一基板上的正投影的覆盖范围小于一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围。
可选地，相邻两个所述摩擦部之间的间距相同或递减。
可选地，所述电极单元包括两个所述电极对，各所述第一电极以及各所述第二电极的形状和尺寸均相同；相邻两个所述摩擦部之间的间距为所述第一电极区在所述运动方向上的尺寸的六分之五、或四分之三或八分之五。
可选地，所述摩擦部在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合；
相邻两个所述摩擦部之间间隔的区域在所述第一基板上的正投影的覆盖范围大于一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围。
可选地，相邻两个所述摩擦部之间的间距相同或递增。
本发明还提供一种用电设备，包括用电部和上述技术方案中提供的任意一种摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机为所述用电部提供电能。
本发明提供的用电设备通过上述摩擦纳米发电机为用电部供电，摩擦纳米发电机中，动子组件包括多个摩擦部，定子组件的电极单元包括多个电极对，每个电极对构成一相，各电极对均包括电连接的第一电极和第二电极，各电极对中的第一电极沿动子组件的运动方向依次排布，构成第一电极区；各电极对中的第二电极按照对应的第一电极的排布顺序，沿动子组件的运动方向依次排布，构成第二电极区；第一电极区和第二电极区沿动子组件的运动方向排布，从而形成多相摩擦纳米发电机(MP-TENG)，摩擦纳米发电机相数的增多，使其能够具备高性能、低峰值因子。
峰值因子为信号的峰值与均方根(RMS)或有效值的比值，是电源驱动负载而不失真的关键指标。TENG在实际应用中的显著局限性就在于所生成的瞬时脉冲信号的峰值因子过大(甚至可能大于6)，这种具有高峰值因子的TENG不仅不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电。因而，需要开发稳定的直流发电系统来克服其实际应用的局限性。本发明提供的用电设备中，摩擦纳米发电机具备低峰值因子，加之电极之间的位置差和每相产生电信号的时间差，每相之间将产生规则的相位差。在对各相分别整流后，将各相并联叠加，能够产生具有低峰值因子的近似恒定直流电输出，因而，能够解决摩擦纳米发电机不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电的问题。
同时，摩擦部在第一基板上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在第一基板上的正投影，即使对电极进行窄小化，摩擦部的面积仍为电极面积的至少两倍，不但能够扩大摩擦部(即现有技术中的独立层)的材料选择范围，使得日常生活中很多常见的材料(例如：木材、布料、动物毛皮、织物、合成聚合物、纤维素、宣纸和丝素蛋白等，其中，纤维素、宣纸和丝素蛋白等都可以从自然界中获取并使用，方便后续的降解)均能够用作摩擦部的制作材料，而且有利于简化TENG的制造过程。
附图说明
图1为现有技术中的一种单相摩擦纳米发电机的分解图；
图2为本发明实施例提供的一种摩擦纳米发电机的分解图；
图3为本发明实施例提供的另一种摩擦纳米发电机的分解图；
图4为图2所示的摩擦纳米发电机的工作原理图；
图5A和图5B为本发明实施例提供的一种摩擦纳米发电机的输出性能图；
图6为本发明实施例提供的各摩擦纳米发电机的相数-电流关系图；
图7为本发明实施例提供的各摩擦纳米发电机的相数-峰值因子关系图；
图8为本发明实施例提供的一种摩擦纳米发电机的结构示意图；
图9A为图8中的A对应的摩擦纳米发电机的时间-电流实验测量图；
图9B为图8中的B对应的摩擦纳米发电机的时间-电流实验测量图；
图10A为图8中的A对应的摩擦纳米发电机中各相摩擦部转动角度-电势的仿真图；
图10B为图8中的B对应的摩擦纳米发电机中各相摩擦部转动角度-电势的仿真图。
图标：1-定子组件；11-第一基板；12-电极单元；13-电极对；131-第一电极；132-第二电极；2-动子组件；21-第二基板；221-第一摩擦材料层；222-第二摩擦材料层；23-缓冲层；100-第一电极区；200-第二电极区。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
图1为现有技术中的一种单相摩擦纳米发电机的分解图，如图1所示，该单相摩擦纳米发电机包括一个摩擦部(即独立层)和两个电极，且摩擦部的宽度与一个电极的宽度相同。如果对该种单相摩擦纳米发电机的电极进行窄小化，各电极窄小到一定程度时，会对使用合成聚合物或天然材料等具有较强摩擦电性的材料制造摩擦部提出巨大挑战，严重限制摩擦部可用材料的选择。
鉴于此，本实施例提供了一种摩擦纳米发电机，图2和图3分别为本实施例提供的一种摩擦纳米发电机的分解图，如图2和图3所示，该摩擦纳米发电机包括：
定子组件1，定子组件1包括第一基板11以及设置于第一基板11一侧表面的多个电极单元12；
能够相对定子组件1运动以产生感应电流的动子组件2，动子组件2包括第二基板21和设置于第二基板21朝向定子组件1的一侧表面的多个摩擦部；
图4为图2所示的摩擦纳米发电机的工作原理图，如图4所示，电极单元12包括多个电极对13，每个电极对13构成一相，各电极对13均包括电连接的第一电极131和第二电极132；各电极对13中的第一电极131沿动子组件2的运动方向依次排布，构成第一电极区100；各电极对13中的第二电极132按照对应的第一电极131的排布顺序，沿动子组件2的运动方向依次排布，构成第二电极区200；第一电极区100和第二电极区200沿动子组件2的运动方向排布；
各摩擦部在第一基板11上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在第一基板11上的正投影，且相邻两个摩擦部之间间隔至少一个电极。
本实施例提供的摩擦纳米发电机中，动子组件2包括多个摩擦部，定子组件1的电极单元12包括多个电极对13，每个电极对13构成一相，各电极对13均包括电连接的第一电极131和第二电极132，各电极对13中的第一电极131沿动子组件2的运动方向依次排布，构成第一电极区100；各电极对13中的第二电极132按照对应的第一电极131的排布顺序，沿动子组件2的运动方向依次排布，构成第二电极区200；第一电极区100和第二电极区200沿动子组件2的运动方向排布，从而形成多相摩擦纳米发电机(MP-TENG)，摩擦纳米发电机相数的增多，使其能够具备高性能、低峰值因子。
峰值因子为信号的峰值与均方根(RMS)或有效值的比值，是电源驱动负载而不失真的关键指标。TENG在实际应用中的显著局限性就在于所生成的瞬时脉冲信号的峰值因子过大(甚至可能大于6)，这种具有高峰值因子的TENG不仅不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电。因而，需要开发稳定的直流发电系统来克服其实际应用的局限性。本实施例提供的摩擦纳米发电机具备低峰值因子，加之电极之间的位置差和每相产生电信号的时间差，每相之间将产生规则的相位差。在对各相分别整流后，将各相并联叠加，能够产生具有低峰值因子的近似恒定直流电输出，因而，能够解决不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电的问题。
同时，摩擦部在第一基板11上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在第一基板11上的正投影，即使对电极进行窄小化，摩擦部的面积仍为电极面积的至少两倍，不但能够扩大摩擦部(即现有技术中的独立层)的材料选择范围，使得日常生活中很多常见的材料(例如：木材、布料、动物毛皮、织物、合成聚合物、纤维素、宣纸和丝素蛋白等，其中，纤维素、宣纸和丝素蛋白等都可以从自然界中获取并使用，方便后续的降解)均能够用作摩擦部的制作材料，而且有利于简化TENG的制造过程。
本实施例提供的摩擦纳米发电机产生电的原理为：当摩擦部移动一个电极宽度相对应的距离时，由于静电感应，电子将通过外部电路在该电极所在电极对13中流动，从而形成电输出。类似地，随着摩擦部的运动，该电极对13下游的各电极对13将顺序依次产生电荷流动，进而输出电能。
如图2和图3所示，本实施例提供的摩擦纳米发电机中，摩擦部包括第一摩擦材料层221，定子组件还包括第二摩擦材料层222，第二摩擦材料层222设置于第一摩擦材料层221与电极单元之间，用于增强第一摩擦材料层221的带电量，进而提高电荷输出；第一摩擦材料层221与第二基板21之间可以设有缓冲层23，例如：海绵层，以起到缓冲作用，并保证第一摩擦材料层221与定子组件之间的接触效果。
具体设置上述摩擦纳米发电机时，一种可选的实现方式中，如图2所示，定子组件1与动子组件2滑动连接，动子组件2能够相对定子组件1沿直线方向往复运动；
另一种可选的实现方式中，如图3所示，定子组件1与动子组件2同轴且转动连接，动子组件2能够相对定子组件1周向转动。
具体设置上述定子组件1和转子组件时，为了使得动子组件2相对定子组件1运动的过程中能够不间断地输出电能，一种可选的实现方式中，第一电极区100在动子组件2的运动方向上的尺寸、第二电极区200在动子组件2的运动方向上的尺寸以及各摩擦部在动子组件2的运动方向上的尺寸相同。
进一步地，为了能够形成更规律的电流，在上述实施例的基础上，一种具体实现方式中，各第一电极131以及各第二电极132的形状和尺寸均相同。
图5A和图5B为本实施例提供的一种摩擦纳米发电机的输出性能图，该摩擦纳米发电机，定子组件1与动子组件2同轴且转动连接，动子组件2能够相对定子组件1周向转动；定子组件1包括并联的四个电极单元12，每个电极单元12包括四个电极对13，摩擦部与电极单元12一一对应；第一电极区100在动子组件2的运动方向上的尺寸、第二电极区200在动子组件2的运动方向上的尺寸以及各摩擦部在动子组件2的运动方向上的尺寸相同，且各第一电极131以及各第二电极132的形状和尺寸均相同。
由图5A和图5B可以看出该摩擦纳米发电机的四相分别整流后，再并联能够输出近似于恒定直流电。
当第一电极区100在动子组件2的运动方向上的尺寸、第二电极区200在动子组件2的运动方向上的尺寸以及各摩擦部在动子组件2的运动方向上的尺寸相同时，一种可选的实现方式中，摩擦部与电极单元12一一对应，摩擦部在第一基板11上的正投影的覆盖范围能够与一个第一电极区100在第一基板11上的正投影的覆盖范围重合；相邻两个摩擦部之间间隔的区域在第一基板11上的正投影的覆盖范围能够与一个第一电极区100在第一基板11上的正投影的覆盖范围重合，以使本实施例提供的摩擦纳米发电机能够产生更规律的电流。
另一种可选的实现方式中，摩擦部在第一基板11上的正投影的覆盖范围能够与一个第一电极区100在第一基板11上的正投影的覆盖范围重合；相邻两个摩擦部之间间隔的区域在第一基板11上的正投影的覆盖范围小于或大于一个第一电极区100在第一基板11上的正投影的覆盖范围，即，摩擦部相对于前述情况沿动子的运动方向向上游或下游错位设置。
试验表明，由于发电机结构电容的影响，多相TENG在两相时可以产生最高的输出功率，但其输出电流的峰值因子此时仍有待进一步降低。本实施例提出的摩擦部错位设计有效的解决了这一问题。
电极沿动子的运动方向向上游或下游错位设置，能够使摩擦纳米发电机相对于没有错位的情况相数加倍，进而降低其输出信号的峰值因子。具体地，未错位的多组MP-TENG(即包含上述多个电极单元12的MP-TENG)中，各组MP-TENG同一位置的输出相的相位是完全同步的，而在错位MP-TENG中，第二个及以后的摩擦部均向上游移动一定距离或均向下游移动一定距离，例如：该距离包括但不限于是一个电极宽度的1/3、1/2或者3/4等。在此情况下，由于摩擦部的电势影响，相邻两组同一位置的输出相将变得不再同步，因此具有相位差的相数也将成倍增加；将各相分别整流并并联叠加之后，可产生类似恒定直流，进而有效降低输出信号的峰值因子，实现在输出功率提升和峰值因子降低的两个方面的同步优化。
当相邻两个摩擦部之间间隔的区域在第一基板11上的正投影的覆盖范围小于一个第一电极区100在第一基板11上的正投影的覆盖范围时，相邻两个摩擦部之间的间距可以相同或递减。
一种具体实现方式中，电极单元12包括两个电极对13，各第一电极131以及各第二电极132的形状和尺寸均相同；相邻两个摩擦部之间的间距为第一电极区100在运动方向上的尺寸的六分之五(即向上游错位一个电极的宽度的三分之一)、或四分之三(即向上游错位一个电极的宽度的二分之一)或八分之五(即向上游错位一个电极的宽度的四分之三)。
需要说明的是，为了便于描述，本实施例中描述距离时暂未考虑相邻电极之间的间距。
当相邻两个摩擦部之间间隔的区域在第一基板11上的正投影的覆盖范围大于一个第一电极区100在第一基板11上的正投影的覆盖范围时，相邻两个摩擦部之间的间距可以相同或递增。
图6为本实施例提供的各摩擦纳米发电机的相数-电流关系图(其中，各摩擦纳米发电机为非错位设置的结构)，图7为本实施例提供的各摩擦纳米发电机的相数-峰值因子关系图(其中，各摩擦纳米发电机为非错位设置的结构)，由该两图可知，本实施例提供的摩擦纳米发电机能够产生峰值因子小于1.1的类似DC的恒定直流输出，电流的峰值因子可降低至1.05。相比于现有技术中的TENG平均输出功率最高可提高40.1％。此外，摩擦部错位的设置可将发电机的相数翻倍，从而进一步实现峰值因子和输出功率的同步优化。上述特性有利于MP-TENG的设计成为通用设计，为高输出的直流电提供了一种新的有效策略，显示了广阔的应用前景。
下面结合图8对本实施例提供的一种摩擦纳米发电机进行具体介绍。
图8对应的摩擦纳米发电机可以为摩擦部相对定子组件1沿直线方向往复运动的摩擦纳米发电机，也可以为摩擦部相对定子组件1周向转动的摩擦纳米发电机的示意，该摩擦纳米发电机包括两个摩擦部和两个电极单元12，每个电极单元12包括两个电极对13，四个电极对13中的各电极在动子运动方向(即图中的左右方向)上的尺寸均相同，且每个摩擦部在第一基板11上的正投影的覆盖范围均能够与相邻两个电极在第一基板11上的正投影的覆盖范围重合。
为了便于描述，以下将四个电极对13中的电极按从左至右的顺序依次标号为a、b、c、d、e、f、g、h，图中，电极a与电极c连接构成第一相，电极b与电极d连接构成第二相，电极e与电极g连接构成第三相，电极f与电极h连接构成第四相。
图8中的A对应的摩擦纳米发电机中，因为两个摩擦部之间间隔一个电极对13的距离，所以可以推导出第一相与第三相等价，第二相与第四相等价。因而，该摩擦纳米发电机为二相电机。
图8中的B-图8中的D对应的摩擦纳米发电机中，两个摩擦部之间的间隔不足一个电极对13的距离，即相比于图8中的A对应的摩擦纳米发电机，摩擦部发生了错位。此时，第一相与第三相不再等价，第二相与第四相也不再等价，该摩擦纳米发电机为四相发电机，相比于图8中的A对应的摩擦纳米发电机实现了相数的翻倍。
图9A为图8中的A对应的摩擦纳米发电机的时间-电流实验测量图，图10A为图8中的A对应的摩擦纳米发电机中各相摩擦部转动角度-电势的仿真图，由图9A可以看出，第一相对应的曲线与第三相对应的曲线基本重合，第二相对应的曲线与第四相对应的曲线基本重合，因而，图8中的A对应的摩擦纳米发电机为两相发电机。图9B为图8中的B对应的摩擦纳米发电机的时间-电流实验测量图，图10B为图8中的B对应的摩擦纳米发电机中各相摩擦部转动角度-电势的仿真图，图9B和图10B中，各相对应的曲线均不重合，因而，图8中的B对应的摩擦纳米发电机为四相发电机。
本实施例提供的一种用电设备包括用电部和上述摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机为用电部提供电能。
本实施例还提供一种传感器，将上述摩擦纳米发电机的一个或多个电极对的输出作为传感信号，该传感信号与动子组件的运动相关，可以对动子组件的运动进行传感。例如图4中的TENG1、TENG2、TENG3作为发电机的输出信号，用于为其他器件提供电源，TENG4可以作为传感信号，用于传感动子组件A的移动。
本实施例提供的用电设备通过上述摩擦纳米发电机为用电部供电，摩擦纳米发电机中，动子组件2包括多个摩擦部，定子组件1的电极单元12包括多个电极对13，每个电极对13构成一相，各电极对13均包括电连接的第一电极131和第二电极132，各电极对13中的第一电极131沿动子组件2的运动方向依次排布，构成第一电极区100；各电极对13中的第二电极132按照对应的第一电极131的排布顺序，沿动子组件2的运动方向依次排布，构成第二电极区200；第一电极区100和第二电极区200沿动子组件2的运动方向排布，从而形成多相摩擦纳米发电机(MP-TENG)，摩擦纳米发电机相数的增多，使其能够具备高性能、低峰值因子。
峰值因子为信号的峰值与均方根(RMS)或有效值的比值，是电源驱动负载而不失真的关键指标。TENG在实际应用中的显著局限性就在于所生成的瞬时脉冲信号的峰值因子过大(甚至可能大于6)，这种具有高峰值因子的TENG不仅不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电。因而，需要开发稳定的直流发电系统来克服其实际应用的局限性。本实施例提供的用电设备中，摩擦纳米发电机具备低峰值因子，加之电极之间的位置差和每相产生电信号的时间差，每相之间将产生规则的相位差。在对各相分别整流后，将各相并联叠加，能够产生具有低峰值因子的近似恒定直流电输出，因而，能够解决摩擦纳米发电机不适合直接为小型电子设备供电，而且由于能量损耗和储能效率的降低也不利于为电池/超级电容器充电的问题。
同时，摩擦部在第一基板11上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在第一基板11上的正投影，即使对电极进行窄小化，摩擦部的面积仍为电极面积的至少两倍，不但能够扩大摩擦部(即现有技术中的独立层)的材料选择范围，使得日常生活中很多常见的材料(例如：木材、布料、动物毛皮、织物、合成聚合物、纤维素、宣纸和丝素蛋白等，其中，纤维素、宣纸和丝素蛋白等都可以从自然界中获取并使用，方便后续的降解)均能够用作摩擦部的制作材料，而且有利于简化TENG的制造过程。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：
定子组件，所述定子组件包括第一基板以及设置于所述第一基板一侧表面的多个电极单元；
能够相对所述定子组件运动以产生感应电流的动子组件，所述动子组件包括第二基板和设置于所述第二基板朝向所述定子组件的一侧表面的多个摩擦部；
所述电极单元包括多个电极对，每个所述电极对均包括电连接的第一电极和第二电极，每个所述电极对构成一相；各所述电极对中的第一电极沿所述动子组件的运动方向依次排布，构成第一电极区；各所述电极对中的第二电极按照对应的所述第一电极的排布顺序，沿所述动子组件的运动方向依次排布，构成第二电极区；所述第一电极区和所述第二电极区沿所述动子组件的运动方向排布，从而形成多相摩擦纳米发电机；
各所述摩擦部在所述第一基板上的正投影至少能够覆盖相邻两个电极在所述第一基板上的正投影，且相邻两个摩擦部之间间隔至少一个电极。
2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述定子组件与所述动子组件滑动连接，所述动子组件能够相对所述定子组件沿直线方向往复运动；
或者，所述定子组件与所述动子组件同轴且转动连接，所述动子组件能够相对所述定子组件周向转动。
3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一电极区在所述运动方向上的尺寸、所述第二电极区在所述运动方向上的尺寸以及各所述摩擦部在所述运动方向上的尺寸相同。
4.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，各所述第一电极以及各所述第二电极的形状和尺寸均相同。
5.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦部与所述电极单元一一对应，所述摩擦部在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合；
相邻两个所述摩擦部之间间隔的区域在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合。
6.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦部在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合；
相邻两个所述摩擦部之间间隔的区域在所述第一基板上的正投影的覆盖范围小于一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围。
7.根据权利要求6所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，相邻两个所述摩擦部之间的间距相同或递减。
8.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电极单元包括两个所述电极对，各所述第一电极以及各所述第二电极的形状和尺寸均相同；相邻两个所述摩擦部之间的间距为所述第一电极区在所述运动方向上的尺寸的六分之五、或四分之三或八分之五。
9.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦部在所述第一基板上的正投影的覆盖范围能够与一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围重合；
相邻两个所述摩擦部之间间隔的区域在所述第一基板上的正投影的覆盖范围大于一个所述第一电极区在所述第一基板上的正投影的覆盖范围。
10.根据权利要求9所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，相邻两个所述摩擦部之间的间距相同或递增。
11.一种用电设备，其特征在于，包括用电部和权利要求1-10任一项所述的摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机为所述用电部提供电能。
12.一种传感器，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的摩擦纳米发电机，其中，至少一个电极对的输出用于传感。
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