一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器制造技术

本发明专利技术涉及发电技术领域，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。材料选择的问题。材料选择的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器


[0001]本专利技术涉及发电
，特别涉及一种摩擦纳米发电机及用电设备和传感器。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]一种摩擦纳米发电机，包括：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]本专利技术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。
[0012]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。本专利技术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。
[0013]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。
[0014]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；
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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；
[0019]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。
[0020]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；
[0021]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。
[0022]可选地，相邻两个所述摩擦部之间的间距相同或递减。
[0023]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。
[0024]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；
[0025]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。
[0026]可选地，相邻两个所述摩擦部之间的间距相同或递增。
[0027]本专利技术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。
[0028]本专利技术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)，摩擦纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；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。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，陈鹏飞，蒋涛，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：