一种多电极摩擦发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多电极摩擦发电装置，至少包括一个摩擦发电组，所述摩擦发电组由多个摩擦面按照不同的高低顺序排布构成多块电极，当外力在一次按压过程中，位于最高位置的电极优先接触，导致其它电极上的电子重新平衡，使得电子定向移动，形成电流；当其它电极面依次接触时，电子再次的进行重新分布、平衡，最终产生多个脉冲信号；当外力撤去时，电子流向与施加外力时的电子流向相反，得到大小与方向不同的多个脉冲信号。本发明专利技术在一次施加力和撤去力的动作中，通过数目和位置不等的摩擦接触面可以得到大小、方向和数目等特征不同的组合脉冲信号，可广泛的用于分析预测物体的运动状态、加速度传感、振动测量等方面。

A multi electrode friction power generation device

The invention discloses a multi-electrode friction power generation device, which comprises at least one friction power generation unit. The friction power generation unit consists of a plurality of electrodes arranged in different order of high and low friction surfaces. When an external force is pressed, the electrode at the highest position contacts preferentially, resulting in the electrons on other electrodes being re-contacted. When the other electrodes contact in turn, the electrons redistribute and balance again, resulting in multiple pulse signals; when the external force is withdrawn, the electron flow direction is opposite to that of the applied electrons, resulting in multiple pulse signals of different sizes and directions. In an action of exerting and withdrawing force, the combined pulse signals with different sizes, directions and numbers can be obtained through the friction contact surfaces with different numbers and positions, and can be widely used for analyzing and predicting the motion state of an object, acceleration sensing, vibration measurement, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种多电极摩擦发电装置
本专利技术涉及一种发电装置，尤其涉及一种多电极摩擦发电装置。
技术介绍
摩擦发电技术是一种新型的发电技术，与纳米表面修饰技术结合起来，逐渐形成一门摩擦电子学。该类学科研究的是如何把自然界中的随处可见的机械能转化为电能，只要存在滑动、接触等运动形式，都可以利用摩擦发电技术产生电能。该类装置设备简单、造价低、不污染环境、适用范围广，是一种清洁、绿色的能源技术，广泛应用于智能传感、定位、发电等方面。摩擦是一种自然界中广泛存在的一种形式，产生的静电，无论在生活还是在工业生产中，都被认为是一种危害，是要防止和避免的。然而，自摩擦电子学提出以来，摩擦运动受到国内外研究学者的极大兴趣，正是因为它可以通过设计特殊的发电结构单元，把因接触产生的静电收集起来，使得正、负电荷分别在两个电极上富集，产生一定的电势差，当连接外电路时，可对外提供电能，使得静电能发挥积极正面的作用。目前，基于摩擦发电装置的应用率相对较低，主要是因为已有的摩擦发电设备相对较少，一次有效触发通常只产生一个周期的电信号，形式相对单一，影响到摩擦发电机的市场应用与开发。
技术实现思路
为了解决摩擦发电机产生的交流信号周期单一而导致应用受限的问题，本专利技术提供一种多电极摩擦发电装置，使得一次触发，在两两电极之间可以产生多组不同特征的交流脉冲信号。由于摩擦发电机产生的脉冲信号具有峰值功率高的特点，使得该类型的装置可广泛应用于位置探测、高度传感、加速度传感等方面。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术手段是：一种多电极摩擦发电装置，至少包括一个摩擦发电组，所述摩擦发电组由多个摩擦面按照不同的高低顺序排布构成多块电极，当外力在一次按压过程中，位于最高位置的电极优先接触，导致其它电极上的电子重新平衡，使得电子定向移动，形成电流；当其它电极面依次接触时，电子再次的进行重新分布、平衡，最终产生多个脉冲信号；当外力撤去时，电子流向与施加外力时的电子流向相反，得到大小与方向不同的多个脉冲信号。进一步的，所述脉冲信号的信号大小和方向的不同，通过设置不同高度的电极、使用不同的电极功能层或使用不同面积的摩擦面获得。更进一步的，所述摩擦发电组至少包括一个支撑体，在支撑体上设置有表面覆盖一层导电层的绝缘空心定体，在绝缘空心定体内设置一个动导体，动导体的一端连接弹性件I，弹性件I安装在支撑体上并位于绝缘空心定体的空心内，在动导体上方设置一个用于提供摩擦面的绝缘压盖。更进一步的，所述绝缘空心定体为空心圆柱体，动导体为圆柱体，绝缘空心定体的圆环表面积与动导体的圆形截面的圆面积相等。更进一步的，所述绝缘空心定体外设置外绝缘壳体，外绝缘壳体一端连接绝缘压盖，另一端连接安装在支撑体上的弹性件II。进一步的，所述导电电极层和摩擦接触面的材质为导体材料，绝缘摩擦层的材质为绝缘材料。更进一步的，所述导体材料为金属单质、合金、非金属导电材料，所述绝缘材料为高分子、氧化物或陶瓷。本专利技术具有以下优点：在一次施加力和撤去力的动作中，通过数目和位置不等的摩擦接触面可以得到大小、方向和数目等特征不同的组合脉冲信号，可广泛的用于分析预测物体的运动状态、加速度传感、振动测量等方面。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。图1为本专利技术实施例1的结构示意图；图2为本专利技术实施例2的结构示意图；图3为本专利技术实施例2中电荷转移过程示意图；图4为本专利技术实施例2的电压波形图；图5为本专利技术实施例3的结构示意图；图6为本专利技术实施例4的结构示意图。图中：1、绝缘压盖，2、动导体，3、外绝缘壳体，4、绝缘空心定体，5、圆柱形中空筒体，6、弹性件I，7、弹性件II，8、支撑台。具体实施方式实施例1一种可以将一次触发转化为多个脉冲信号输出的摩擦发电装置。主要是利用静电感应作用下电荷的重新分布特性，在一次外力作用下连续触发不同的摩擦面，电子在不同的电极之间定向移动，形成多个脉冲信号。通过控制不同的摩擦接触电极的面积，可以调整脉冲信号的强度；通过设置不同摩擦面接触的先后顺序，可以得到大小和方向不同的脉冲信号。如图1所示，一个有两接触面的摩擦发电装置，包括一个支撑台8，支撑台8上设置有一个圆柱形中空筒体5，在圆柱形中空筒体5上设置有表面覆盖一层导电层的绝缘空心定体4，在绝缘空心定体4内设置一个动导体2，动导体2的一端连接弹性件I6，弹性件I6安装在支撑台8上并位于圆柱形中空筒体5和绝缘空心定体4的空心内，绝缘空心定体4为空心圆柱体，动导体2为圆柱体，绝缘空心定体4的圆环表面积与动导体2的圆形截面的圆面积相等，动导体2作为一个电极，绝缘空心定体4作为一个电极，在绝缘空心定体4外设置外绝缘壳体3，外绝缘壳体3一端连接绝缘压盖1，另一端连接安装在圆柱形中空筒体5外的弹性件II7。绝缘压盖1为一种绝缘体(如聚酰亚胺)圆形盖子，动导体2为可移动圆柱形导体部件，与弹性件I6(如弹簧)相连，可直接把动导体2引出作为其中一个电极。当受到绝缘压盖1按压的时候，动导体2可自由上下移动。绝缘空心定体4为表面覆盖一层导电层的绝缘空心圆柱形体，可直接引出导线作为另外一个电极。外绝缘壳体3为可上下移动的绝缘体，与弹性件II7（如弹簧）相连，使得绝缘压盖1受到压力时，可上、下自由移动。绝缘压盖1、动导体2、绝缘空心定体4为核心部件，其功能层也可替换为其他绝缘体+支撑体。导电层包括各类金属、合金、导电薄膜等导电材料，绝缘体为各种高分子材料。同时，可以对金属或绝缘体的接触面进行微观形貌修饰处理，提高有效接触面积，增加转移的有效电荷总量。实施例2本实施例中展示一种典型摩擦发电装置结构示意图，切面图如图2所示，在一次施加力和撤销力的过程中，可产生两个周期、四个脉冲波形的信号。电荷的转移过程如图3所示。绝缘压盖1为聚酰亚胺绝缘体，动导体2和绝缘空心定体4的表面有一薄层AI，分别作为电极一和电极二。一次按压和松开一套动作，该装置两电极上电子转移的先后过程为(c)-(d)-(a)-(b)-(c)。当装置绝缘压盖1和动导体2、绝缘空心定体4有过接触时，在绝缘压盖1的下表面会有因摩擦产生的负电荷，动导体2和绝缘空心定体4的导电层中带有相应的正电荷。当有外力作用时，绝缘压盖1向下运动，使得绝缘压盖1的下表面首先接触动导体2上表面的导电层，器件的相对位置从图3的(c)转变为图3的(d)。接触的部分，正、负电荷中心复合，电极二表面没有剩余净电荷。若此时电极一和电极二通过外部电路连通，则电极一上的电子在静电感应作用下，电荷重新分布，电子从电极一流向电极二；当绝缘压盖1继续向下运动时，绝缘压盖1的下表面将与绝缘空心定体4的上表面接触，器件的相对位置从图3的(d)转变为图3的(a)。接触的部分，正、负电荷中心复合，若此时电极一和电极二通过外部电路连通，则电极二上多余的电子将重新分布，多余的电子从电极二上反向流回到电极一；当外力撤去过程中，绝缘压盖1的下表面首先离开绝缘空心定体4的上表面，器件的相对位置从图3的(a)转变为图3的(b)。绝缘压盖1的下表面首先与电极二接触的部分分离，若此时电极一和电极二通过外部电路连通，则电极一上的电子在静电感应作用下，电荷重新分布，电子从电极一流向电极二；当外力完全撤去时，绝缘压盖1回到原来位置，器件的相对位置从图3的(b)转变为图3的(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电极摩擦发电装置，其特征在于：至少包括一个摩擦发电组，所述摩擦发电组由多个摩擦面按照不同的高低顺序排布构成多块电极，当外力在一次按压过程中，位于最高位置的电极优先接触，导致其它电极上的电子重新平衡，使得电子定向移动，形成电流；当其它电极面依次接触时，电子再次的进行重新分布、平衡，最终产生多个脉冲信号；当外力撤去时，电子流向与施加外力时的电子流向相反，得到大小与方向不同的多个脉冲信号。

【技术特征摘要】
1.一种多电极摩擦发电装置，其特征在于：至少包括一个摩擦发电组，所述摩擦发电组由多个摩擦面按照不同的高低顺序排布构成多块电极，当外力在一次按压过程中，位于最高位置的电极优先接触，导致其它电极上的电子重新平衡，使得电子定向移动，形成电流；当其它电极面依次接触时，电子再次的进行重新分布、平衡，最终产生多个脉冲信号；当外力撤去时，电子流向与施加外力时的电子流向相反，得到大小与方向不同的多个脉冲信号。2.根据权利要求1所述的多电极摩擦发电装置，其特征在于：所述脉冲信号的信号大小和方向的不同，通过设置不同高度的电极、使用不同的电极功能层或使用不同面积的摩擦面获得。3.根据权利要求2所述的多电极摩擦发电装置，其特征在于：所述摩擦发电组至少包括一个支撑体，在支撑体上设置有表面覆盖一层导电层的绝缘空心定体，在绝缘空心定体内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德川，庄自超，方振国，李峥，
申请(专利权)人：淮北师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34