CN203617932U - 托辊检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种托辊检测设备，用以解决现有技术中的人工检测方式所存在的检查成本高昂，效率低下且安全性差的问题。其中，所述托辊包括托辊固定轴以及包裹在所述托辊固定轴外部的托辊旋转体，所述托辊检测设备包括：至少一个摩擦发电装置以及与所述至少一个摩擦发电装置的电能输出端相连的至少一个检测报警装置；其中，所述摩擦发电装置进一步包括：固设在所述托辊固定轴的端部的固定部件，以及固设在所述托辊旋转体的端部的活动部件，其中，所述固定部件上进一步设置有至少一个第一电极层，所述活动部件上进一步设置有至少一个能够与所述第一电极层相互接触的第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层为所述摩擦发电装置的一组电能输出端。

Description

托辊检测设备

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，特别涉及一种托辊检测设备。

背景技术

皮带运输机能够通过皮带方便地传输物品，因此，在工业生产及各个领域都得到了越来越广泛的应用。通常，皮带运输机需要借助于支撑皮带的托辊来正常工作。但是，在皮带的传输过程中，托辊经常会发生卡塞、停转等故障，故障发生后如不能及时发现，不仅会导致皮带受损、生产停滞等经济损失，严重时还有可能造成人身伤亡等重大事故。

为了避免托辊故障所带来的上述影响，迫切需要一种有效的托辊检测方式。目前，往往是通过人工巡回检查的方式来确定托辊故障，但是这种人工检测方式存在诸多问题：首先，在检查环境恶劣时不便于实施人工检查，且实施人工检查易造成人员伤亡，例如，在高空作业的环境下，或黑暗狭窄的矿井环境下等；其次，人工检查还存在着检查成本高、效率低等明显缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供了一种托辊检测设备，用以解决现有技术中的人工检测方式所存在的检查成本高昂，效率低下且安全性差的问题。

一种托辊检测设备，其中，所述托辊包括托辊固定轴以及包裹在所述托辊固定轴外部的托辊旋转体，所述托辊检测设备包括：至少一个摩擦发电装置以及与所述至少一个摩擦发电装置的电能输出端相连的至少一个检测报警装置；其中，所述摩擦发电装置进一步包括：固设在所述托辊固定轴的端部的固定部件，以及固设在所述托辊旋转体的端部的活动部件，其中，所述固定部件上进一步设置有至少一个第一电极层，所述活动部件上进一步设置有至少一个能够与所述第一电极层相互接触的第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层为所述摩擦发电装置的一组电能输出端。

在本实用新型提供的托辊检测设备中，利用了正常状态下托辊固定轴固定不动以及托辊旋转体相对于托辊固定轴持续旋转的特性，在托辊固定轴上设置摩擦发电装置的固定部件，并在托辊旋转体上设置摩擦发电装置的活动部件，由此使得托辊正常工作时摩擦发电装置的活动部件相对于固定部件持续运动，由此带动活动部件上的第二电极层相对于固定部件上的第一电极层相互摩擦，从而产生能够提供给检测报警装置的电流。由此可见，只要托辊正常工作，就会促使摩擦发电装置发电，而一旦托辊出现故障，就会导致摩擦发电装置无法发电，通过检测报警装置能够及时确定出摩擦发电装置当前是否正常发电，因而能够在摩擦发电装置停止发电时及时察觉，从而在第一时间排查故障，确保生产安全。由此解决了现有技术中的人工检测方式所存在的检查成本高昂，效率低下且安全性差的问题。

附图说明

图1示出了本实用新型要检测的托辊的结构示意图；

图2示出了本实用新型提供的用于检测托辊工作状态是否正常的托辊检测设备的结构示意图；

图3a示出了实施例一提供的摩擦发电装置与托辊之间的整体结构示意图；

图3b示出了实施例一提供的摩擦发电装置的局部剖视图；

图4示出了第一电极层和第二电极层的等效结构示意图；

图5a以三层结构的摩擦发电机为例示出了摩擦发电机的第一电极层所包含的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层以及第二电极层所包含的第二电极之间的一种位置关系示意图；

图5b以三层结构的摩擦发电机为例示出了摩擦发电机的第一电极层所包含的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层以及第二电极层所包含的第二电极之间的另一种位置关系示意图；

图6示出了实施例二提供的摩擦发电装置与托辊之间的整体结构示意图；

图7a示出了实施例三提供的摩擦发电装置与托辊之间的整体结构示意图；

图7b示出了实施例三提供的摩擦发电装置的剖视图；

图7c示出了当实施例三中的摩擦发电装置的数量为两个时，其与托辊之间的整体结构示意图。

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。

本实用新型公开了一种托辊检测设备，用以解决现有技术中的人工检测方式所存在的检查成本高昂，效率低下且安全性差的问题。

图1示出了本实用新型要检测的托辊的结构示意图。如图1所示，托辊包括：处于固定状态并起到支撑作用的托辊固定轴11，以及包裹在托辊固定轴11的外部、通过轴承10与托辊固定轴11连接，并能够围绕托辊固定轴11旋转的托辊旋转体12。由此可见，在托辊工作过程中，托辊固定轴11的位置固定不动，而托辊旋转体在皮带的作用下则相对于托辊固定轴11持续旋转。基于图1所示的托辊的结构，本实用新型提供了一种用于检测托辊工作状态是否正常的托辊检测设备，如图2所示，该托辊检测设备包括：摩擦发电装置21以及与摩擦发电装置21的电能输出端相连的检测报警装置20。其中，摩擦发电装置21进一步包括：固设在托辊固定轴11的端部的固定部件，以及固设在托辊旋转体12的端部的活动部件，其中，固定部件上进一步设置有至少一个第一电极层（图中未示出），活动部件上进一步设置有至少一个能够与第一电极层相互接触的第二电极层（图中未示出），第一电极层和第二电极层为摩擦发电装置的一组电能输出端。

在本实用新型提供的托辊检测设备中，利用了正常状态下托辊固定轴固定不动以及托辊旋转体相对于托辊固定轴持续旋转的特性，在托辊固定轴上设置摩擦发电装置的固定部件，并在托辊旋转体上设置摩擦发电装置的活动部件，由此使得托辊正常工作时摩擦发电装置的活动部件相对于固定部件持续运动，由此带动活动部件上的第二电极层相对于固定部件上的第一电极层相互摩擦，从而产生能够提供给检测报警装置20的电流。由此可见，只要托辊正常工作，就会促使摩擦发电装置发电，而一旦托辊出现故障，就会导致摩擦发电装置无法发电，通过检测报警装置能够及时确定出摩擦发电装置是否正常发电，因而能够在摩擦发电装置停止发电时及时察觉，从而在第一时间排查故障，确保生产安全。由此解决了现有技术中的人工检测方式所存在的检查成本高昂，效率低下且安全性差的问题。

接下来，首先结合几个具体实施例描述一下本实用新型中的摩擦发电装置：

实施例一、

图3a示出了实施例一提供的摩擦发电装置与托辊之间的整体结构示意图，图3b示出了实施例一提供的摩擦发电装置的局部剖视图。从图3a至图3b可以看出，摩擦发电装置中的活动部件为固设在托辊旋转体的端部的支撑筒31。其中，支撑筒31可以为柱形支撑筒。优选的，支撑筒31可以是图3a至图3b所示的圆柱形支撑筒。或者，支撑筒31也可以是棱柱形支撑筒（例如四棱柱形、六棱柱形）、棱锥形支撑筒等。另外，支撑筒31的材质优选具有机械力学支撑性能的材质，例如，高分子塑料、不锈钢、玻璃、陶瓷或合金类材料等。并且，支撑筒31至少具有柱形的侧壁，可以直接将侧壁的边缘部位通过螺栓固定或胶水粘接等方式固定在托辊旋转体的端部，另外，在该侧壁的内壁上进一步贴合固定有第二电极层32。或者，为了使固定方式更加牢固，除了具有柱形的侧壁之外，支撑筒31还可以进一步具有底壁，通过该底壁牢牢地固定在托辊旋转体的端部，另外，在底壁的中心部位具有孔洞，以避免与托辊固定轴发生接触，进而避免托辊固定轴影响支撑筒随托辊旋转体顺畅旋转；或者，进一步地，支撑筒31还可以具有顶壁，以防止因灰尘等异物进入到支撑筒内部而影响第二电极层的摩擦。由此可见，通过上面的固定方式，就可以实现支撑筒随托辊旋转体旋转的目的，进而带动支撑筒内壁上的第二电极层32一起旋转。

摩擦发电装置中的固定部件为位于支撑筒31内部且固设在托辊固定轴11的端部的支撑轴30。优选地，支撑轴30位于支撑筒31的中心轴线处，且支撑轴30与托辊固定轴11位于同一直线上。支撑轴30的材质可以是金属、陶瓷或耐磨且具有机械强度的高分子材料等。具体地，支撑轴30可以通过螺栓固定或胶水粘接等方式固定在托辊固定轴的端部。或者，摩擦发电装置中的固定部件也可以直接通过托辊固定轴的延伸部来实现，即：在制作托辊固定轴时，直接通过一体化成型的方式在其端部延伸出一段延伸部，该延伸部位于支撑筒的内部，且其形状和作用均与支撑轴30类似。进一步地，在支撑轴30上进一步设置有第一电极层33。其中，第一电极层33的第一端为固定在支撑轴30（或延伸部）上的固定端，第二端为能够与第二电极层32相互接触的自由端。可选地，第一电极层33的长度大于从支撑轴30（或延伸部）到支撑筒31内壁之间的距离，这时，当支撑筒31随托辊旋转体旋转时，第一电极层33会由于受到支撑筒内壁的阻挡而发生弯曲，从而能够与支撑筒内壁上的第二电极层32相互接触。另外，为了使第一电极层33能够与第二电极层32有效接触，可以将第一电极层33的第一端垂直于支撑轴30（或延伸部）进行固定，具体地，为了便于固定，还可以在支撑轴30（或延伸部）上进一步设置固定元件，例如，带有插槽的套筒等。其中，第一电极层33可以采用柔性材质制作，以便使其能够自由弯曲。但是，如果第一电极层的材质过于柔软，在支撑筒31旋转时，第一电极层与第二电极层之间的摩擦力将减弱，从而影响摩擦发电的效果。因此，第一电极层的材质应柔性适中，既不太硬也不太软。优选地，可以在第一电极层的第一侧表面上设置一层支撑部件，则该第一电极层通过第二侧表面与第二电极层相互接触。该支撑部件的主要作用在于：对第一电极层起到支撑作用，以便增加第一电极层与第二电极层之间的摩擦阻力。

当托辊正常工作时，托辊旋转体围绕托辊固定轴旋转，从而带动上述支撑筒围绕支撑轴旋转，进而促使支撑筒内壁上的第二电极层持续摩擦支撑轴上的第一电极层，从而实现摩擦发电的目的。因此，可以将上述的第一电极层和第二电极层理解为一组包含在整个摩擦发电装置内部的摩擦发电机（也可以将第一电极层和第二电极层理解为摩擦发电装置的电能输出端），也就是说，整个摩擦发电装置具体包括：由支撑筒和支撑轴构成的机械结构，以及基于该机械结构设置的摩擦发电机。下面介绍一下这组摩擦发电机的具体结构：在本实用新型的一个实施例中，摩擦发电机的第一电极层包括：层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，摩擦发电机的第二电极层包括：层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。换句话说，第二电极层中的第二电极直接设置在支撑筒的内壁上，第二高分子聚合物绝缘层则覆盖在第二电极之上。当本实用新型中的摩擦发电装置包括支撑部件时，第一电极层中的第一电极的一个侧表面设置在支撑部件上，第一电极的另一侧表面上则进一步设置有第一高分子聚合物绝缘层，即：第一电极夹在第一高分子聚合物绝缘层和支撑部件之间。当支撑筒旋转时，第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层与第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层相接触。

图4示出了第一电极层和第二电极层的等效结构示意图。在图4中，为了描绘方便，将第一电极层和第二电极层均绘制为水平结构，但实际上，第一电极层和第二电极层都是有一定的弯曲的。如图4所示，摩擦发电机中的第一电极层33包括第一电极331和第一高分子聚合物绝缘层332，第二电极层32包括第二电极321以及第二高分子聚合物绝缘层322。在图4所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面，下面具体介绍一下这两个摩擦界面摩擦发电的原理：当支撑筒转动时，第二电极层随之旋转，而第一电极层相对静止，因而第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层将会持续摩擦第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层，导致第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层表面因为摩擦而产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和第二电极之间的电容发生改变，从而导致第一电极和第二电极之间出现电势差。当第一电极和第二电极被外电路连通时，该电势差将会在外电路中形成交流脉冲电信号，从而实现发电的目的。为了实现上述的外电路，可以在第一电极上连接一个第一电极引线，在第二电极上连接一个第二电极引线，将这两根电极引线作为摩擦发电机的输出端与外电路（即检测报警装置20）相连。其中，电极引线可以通过漆包铜线来实现。

另外，为了提高摩擦发电机的发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构。因此，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极和第二电极处感应出较多的电荷。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薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘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，此时第一高分子聚合物绝缘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），且其相对第二电极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。

在上面介绍的摩擦发电机中，第一电极或第二电极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。第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层可以是聚四氟乙烯、PET塑料、固化的聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺薄膜、或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯等高分子材料中的一种；或者，第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层还可以是具有微孔结构的纤维素、聚酯纤维、人造纤维中的一种。另外，上述的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层还可以分别选自苯胺甲醛树脂薄膜、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。其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质优选不同，从而可以提高摩擦效果。上述的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层可以防止第一电极和第二电极之间产生的电势差在内部中和。由此可见，在图4所示的四层结构（第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极）的摩擦发电机中，主要是通过聚合物（第一高分子聚合物绝缘层）与聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来发电的。

另外，除了图4所示的通过四层结构来实现摩擦发电机的方式之外，在本实用新型的其他实施例中，还可以采用其它方式来实现摩擦发电机。例如，也可以省去上述四层结构中的第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层，使摩擦发电机成为三层结构。当省去第一高分子聚合物绝缘层时，第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样可以在第一电极和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构；当省去第二高分子聚合物绝缘层时，第二电极和第一高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样也可以在第二电极和第一高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，以便提高发电效率。三层结构的发电机的发电原理与四层结构类似，此处不再赘述。另外，在三层结构的发电机中，通过金属和聚合物进行摩擦，由于金属容易失去电子，因此采用金属与聚合物摩擦能够提高能量输出。其中，在三层结构的摩擦发电机中，由于省去了一层高分子聚合物绝缘层，因此，不具有高分子聚合物绝缘层的电极层中的电极由于需要作为摩擦电极（即金属）与第一高分子聚合物绝缘层进行摩擦，因此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。另一电极由于不需要进行摩擦，因此，除了可以选用上述罗列的金属或合金材料之外，其他能够制作电极的材料也可以应用，例如，还可以选用铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜等非金属材料。三层结构的摩擦发电机中的高分子聚合物绝缘层的材质与四层结构中的材质相同，此处不再赘述。

接下来，介绍一下摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层的具体数量和位置关系。

图5a以三层结构的摩擦发电机为例示出了摩擦发电机的第一电极层所包含的第一电极331和第一高分子聚合物绝缘层332以及第二电极层所包含的第二电极321之间的一种位置关系示意图，另外，在图中还示出了支撑部件34。在图5a中，第一电极层的数量为三个，这三个第一电极层间隔设置，每相邻的两个第一电极层之间的夹角优选相等。第二电极层则包括多个断续的片状部分，这多个断续的片状部分间隔设置在支撑筒的内壁上，且每相邻的两个片状部分之间的间隔优选相等。在这种实现方式中，每个第一电极层与第二电极层中的各个断续的片状部分依次进行摩擦，从而在每个第一电极层与每个断续的片状部分之间都将产生电势差，从而使两个摩擦界面之间能够有效地接触和分离。在这种方式中，可以在每个第一电极层上分别连接一个第一电极引线，因此，在图5a所示的结构中有三根第一电极引线。相应地，还可以在第二电极层的每个片状部分处分别连接一个第二电极引线，因此，在图5a所示的结构中有四根第二电极引线。通过调整这些第一电极引线和第二电极引线之间的串并联关系，可以改变摩擦发电机输出的电流或电压的大小。

图5b以三层结构的摩擦发电机为例示出了摩擦发电机的第一电极层所包含的第一电极331和第一高分子聚合物绝缘层332以及第二电极层所包含的第二电极321之间的另一种位置关系示意图，另外，在图中还示出了支撑部件34。在图5b中，第一电极层的数量也为三个，这三个第一电极层间隔设置，每相邻的两个第一电极层之间的夹角优选相等。但第二电极层包括一个连续的环形部分，该连续的环形部分的外径等于支撑筒的内径，以便于使该第二电极层恰好固定在支撑筒内壁上。在这种实现方式中，每个第一电极层在旋转时持续摩擦该连续的环形部分，从而在每个第一电极层与该连续的环形部分之间产生电势差，进而可确保两个摩擦界面之间能够持续摩擦。在这种方式中，也可以在每个第一电极层上分别连接一个第一电极引线，因此，在图5b所示的结构中也有三根第一电极引线。相应地，在第二电极层的该连续的环形部分处连接一个第二电极引线，因此，在图5b所示的结构中有一根第二电极引线。

为了达到检测托辊故障的目的，本实施例中进一步包括检测报警装置，关于检测报警装置的实现方式将在后面进行详细介绍。

实施例二、

图6示出了实施例二提供的摩擦发电装置与托辊之间的整体结构示意图。从图6可以看出，摩擦发电装置中的活动部件为固设在托辊旋转体的端部的第一支撑板41。该第一支撑板41通过螺栓固定或胶水粘接等方式固定在托辊旋转体的端部，以便随托辊旋转体旋转而旋转。另外，为了避免第一支撑板41与托辊固定轴发生接触摩擦，从而影响到第一支撑板的顺畅旋转，在第一支撑板41的中部开设有孔洞，该孔洞的作用在于防止第一支撑板与托辊固定轴发生接触。

摩擦发电装置中的固定部件包括支撑轴40和第二支撑板42。其中，支撑轴40的第一端穿过第一支撑板41中部的孔洞固设在托辊固定轴的端部，其中，支撑轴40可以通过螺栓固定或胶水粘接等方式固定在托辊固定轴的端部。支撑轴40的第二端固设有第二支撑板42，该第二支撑板42平行于第一支撑板41，且第二支撑板42的第一侧表面与第一支撑板41的第一侧表面相对设置。

或者，上述支撑轴40也可以直接由托辊固定轴的延伸部来替代，即：在制作托辊固定轴时，直接通过一体化成型的方式在其端部延伸出一段延伸部，由该延伸部来代替支撑轴40。此时，摩擦发电装置中的固定部件包括托辊固定轴的延伸部和第二支撑板。其中，托辊固定轴的延伸部的第一端穿过第一支撑板中部的孔洞与托辊固定轴的端部连为一体。托辊固定轴的延伸部的第二端固设有第二支撑板，该第二支撑板平行于第一支撑板，且第二支撑板的第一侧表面与第一支撑板的第一侧表面相对设置。

另外，在第一支撑板41的第一侧表面上，贴合固定有第二电极层43，在第二支撑板42的第一侧表面上，贴合固定有第一电极层44。因此，当托辊正常工作时，托辊旋转体围绕托辊固定轴持续旋转，由此带动第一支撑板41持续旋转，而第二支撑板42相对静止。相应地，第一支撑板41的第一侧表面上固定的第二电极层43将随第一支撑板41持续旋转，从而摩擦第二支撑板42上的第一电极层44。因此，在实施例二中，第一电极层44和第二电极层43构成一组摩擦发电机，这组摩擦发电机的结构与实施例一中的摩擦发电机的结构实质相同，可参见图4所示。如图4所示，实施例二中的第一电极层也可以包括第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，第二电极层也可以包括第二电极和第二高分子聚合物绝缘层。其中，第一电极贴合固定在第一电极层的第一侧表面上，第一高分子聚合物绝缘层覆盖在第一电极之上；第二电极贴合固定在第二电极层的第一侧表面上，第二高分子聚合物绝缘层覆盖在第二电极之上。由此可见，通过合理设置第一支撑板和第二支撑板之间的间距，以及第一电极层和第二电极层的厚度，就可以使得第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层之间能够相互接触并摩擦。因此，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面。关于这两个摩擦界面摩擦发电的具体原理可参见实施例一中相应部分的描述，此处不再赘述。

另外，与实施例一类似，为了提高摩擦发电机的发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上也可以进一步设置上述的微纳结构。而且，除了图4所示的通过四层结构来实现摩擦发电机的方式之外，在实施例二的其他变形实施例中，还可以采用其它方式来实现摩擦发电机。例如，也可以省去上述四层结构中的第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层，使摩擦发电机成为三层结构。当省去第一高分子聚合物绝缘层时，第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样可以在第一电极和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构；当省去第二高分子聚合物绝缘层时，第二电极和第一高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样也可以在第二电极和第一高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，以便提高发电效率。关于实施例中的摩擦发电机的材质，可参照实施例一的描述，此处不再赘述。

为了达到检测托辊故障的目的，本实施例中也进一步包括检测报警装置，关于检测报警装置的实现方式将在后面进行详细介绍。

实施例三、

图7a示出了实施例三提供的摩擦发电装置与托辊之间的整体结构示意图，图7b示出了实施例三提供的摩擦发电装置的剖视图。从图7a和图7b可以看出，摩擦发电装置中的活动部件包括：固设在托辊旋转体的端部的第一支撑板41。该第一支撑板41通过螺栓固定或胶水粘接等方式固定在托辊旋转体的端部，以便随托辊旋转体旋转而旋转。另外，为了避免第一支撑板41与托辊固定轴发生接触摩擦，从而影响到第一支撑板的顺畅旋转，在第一支撑板41的中部开设有孔洞，该孔洞的作用在于防止第一支撑板与托辊固定轴发生接触。另外，摩擦发电装置中的活动部件还包括：平行于第一支撑板41的第三支撑板46，该第三支撑板46通过连接件48与第一支撑板41相互固定。

摩擦发电装置中的固定部件包括支撑轴40和第二支撑板42。其中，支撑轴40的第一端穿过第一支撑板41中部的孔洞固设在托辊固定轴的端部，其中，支撑轴40可以通过螺栓固定或胶水粘接等方式固定在托辊固定轴的端部。其中，支撑轴40也可以由托辊固定轴的延伸部来代替，即：在制作托辊固定轴时，直接通过一体化成型的方式在其端部延伸出一段延伸部，由该延伸部充当支撑轴40的作用。支撑轴40的第二端固设有第二支撑板42，该第二支撑板42平行于第一支撑板41和第三支撑板46，且夹在第一支撑板41和第三支撑板46的中间。可选地，支撑轴40的第二端可以是支撑轴40的顶端，即支撑轴40的长度恰好等于第一支撑板与第二支撑板之间的距离以及第一支撑板和第二支撑板的厚度之和。或者，也可以使支撑轴40的长度恰好等于第一支撑板与第三支撑板之间的距离以及第一支撑板和第三支撑板的厚度之和，此时，支撑轴40的中部与第二支撑板固定连接，且支撑轴40的两端分别与第一支撑板和第三支撑板活动连接，由此，既可以实现第一支撑板和第三支撑板相对于第二支撑板旋转的目的，又可以增加支撑板的牢固度。

其中，第二支撑板42的第一侧表面与第一支撑板41的第一侧表面相对设置，第二支撑板42的第二侧表面与第三支撑板46的第一侧表面相对设置。相应地，在第一支撑板41的第一侧表面上贴合固定有第二电极层43，在第二支撑板42的第一侧表面上贴合固定有第一电极层44；而且，第三支撑板46的第一侧表面上进一步设置有第三电极层45，且第二支撑板42的第二侧表面上进一步设置有能够与第三电极层45相互接触的第四电极层47。因此，当托辊正常工作时，托辊旋转体围绕托辊固定轴持续旋转，由此带动第一支撑板41和第三支撑板46持续旋转，而第二支撑板42相对静止。相应地，第一支撑板41的第一侧表面上固定的第二电极层43将随第一支撑板41持续旋转，从而摩擦第二支撑板42上的第一电极层44；第三支撑板46的第一侧表面上固定的第三电极层45将随第三支撑板46持续旋转，从而摩擦第二支撑板42上的第四电极层47。因此，上述第一电极层和第二电极层构成第一组摩擦发电机，而第三电极层和第四电极层则构成第二组摩擦发电机。其中，关于第一组摩擦发电机的结构和发电原理可参照实施例一、二相应部分的描述，此处不再赘述。关于第二组摩擦发电机的结构可以参照第一组摩擦发电机的结构。

由此可见，实施例三与实施例二的区别主要在于：同时包括两组摩擦发电机，从而大幅提高了发电效率。

在上述的实施例二、三中，各个支撑板的形状可以灵活选择，例如，可以选择矩形、圆形、菱形等各种形状。优选地，在实施例三中，第一支撑板和第三支撑板为方形，第二支撑板为直径不大于方形边长的圆形，此时，连接件可以通过位于方形顶点处的连接柱来实现，具体地，连接柱的第一端固设在第一支撑板的顶点处，连接柱的第二端固设在第三支撑板的顶点处，连接柱的数量可以为四个，分别设置在四个顶点处。或者，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板均为圆形，且第二支撑板的直径小于第一支撑板和第三支撑板的直径，此时，连接件也可以通过连接柱来实现，具体地，连接柱的第一端固设在第一支撑板的边缘部位，第二端固设在第三支撑板的边缘部位。在第一支撑板和第三支撑板的旋转过程中，连接柱不会碰触到第二支撑板。或者，也可以将第一支撑板、第二支撑板及第三支撑板均设置为相同的形状和大小，此时，连接件可以通过位于第一支撑板和第三支撑板外侧的连接钢丝实现，而且，连接钢丝适当弯折，以确保在第一支撑板和第三支撑板的旋转过程中，位于外侧的连接钢丝不会碰触到第二支撑板。

另外，上述实施例一、二和三中的摩擦发电装置的数量还可以为两个。图7c示出了当实施例三中的摩擦发电装置的数量为两个时，其与托辊之间的整体结构示意图。如图7c所示，在托辊的托辊固定轴以及托辊旋转体的两端，分别固定有一个摩擦发电装置，两个摩擦发电装置的结构和位置关系相互对称。两个摩擦发电装置以及每个摩擦发电装置内部的各组摩擦发电机之间既可以相互串联，也可以相互并联。无论各组摩擦发电机之间是串联还是并联，只要托辊正常旋转就会促使各组摩擦发电机产生电流，而一旦托辊出现故障，摩擦发电机就会停止产生电流，由于检测报警装置能够及时检测到摩擦发电机当前是否正常产生电流，因此能够在托辊故障时引起人们的警觉。

为了达到检测托辊故障的目的，本实施例中也进一步包括检测报警装置，下面，就介绍一下本实用新型的各个实施例中的检测报警装置。

在检测报警装置的第一种实现方式中，可以直接采用发光提醒装置来实现。例如，该发光提醒装置可以包括一个或多个LED灯、LCD灯等发光器件。这些发光器件与摩擦发电装置中的电能输出端相连，只要摩擦发电装置正常工作并产生电流，就会驱动发光器件发光，从而给人以视觉上的提醒。一旦发光器件熄灭，则表明摩擦发电装置无法正常工作，进而可以推知托辊旋转体并未按照正常状态围绕托辊固定轴旋转，从而检测出托辊出现了故障。采用发光提醒装置实现的检测报警装置尤其适用于矿井作业等昏暗环境下，在这种环境中，人们对发光器件发出的光线非常敏感，因此能够及时感知托辊的故障。

在该种实现方式中，可以通过一个导电金属夹将摩擦发电装置的电能输出端与发光器件相连，这样，能够快速调整发光器件的个数，以满足实际情况的需求；或者，也可以直接通过导线将摩擦发电装置的电能输出端与发光器件相连。另外，由于摩擦发电装置产生的电流为交流电，因此，还可以进一步通过整流桥或整流二极管对摩擦发电装置产生的电流进行整流，将交流电转变为直流电之后再提供给发光器件，以便实现发光器件的持续发光。

另外，在该种实现方式中所采用的LED灯可以是现有的低功率发光二极管，并且，可以根据摩擦发电机的尺寸以及皮带传输速度等因素来决定LED灯的数量。

在检测报警装置的第二种实现方式中，检测报警装置包括：电压检测电路以及报警电路，其中，电压检测电路在检测到摩擦发电装置输出的电压低于预设值时向报警电路发送报警信号。具体地，电压检测电路内部可以通过比较器来实现，该比较器用于将摩擦发电装置输出的电压与预设的电压阈值进行比较，如果通过比较发现摩擦发电装置输出的电压低于预设的电压阈值，则表明摩擦发电装置无法正常工作，此时很可能表明托辊出现了故障，因此，电压检测电路将发送一个报警信号给报警电路，该报警信号用于触发报警电路报警。其中，报警电路可以通过多种形式实现，例如，报警电路可以直接设计为声光报警器、振动报警器等常见的报警器，以便直观地进行故障提醒。进一步地，报警电路还可以包括一个无线发射子电路，用于在收到报警信号时向预设终端（例如负责人的手机终端、监控室的电脑终端等无线接收端）发送短消息或报警信息，以便实现远程报警，这样，监控人员不必一直守在托辊旁边也可以第一时间获取到报警信息并及时采取措施，由此大大提高了报警的有效性和及时性。其中，为了提高检测报警装置的精确度，可以将电压阈值设置得尽可能小，例如设为零或接近于零，总之，电压阈值的大小可根据需要进行灵活设定，本实用新型中对电压阈值的具体数值不做限定。

检测报警装置除了采用第二种实现方式之外，也可以采用第三种实现方式实现。在第三种实现方式中，检测报警装置包括：电流检测电路以及报警电路，其中，电流检测电路在检测到摩擦发电装置输出的电流低于预设值（即电流阈值）时向报警电路发送报警信号。

除了上述两种实现方式之外，检测报警装置也可以采用其它的实现方式实现，只要能够达到报警的目的即可，本实用新型对此不作限定。而且，在上述三个实施例中的每个实施例中，都可以灵活选用检测报警装置的上述一种或多种实现方式。另外，为了提高托辊检测设备的结构紧凑性，可以将上述的检测报警装置设置在托辊固定轴上。

综上所述，在本实用新型提供的托辊检测设备中，利用了正常状态下托辊固定轴固定不动以及托辊旋转体相对于托辊固定轴持续旋转的特性，在托辊固定轴上设置摩擦发电装置的固定部件，并在托辊旋转体上设置摩擦发电装置的活动部件，由此使得托辊正常工作时摩擦发电装置的活动部件相对于固定部件持续运动，由此带动活动部件上的第二电极层相对于固定部件上的第一电极层相互摩擦，从而产生电流。当检测报警装置为发光提醒装置时，该电流能够点亮发光提醒装置，所以只要托辊正常工作，就会促使摩擦发电装置发电，进而持续点亮发光提醒装置，一旦发光提醒装置停止发光，则可以确定托辊出现了故障，从而能够在第一时间排查故障，确保生产安全。当检测报警装置为电流检测电路和报警电路时，只要电流值过低就会触发检测报警装置报警，并且还可以通知负责人，由此实现了检查成本低、效率高、无危险的技术效果。

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 (12)

1.一种托辊检测设备，其中，所述托辊包括托辊固定轴以及包裹在所述托辊固定轴外部的托辊旋转体，其特征在于，所述托辊检测设备包括：至少一个摩擦发电装置以及与所述至少一个摩擦发电装置的电能输出端相连的至少一个检测报警装置；

其中，所述摩擦发电装置进一步包括：固设在所述托辊固定轴的端部的固定部件，以及固设在所述托辊旋转体的端部的活动部件，其中，所述固定部件上进一步设置有至少一个第一电极层，所述活动部件上进一步设置有至少一个能够与所述第一电极层相互接触的第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层为所述摩擦发电装置的一组电能输出端。

2.如权利要求1所述的托辊检测设备，其特征在于，所述活动部件为固设在所述托辊旋转体的端部的支撑筒，所述固定部件为位于所述支撑筒内部且固设在所述托辊固定轴的端部的支撑轴，或者，所述固定部件为所述托辊固定轴的延伸部，所述延伸部位于所述支撑筒内部，

其中，所述第二电极层贴合固定在所述支撑筒的内壁上，所述第一电极层的第一端为固设在所述固定部件上的固定端，所述第一电极层的第二端为能够与所述第二电极层相互接触的自由端。

3.如权利要求2所述的托辊检测设备，其特征在于，进一步包括：支撑部件，所述支撑部件设置在所述第一电极层的第一侧表面上，所述第一电极层的第二侧表面能够与所述第二电极层相互接触。

4.如权利要求1所述的托辊检测设备，其特征在于，所述活动部件包括固设在所述托辊旋转体的端部的第一支撑板，且所述第一支撑板的中部具有孔洞；

所述固定部件包括：支撑轴和第二支撑板，其中，所述支撑轴的第一端穿过所述孔洞固设在所述托辊固定轴的端部，所述支撑轴的第二端固设有所述第二支撑板，所述第二支撑板平行于所述第一支撑板，且所述第二支撑板的第一侧表面与所述第一支撑板的第一侧表面相对设置；或者，所述固定部件包括：所述托辊固定轴的延伸部和第二支撑板，其中，所述托辊固定轴的延伸部的第一端穿过所述孔洞与所述托辊固定轴的端部连为一体，所述托辊固定轴的延伸部的第二端固设有所述第二支撑板，所述第二支撑板平行于所述第一支撑板，且所述第二支撑板的第一侧表面与所述第一支撑板的第一侧表面相对设置；

其中，所述第一电极层贴合固设在所述第二支撑板的第一侧表面上，所述第二电极层贴合固设在所述第一支撑板的第一侧表面上。

5.如权利要求4所述的托辊检测设备，其特征在于，所述活动部件进一步包括：平行于所述第一支撑板和第二支撑板的第三支撑板，所述第三支撑板通过连接件与所述第一支撑板相互固定，且所述第三支撑板的第一侧表面与所述第二支撑板的第二侧表面相对设置；

其中，所述第三支撑板的第一侧表面上进一步设置有第三电极层，且所述第二支撑板的第二侧表面上进一步设置有能够与所述第三电极层相互接触的第四电极层，所述第三电极层和所述第四电极层为所述摩擦发电装置的另一组电能输出端。

6.如权利要求5所述的托辊检测设备，其特征在于，所述第一支撑板和所述第三支撑板为方形，所述第二支撑板为直径不大于所述方形边长的圆形，则所述连接件为连接柱，所述连接柱的第一端固设在第一支撑板的顶点处，所述连接柱的第二端固设在第三支撑板的顶点处;或者，

所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板均为圆形，且所述第二支撑板的直径小于所述第一支撑板和所述第三支撑板的直径，则所述连接件为连接柱，所述连接柱的第一端固设在第一支撑板的边缘部位，所述连接柱的第二端固设在第三支撑板的边缘部位。

7.如权利要求1所述的托辊检测设备，其特征在于，所述检测报警装置为：包括LED灯的发光提醒装置。

8.如权利要求1所述的托辊检测设备，其特征在于，所述检测报警装置包括：电流检测电路以及报警电路，其中，所述电流检测电路在检测到摩擦发电装置输出的电流低于第一预设值时向报警电路发送报警信号；或者，

所述检测报警装置包括：电压检测电路以及报警电路，其中，所述电压检测电路在检测到摩擦发电装置输出的电压低于第二预设值时向报警电路发送报警信号。

9.如权利要求1所述的托辊检测设备，其特征在于，所述摩擦发电装置的数量为两个，且两个摩擦发电装置对称设置在托辊的两端。

10.如权利要求1-9任一所述的托辊检测设备，其特征在于，在能够相互接触的两个电极层中，每个电极层分别包括层叠设置的电极和高分子聚合物绝缘层，其中，两个电极层中的高分子聚合物绝缘层能够相互接触。

11.如权利要求1-9任一所述的托辊检测设备，其特征在于，在能够相互接触的两个电极层中，一个电极层包括层叠设置的电极和高分子聚合物绝缘层，另一个电极层包括电极，其中，具有高分子聚合物绝缘层的电极层中的高分子聚合物绝缘层与另一电极层中的电极能够相互接触。

12.如权利要求1所述的托辊检测设备，其特征在于，在能够相互接触的两个电极层中，相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。

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