CN203377811U - 摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摩擦发电机，包括：第一摩擦层、第一叉指电极和第二叉指电极，其中，所述第一摩擦层的第一侧表面适于摩擦，所述第一摩擦层的第二侧表面上设置有所述第一叉指电极和所述第二叉指电极，且所述第一叉指电极和所述第二叉指电极作为所述摩擦发电机的第一组输出端。其中，通过第一摩擦层的摩擦使第一叉指电极和第二叉指电极之间产生电势差，由此产生电流。其中，叉指电极可以减少电极材料，从而降低摩擦发电机的制作成本。另外，由于本实用新型中的第一摩擦层可以直接与外部物体进行摩擦，因而还简化了摩擦发电机的结构。

Description

摩擦发电机

技术领域

本实用新型涉及电力领域，特别涉及一种摩擦发电机。

背景技术

摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中，势必会给人们的生活带来更多的便利。目前，美国佐治亚理工学院教授王中林等已经利用摩擦起电和静电感应原理成功制备了摩擦发电机，该摩擦发电机能够将机械能转变为电能，特别是在对人体活动等低频能量的收集转化方面有着其独特的优势，因而自首例报道以来，便受到人们广泛关注。

但是，上述的摩擦发电机中的电极通常为普通的平板电极，该平板电极的面积通常与摩擦面同等大小，由此需要耗费大量的电极材料，显著增加了摩擦发电机的制作成本。

实用新型内容

本实用新型提供了一种摩擦发电机，用以解决现有技术中的摩擦发电机需要耗费大量的电极材料，显著增加了摩擦发电机的制作成本的问题。

一种摩擦发电机，包括：第一摩擦层、第一叉指电极和第二叉指电极，其中，所述第一摩擦层的第一侧表面适于摩擦，所述第一摩擦层的第二侧表面上设置有所述第一叉指电极和所述第二叉指电极，且所述第一叉指电极和所述第二叉指电极作为所述摩擦发电机的第一组输出端。

本实用新型实施例中，通过第一摩擦层的摩擦使第一叉指电极和第二叉指电极之间产生电势差，由此产生电流。其中，叉指电极可以减少电极材料，从而降低摩擦发电机的制作成本。另外，由于本实用新型中的第一摩擦层可以直接与外部物体进行摩擦，因而还简化了摩擦发电机的结构。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例提供的摩擦发电机的侧视图；

图2a-图2c示出了第一叉指电极和第二叉指电极的几种可能的形状所对应的俯视图；

图3a示出了本实用新型实施例提供的摩擦发电机的初始状态的侧视图；

图3b示出了本实用新型实施例提供的摩擦发电机刚刚摩擦后的电荷分布图；

图4a示出了图3a中的分别属于不同的叉指电极的两个条状叉指子电极刚刚产生感应电荷时的电荷分布图；

图4b示出了图3b中的分别属于不同的叉指电极的两个条状叉指子电极受到按压后的电荷分布图；

图5示出了本实用新型实施例一提供的摩擦发电机的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例二提供的摩擦发电机的结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例三提供的摩擦发电机的结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例四提供的摩擦发电机的结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例五提供的摩擦发电机的结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例六提供的摩擦发电机的结构示意图；

图11示出了在本实用新型的一个实施例中，用摩擦发电机收集到的短路电流信号的示意图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明,但本实用新型并不仅仅限于此。

本实用新型提供了一种摩擦发电机，可以解决现有技术中的摩擦发电机需要耗费大量的电极材料，显著增加了摩擦发电机的制作成本的问题。

图1示出了本实用新型实施例提供的摩擦发电机的侧视图，如图1所示。该摩擦发电机包括：第一摩擦层11、第一叉指电极12和第二叉指电极13。其中，第一摩擦层11具有第一侧表面和第二侧表面，第一摩擦层11的第一侧表面适于摩擦，第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为该摩擦发电机的第一组输出端。

其中，第一摩擦层11的第一侧表面为摩擦发电机的一个摩擦界面，其可以与摩擦表面（即与第一摩擦层相互摩擦的物体或其他的摩擦层）进行摩擦从而发电。例如，可以和地毯、地面、桌面、其他摩擦层等摩擦表面进行摩擦，优选地，为了提高摩擦效果，可以使第一摩擦层11的第一侧表面和具有不光滑表面的物体进行摩擦。由此导致第一摩擦层和摩擦表面带有不同电量的电荷，并进一步在第一叉指电极12和第二叉指电极13上产生感应电荷，从而实现摩擦发电的目的。另外，也可以将第一摩擦层11的第一侧表面进行对折，对折后，第一侧表面上的两部分之间相互接触并摩擦，从而产生电荷。

第一叉指电极12和第二叉指电极13的形状可以为各种形状，例如，可以为螺旋状、条纹状、锯齿状、波浪形或星形等。且第一叉指电极12和第二叉指电极13通常具有多个类似手指形状的结构，因而取名为“叉指电极”。其中，图2a-图2c示出了第一叉指电极和第二叉指电极的几种可能的形状所对应的俯视图。在图2a中，第一叉指电极包括多个相互平行的第一条状叉指子电极121，且多个相互平行的第一条状叉指子电极121之间通过一个与第一条状叉指子电极121相互垂直的第一条状电极122连接；与之类似地，第二叉指电极也包括多个相互平行的第二条状叉指子电极131，且多个相互平行的第二条状叉指子电极131之间通过一个与第二条状叉指子电极131相互垂直的第二条状电极132连接，其中，第一条状叉指子电极121和第二条状叉指子电极131两两交错排布，这样的排布方式能够更加准确地感应出第一摩擦层与摩擦体（即与第一摩擦层相互摩擦的物体或其他的摩擦层或对折后的第一摩擦层本体）相互接触和分离的特定点处的电荷。在图2b中，第一叉指电极和第二叉指电极分别为螺旋状，且第一叉指电极和第二叉指电极也相互交错排布。在图2c中，第一叉指电极和第二叉指电极分别包括一个环状电极以及多个与该环状电极相互连接的叉指状子电极，且两个叉指电极上的多个叉指状子电极之间也相互交错排布。

除了图2a-图2c所示的方式之外，还可以采用其它方式来制作第一叉指电极和第二叉指电极，例如，可以在第一摩擦层的第二侧表面上间隔排布多个条状子电极（或其他形状的子电极），然后通过导线将条状子电极连接起来构成上述的第一叉指电极和第二叉指电极。在连接时，可以将每相邻的两个条状子电极分别作为一组子输出端，并且在每组子输出端处分别连接一个整流桥，经整流桥整流后再进行串联和/或并联，此时需要多个整流桥。其中，整流桥的主要作用在于对交流电进行整流处理，使其变为直流电。除整流桥之外，其他能够起到整流作用的元器件（例如整流二极管）也都可以应用于本实用新型，本实用新型对此不作限定。在这种方式中，需要使条状子电极的总数为偶数，以便能够两两凑成一组。另外，也可以将所有条状子电极分为两组，将其中的一组用导线连接起来作为一个输出端，将另一组也用导线连接起来作为另一个输出端。优选地，可以预先按照条状子电极的排列顺序对其依次编号，然后将编号为奇数的条状子电极用导线连接后作为一个输出端，将编号为偶数的条状子电极用导线连接后作为另一个输出端，在这种方式中，条状子电极的总数既可以为奇数也可以为偶数。通过这样的方式使两个输出端中的条状子电极间隔设置，由此能够更加准确地感应出摩擦特定点处的电荷。在这种方式中，也可以进一步在输出端处连接整流桥，以便进行整流。除整流桥之外，其他能够起到整流作用的元器件（例如整流二极管）也都可以应用于本实用新型，本实用新型对此不作限定。总之，本实用新型对叉指电极的具体形式和连接方式不做限定，只要能够实现发电的目的即可。

下面详细介绍一下该摩擦发电机的发电原理：

图3a示出了该摩擦发电机的初始状态的侧视图。在图3a中，第一摩擦层11上设置有七个条状叉指子电极，其中，第一、三、五、七个条状叉指子电极属于一个叉指电极并依次连接作为一个输出端，第二、四、六个条状叉指子电极属于另一个叉指电极并依次连接作为另一个输出端，且第一摩擦层11用于与摩擦表面10进行摩擦，优选地，可以选用不光滑物体的表面。在图3a所示的初始状态中，第一摩擦层并不带电。图3b示出了该摩擦发电机刚刚摩擦后的电荷分布图。在图3b中，假设由于摩擦使得第一摩擦层11表面带正电荷，则摩擦表面10的表面相应地带负电荷，此时会在各个条状叉指子电极处产生感应电荷，即负电荷。

下面介绍一下图3a和图3b中的各个条状叉指子电极上的具体电荷分布情况。为了便于描述，在图4a至图4b中以图3a和图3b中的分别属于不同的叉指电极的两个条状叉指子电极为例进行介绍。参见图4a所示，假设由于摩擦刚刚使第一摩擦层表面产生摩擦电荷，相应地在条状叉指子电极上产生感应电荷时，左边的条状叉指子电极上的电位为V1，右边的条状叉指子电极上的电位为V2。因此，左右两侧的条状叉指子电极上的电势差E=V1-V2。参见图4b，然后，在后续的按压过程中，假设摩擦发电机的左侧受到了明显的压力作用，导致第一摩擦层的左侧向下弯曲。这时，由于按压作用，左边的条状叉指子电极上的电位改变为V1’，右边的条状叉指子电极上的电位改变为V2’。对应地，由于第一摩擦层11的左侧的正电荷与摩擦表面10的负电荷更加靠近，导致左边的条状叉指子电极上感应出的负电荷量减少，因此，左边的条状叉指子电极上的电势变化为E1=V1’-V1，同理，右边的条状叉指子电极上的电势变化为E2=V2’-V2。另外，由于静电感应与距离相关，所以，左边的条状叉指子电极的电势变化要比右边的条状叉指子电极的电势变化大，即E1>E2。此时，这两个条状叉指子电极间的电势差为E’=V1’-V2’=E1-E2+V1-V2=E1-E2+E。由此可见，E’不等于E，即：两个条状叉指子电极间产生电势差变化。

在实际情况中，对摩擦发电机进行按压时，由于受力不均等各种原因，通常情况下，第一摩擦层并不是整个地平行下移，而是会如图4b那样，某一部分下移，其他部分则未下移，或者，某一部分下移程度深，其他部分下移程度浅。由此可见，由于任意两个条状叉指子电极上受到的力都不可能完全相同，导致任意两个条状叉指子电极之间都会具有电势差，这时，只要用导线将任意两个条状叉指子电极连接起来，就会在导线中形成电流。基于这样的原理，本实用新型中的摩擦发电机就可以产生电流。

在介绍上述发电原理时，是以第一摩擦层11与摩擦表面10相互摩擦为例进行介绍的，在其他的各种变形情况中（例如第一摩擦层对折后与自身摩擦），发电原理与之类似，此处不再赘述。

在本实用新型实施例中，通过第一摩擦层的摩擦使第一叉指电极和第二叉指电极之间产生电势差，由此产生电流。并且，由于第一叉指电极和第二叉指电极全部位于第一摩擦层的第二侧表面上，因此，操作人员在制作引线时只需在摩擦发电机的一侧进行操作即可，使操作方式更加便捷。另外，由于本实用新型中的第一摩擦层可以直接与外部物体进行摩擦，其中，外部物体可以就地取材，因而还简化了摩擦发电机的结构。而且，叉指电极还可以减少电极材料，从而降低摩擦发电机的制作成本。

另外，除了上面介绍的方式之外，还可以对摩擦发电机的结构进行各种改进。下面以几个具体实施例为例介绍一下摩擦发电机的几种改进结构。

实施例一、

图5示出了本实用新型实施例一提供的摩擦发电机的结构示意图。如图5所示，该摩擦发电机包括：层叠设置的第一摩擦层11和第二摩擦层14。其中，第二摩擦层14相当于上文提到的用于与第一摩擦层11进行摩擦的摩擦表面。因此，第二摩擦层14的第一侧表面与第一摩擦层11的第一侧表面相对设置。另外，在第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为摩擦发电机的第一组输出端。上述第一叉指电极12和第二叉指电极13的具体形式可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。

该摩擦发电机的发电原理与图3a和图3b以及图4a和图4b所示的发电原理相同，此处不再赘述。

其中，第一摩擦层为聚合物绝缘层（例如，高分子聚合物绝缘层），其材质可以选自聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。

第二摩擦层为导电层，其材料可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。除金属或合金外，其他能够导电的材料也可以用来制作第二摩擦层，例如铟锡氧化物、导电薄膜等。

根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此当第二摩擦层采用金属材质实现时，其与采用高分子聚合物材质的第一摩擦层摩擦能够提高能量输出。

实施例二、

图6示出了本实用新型实施例二提供的摩擦发电机的结构示意图。如图6所示，该摩擦发电机包括：层叠设置的第一摩擦层11和第二摩擦层14。其中，第二摩擦层14相当于上文提到的用于与第一摩擦层11进行摩擦的摩擦表面。因此，第二摩擦层14的第一侧表面与第一摩擦层11的第一侧表面相对设置。另外，在第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为摩擦发电机的第一组输出端。上述第一叉指电极12和第二叉指电极13的具体形式可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。

其中，第一摩擦层的材质可参照实施例一中的第一摩擦层的材质进行选择。本实施例与实施例一的主要区别在于第二摩擦层的材质不同。本实施例中的第二摩擦层为聚合物绝缘层，其具体材质也可参照实施例一中的第一摩擦层的材质进行选择。另外，在本实施例中，第一摩擦层与第二摩擦层的材质可以相同，也可以不同。优选地，第一摩擦层与第二摩擦层的材质不同，这样可以提高摩擦效果。

实施例三、

图7示出了本实用新型实施例三提供的摩擦发电机的结构示意图。如图7所示，该摩擦发电机包括：层叠设置的第一摩擦层11和第二摩擦层14。其中，第二摩擦层14相当于上文提到的用于与第一摩擦层11进行摩擦的摩擦表面。因此，第二摩擦层14的第一侧表面与第一摩擦层11的第一侧表面相对设置。另外，在第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为摩擦发电机的第一组输出端。上述第一叉指电极12和第二叉指电极13的具体形式可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。

其中，第一摩擦层和第二摩擦层的材质均可参照实施例二进行选择。本实施例与实施例二的主要区别在于：进一步包括设置在第二摩擦层14的第二侧表面上的第三叉指电极15和第四叉指电极16，所述第三叉指电极15和第四叉指电极16作为所述摩擦发电机的第二组输出端。上述第三叉指电极15和第四叉指电极16的具体形式也可以灵活设置，例如，也可以参照图2a-图2c所示。

在本实施例中，由于设置有两对叉指电极，因此，本实施例中的摩擦发电机包括两组输出端，这两组输出端之间既可以直接串联也可以直接并联。另外，为了便于对产生的电能进行存储，还可以在每组输出端处分别连接一个整流桥，经整流桥整流后再进行串联或并联，此时需要两个整流桥；或者，也可以在对两组输出端进行串联或并联之后再连接一个整流桥，此时，仅需一个整流桥。其中，整流桥的主要作用在于对交流电进行整流处理，使其变为直流电。除整流桥之外，其他能够起到整流作用的元器件（例如整流二极管）也都可以应用于本实用新型，本实用新型对此不作限定。

实施例四、

图8示出了本实用新型实施例四提供的摩擦发电机的结构示意图。如图8所示，该摩擦发电机包括：层叠设置的第一摩擦层11和第二摩擦层14。其中，第二摩擦层14的第一侧表面与第一摩擦层11的第一侧表面相对设置。另外，在第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为摩擦发电机的第一组输出端。上述第一叉指电极12和第二叉指电极13的具体形式可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。另外，还包括设置在第二摩擦层14的第二侧表面上的第三叉指电极15和第四叉指电极16，所述第三叉指电极15和第四叉指电极16作为所述摩擦发电机的第二组输出端。上述第三叉指电极15和第四叉指电极16的具体形式也可以灵活设置，例如，也可以参照图2a-图2c所示。

本实施例的上述结构与实施例三基本相同，各部分的材质和设置方式均可参照实施例三。另外，本实施例与实施例三的主要区别在于：进一步包括设置在第一摩擦层11的第一侧表面和第二摩擦层14的第一侧表面之间的居间摩擦层17。其中，居间摩擦层17的主要作用在于：与第一摩擦层11进行摩擦，以便使第一叉指电极和第二叉指电极之间产生电势差；以及与第二摩擦层14进行摩擦，以便使第三叉指电极和第四叉指电极之间产生电势差。

设置居间摩擦层17可以提高摩擦效果，进而提高发电效率。在本实施例中，居间摩擦层17为聚合物绝缘层（例如，高分子聚合物绝缘层），其材质也可以选自聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。由此可见，在本实施例中，第一摩擦层、第二摩擦层以及居间摩擦层均为聚合物，且这三个摩擦层可以选用相同的材料，也可以选用不同的材料。优选地，为了提高摩擦效果，居间摩擦层的材质不同于第一摩擦层和第二摩擦层的材质。

实施例五、

图9示出了本实用新型实施例五提供的摩擦发电机的结构示意图。如图9所示，该摩擦发电机包括：层叠设置的第一摩擦层11和第二摩擦层14。另外，在第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为摩擦发电机的第一组输出端。上述第一叉指电极12和第二叉指电极13的具体形式可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。而且，第二摩擦层14的第二侧表面上设置有第三叉指电极15和第四叉指电极16，所述第三叉指电极15和第四叉指电极16作为所述摩擦发电机的第二组输出端。上述第三叉指电极15和第四叉指电极16的具体形式也可以灵活设置，例如，也可以参照图2a-图2c所示。

本实施例与实施例四类似，同样包括设置在第一摩擦层11的第一侧表面和第二摩擦层14的第一侧表面之间的居间摩擦层17。其中，居间摩擦层17的主要作用在于：与第一摩擦层11进行摩擦，以便使第一叉指电极和第二叉指电极之间产生电势差；以及与第二摩擦层14进行摩擦，以便使第三叉指电极和第四叉指电极之间产生电势差。设置居间摩擦层17可以提高摩擦效果，进而提高发电效率。与实施例四的主要区别在于：在本实施例中的居间摩擦层17为导电层，其材料可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金，除金属或合金外，其他能够导电的材料也可以用来制作居间摩擦层，例如铟锡氧化物、导电薄膜等。而且，在本实施例中，第一摩擦层和第二摩擦层的材质均为聚合物，其材质可参照前述实施例四进行选择，其中，第一摩擦层和第二摩擦层的材质可以相同也可以不同。

实施例六、

图10示出了本实用新型实施例六提供的摩擦发电机的结构示意图。如图10所示，该摩擦发电机包括：层叠设置的第一摩擦层11和第二摩擦层14。另外，在第一摩擦层11的第二侧表面上设置有第一叉指电极12和第二叉指电极13，且第一叉指电极12和第二叉指电极13作为摩擦发电机的第一组输出端。上述第一叉指电极12和第二叉指电极13的具体形式可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。而且，第二摩擦层14的第二侧表面上进一步设置有第三叉指电极15和第四叉指电极16，所述第三叉指电极15和第四叉指电极16作为所述摩擦发电机的第二组输出端。上述第三叉指电极15和第四叉指电极16的具体形式也可以灵活设置，例如，也可以参照图2a-图2c所示。

本实施例与实施例四和实施例五类似，同样包括设置在第一摩擦层11的第一侧表面和第二摩擦层14的第一侧表面之间的居间摩擦层17。与实施例四和实施例五的主要区别在于：在本实施例中的居间摩擦层17进一步包括层叠设置的第三摩擦层171和第四摩擦层172，其中，所述第三摩擦层171和第四摩擦层172均为聚合物绝缘层，且所述第三摩擦层171和第四摩擦层172之间进一步设置有第五叉指电极173和第六叉指电极174，所述第五叉指电极173和第六叉指电极174作为所述摩擦发电机的第三组输出端。上述第五叉指电极173和第六叉指电极174的具体形式也可以灵活设置，例如可以参照图2a-图2c所示。

在本实施例中，第三摩擦层与第一摩擦层进行摩擦，第四摩擦层和第二摩擦层进行摩擦。在摩擦的过程中，第一叉指电极和第二叉指电极之间将产生电势差，第三叉指电极和第四叉指电极之间将产生电势差，第五叉指电极和第六叉指电极之间也将产生电势差。由此可见，在本实施例中，设置有三对叉指电极，这三对叉指电极能够同时输出电能，从而提高发电效率。另外，由于设置有三对叉指电极，因此，本实施例中的摩擦发电机包括三组输出端，这三组输出端之间既可以直接串联也可以直接并联，或者，可以将其中两个串联后再与另外一个并联，或者，也可以将其中两个并联后再与另外一个串联。另外，为了便于对产生的电能进行存储，还可以在每组输出端处分别连接一个整流桥，经整流桥整流后再进行串联和/或并联，此时需要多个整流桥，或者，也可以在对三组输出端进行串联和/或并联之后再连接一个整流桥，此时，仅需一个整流桥。其中，整流桥的主要作用在于对交流电进行整流处理，使其变为直流电。除整流桥之外，其他能够起到整流作用的元器件（例如整流二极管）也都可以应用于本实用新型，本实用新型对此不作限定。

在本实施例中，上述的第一至第四摩擦层的材质均为聚合物，其材质可参照前述实施例四中的聚合物绝缘层的材质进行选择。另外，上述的第一至第四摩擦层的材质可以相同也可以不同。优选地，为了提高摩擦效果，第一摩擦层和第三摩擦层为不同种材料，第四摩擦层和第二摩擦层为不同种材料。

在上述的实施例一至实施例六中，叉指电极可以采用任何能够制作电极的材料制作，例如，可以是具有电传导性的金属电极、石墨烯、银纳米线涂层或其他透明导电膜（例如AZO、FTO）等，或者，还可以是铟锡氧化物、金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

而且，在上述的实施例一至实施例六中，还可以进一步包括：绝缘支撑部件。其中，该绝缘支撑部件可以设置在第一摩擦层的第一侧表面上和/或第二摩擦层的第一侧表面上，和/或，该绝缘支撑部件也可以设置在第一摩擦层的第二侧表面上和/或第二摩擦层的第二侧表面上。该绝缘支撑部件的主要作用在于对第一摩擦层和第二摩擦层进行支撑，以便使第一摩擦层和第二摩擦层在不受挤压时相互分离。其中，绝缘支撑部件可以为平板状垫片、单拱形垫片、双拱形垫片或弹簧片等，而且，绝缘支撑部件既可以设置在第一摩擦层和第二摩擦层的中心部位，也可以设置在第一摩擦层和第二摩擦层的边缘部位。进一步地，在上述的实施例四至实施例六中，绝缘支撑部件还可以设置在居间摩擦层朝向第一摩擦层的面上和/或居间摩擦层朝向第二摩擦层的面上，和/或，绝缘支撑部件可以设置在第一摩擦层的第一侧表面上和/或第二摩擦层的第一侧表面上，和/或，该绝缘支撑部件也可以设置在第一摩擦层的第二侧表面上和/或第二摩擦层的第二侧表面上。

当绝缘支撑部件为单拱形或双拱形时，摩擦发电机的第一摩擦层和/或第二摩擦层也会相应地成为拱形结构，拱形结构的作用在于能够更好地相互分离，从而更好地进行摩擦。另外，即使在不使用绝缘支撑部件的情况中，也可以将第一摩擦层和/或第二摩擦层制作为拱形，以使摩擦发电机的外形成为单拱形或双拱形结构。

另外，在上述的实施例一至实施例六中，还可以进一步在第二摩擦层的第一侧表面和/或第一摩擦层的第一侧表面上设置微纳结构，以便提高摩擦效果。进一步地，在上述的实施例四至实施例六中，还可以在居间摩擦层朝向第一摩擦层的面上和/或朝向第二摩擦层的面上设置微纳结构，和/或在第二摩擦层的第一侧表面和/或第一摩擦层的第一侧表面上设置微纳结构，以便提高摩擦效果。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在制备摩擦层时直接形成，也能够用打磨的方法使摩擦层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时其中的一个摩擦层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对另一摩擦层的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

图11示出了在本实用新型的一个实施例中，用摩擦发电机收集到的短路电流信号的示意图。为了证明图11测试的短路电流信号真实可信，发明人利用制作的叉指电极摩擦发电机进行测试，该发电机能够使LED灯工作，说明以上测试信号可信。

本实用新型提供的摩擦发电机，由于引入了叉指电极，因而可以增加摩擦面的透光性和柔性，更适合制作摩擦发电衣，风力驱动的摩擦发电机等。

而且，由于通常情况下，摩擦面并不是均匀受力的，往往是一部分受到按压，而另一部分则没有受到按压，因此，在发电机的摩擦面的面积较大时，很难使两个摩擦面同时分离和接触，而总是某部分分离而某部分却接触，如果采用与摩擦面同等面积的普通平板电极往往无法准确地感应到局部的压力情况，从而削弱了大面积摩擦发电机的输出性能。而叉指电极则可以很好地解决上述问题：由于叉指电极具有多个间隔设置的指状结构，因而能够准确地感应到局部区域的电势差，因此，该摩擦发电机尤其适合需要对较大面积进行能量收集的情况。

进一步地，还可以根据材料的接触和分离位置来制作叉指电极中的叉指，并改变叉指电极的间距和指的宽度来使收集更有效率。例如，为了收集风能，可以制作随风飘动的旗形摩擦发电机（选用图2a所示的叉指电极结构），由于旗在飘动时会出现波浪形的波纹，根据波纹的宽度可以制作具有相匹配的叉指电极的摩擦发电机，来提高收集效率。同理，在微形摩擦发电机中，可以根据膜表面的微小振动来设计与波长相匹配的微型叉指电极来收集能量。总之，通过使摩擦发电机的叉指电极的叉指间距与运动波长相匹配，可以进一步提高收集效率。另外，叉指电极相较于普通平板电极还更加节约金属电极材料，降低了生产成本。

本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种摩擦发电机，其特征在于，包括：第一摩擦层、第一叉指电极和第二叉指电极，其中，所述第一摩擦层的第一侧表面适于摩擦，所述第一摩擦层的第二侧表面上设置有所述第一叉指电极和所述第二叉指电极，且所述第一叉指电极和所述第二叉指电极作为所述摩擦发电机的第一组输出端。

2.如权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，进一步包括：第二摩擦层，且所述第二摩擦层的第一侧表面与所述第一摩擦层的第一侧表面相对设置。

3.如权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦层为聚合物绝缘层，所述第二摩擦层为导电层。

4.如权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层均为聚合物绝缘层。

5.如权利要求4所述的摩擦发电机，其特征在于，进一步包括：设置在所述第二摩擦层的第二侧表面上的第三叉指电极和第四叉指电极，所述第三叉指电极和第四叉指电极作为所述摩擦发电机的第二组输出端。

6.如权利要求5所述的摩擦发电机，其特征在于，进一步包括：设置在所述第一摩擦层的第一侧表面和所述第二摩擦层的第一侧表面之间的居间摩擦层。

7.如权利要求6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述居间摩擦层为聚合物绝缘层，或者，所述居间摩擦层为导电层。

8.如权利要求6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述居间摩擦层进一步包括：层叠设置的第三摩擦层和第四摩擦层，其中，所述第三摩擦层和第四摩擦层均为聚合物绝缘层，且所述第三摩擦层和第四摩擦层之间进一步设置有第五叉指电极和第六叉指电极，所述第五叉指电极和第六叉指电极作为所述摩擦发电机的第三组输出端。

9.如权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交错排布在所述第一摩擦层的第二侧表面上，且所述第一叉指电极和所述第二叉指电极为螺旋状、条纹状或锯齿状。

10.如权利要求5或7所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交错排布在所述第一摩擦层的第二侧表面上，且所述第一叉指电极和所述第二叉指电极为螺旋状、条纹状或锯齿状；和/或，所述第三叉指电极和所述第四叉指电极交错排布在所述第二摩擦层的第二侧表面上，且所述第三叉指电极和所述第四叉指电极为螺旋状、条纹状或锯齿状。

11.如权利要求8所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交错排布在所述第一摩擦层的第二侧表面上，且所述第一叉指电极和所述第二叉指电极为螺旋状、条纹状或锯齿状；和/或，所述第三叉指电极和所述第四叉指电极交错排布在所述第二摩擦层的第二侧表面上，且所述第三叉指电极和所述第四叉指电极为螺旋状、条纹状或锯齿状；和/或，所述第五叉指电极和第六叉指电极交错排布在所述第三摩擦层和第四摩擦层之间，且所述第五叉指电极和所述第六叉指电极为螺旋状、条纹状或锯齿状。

12.如权利要求2-5任一所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二摩擦层的第一侧表面和/或所述第一摩擦层的第一侧表面上设置有微纳结构。

13.如权利要求6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二摩擦层的第一侧表面和/或所述第一摩擦层的第一侧表面上设置有微纳结构，和/或，所述居间摩擦层朝向第一摩擦层的面上和/或所述居间摩擦层朝向第二摩擦层的面上设置有微纳结构。

14.如权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，进一步包括：绝缘支撑部件，

其中，所述绝缘支撑部件位于所述第一摩擦层的第一侧表面上和/或所述第二摩擦层的第一侧表面上；和/或，

所述绝缘支撑部件位于所述第一摩擦层的第二侧表面上和/或所述绝缘支撑部件位于所述第二摩擦层的第二侧表面上。

15.如权利要求6所述的摩擦发电机，其特征在于，进一步包括：绝缘支撑部件，

其中，所述绝缘支撑部件位于所述第一摩擦层的第一侧表面上和/或所述第二摩擦层的第一侧表面上；和/或，

所述绝缘支撑部件位于所述第一摩擦层的第二侧表面上和/或所述绝缘支撑部件位于所述第二摩擦层的第二侧表面上；和/或，

所述绝缘支撑部件位于所述居间摩擦层朝向第一摩擦层的面上和/或所述居间摩擦层朝向第二摩擦层的面上。

16.如权利要求14或15所述的摩擦发电机，其特征在于，所述绝缘支撑部件为平板状垫片、单拱形垫片、双拱形垫片或弹簧片。

17.如权利要求2、14或15所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦层和/或所述第二摩擦层为拱形。

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