CN104808138A - 一种摩擦发电机测试装置 - Google Patents
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- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
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Abstract
本发明公开了一种摩擦发电机测试装置，该测试装置包括：密封箱体(1)；摩擦发电机置放组件(2)，设置在密封箱体(1)内，用于放置摩擦发电材料；下压组件(3)，与摩擦发电机置放组件(2)相对设置，以对放置在摩擦发电机置放组件(2)上的摩擦发电材料产生作用力，而实现对摩擦发电材料的挤压、摩擦，使摩擦发电材料上产生电荷；静电荷检测组件(4)，设置在密封箱体(1)内，用于检测摩擦发电材料上的电荷量。本发明的摩擦发电机测试装置是根据摩擦发电机性能的主要影响因素，以及摩擦发电机性能测试方法设计而成，弥补了摩擦发电机性能测试专用装置的空白。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，尤其涉及一种用于摩擦发电机的测试装置。
背景技术
物体和物体之间相互摩擦时会使一方带上负电，另一方带上正电，这种由于物体间摩擦而产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，且摩擦电的产生条件非常宽泛。依据物体摩擦发电现象研制的一类发电机称为摩擦发电机。
目前，行业内尚缺少一种能够方便测试摩擦发电机性能的专用装置，使得现有摩擦发电机的测试工作复杂、困难，且效果不佳。此外，由于摩擦发电机的工作环境对其换能效率有较大影响，例如空气湿度、温度等，因此摩擦发电机的检测工作需要在稳定的环境下进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种专门用于摩擦发电机性能测试的装置，以能够快速、准确地对摩擦发电机的性能进行检测。
为实现上述目的，本发明的一种摩擦发电机测试装置的具体技术方案为：
一种摩擦发电机测试装置，包括：密封箱体；摩擦发电机置放组件，设置在密封箱体内，用于放置摩擦发电材料；下压组件，与摩擦发电机置放组件相对设置，以对放置在摩擦发电机置放组件上的摩擦发电材料产生作用力，而实现对摩擦发电材料的挤压、摩擦，使摩擦发电材料上产生电荷；静电荷检测组件，设置在密封箱体内，用于检测摩擦发电材料上的电荷量。
本发明的摩擦发电机测试装置的优点在于：
1)本发明的摩擦发电机测试装置能够自动调节箱体内部的温度和湿度，以保证测试环境的稳定；
2)本发明的摩擦发电机测试装置能够实现摩擦发电机的横向摩擦和纵向挤压，并能够控制摩擦速度、距离及摩擦力的大小，便于全面、完整地对摩擦发电机的性能进行测试；
3)本发明的摩擦发电机测试装置可完成对摩擦材料表面电荷量的实时测量，解决静电荷容易消失不稳定的问题，提高了测试精度并且弥补了摩擦发电机性能测试专用装置的空白；
4)本发明的摩擦发电机测试装置能够对不同材质的摩擦发电机进行测试，以便快速、准确地确定何种类型、材质的摩擦发电机的摩擦性能更好。
附图说明
图1为本发明的摩擦发电机测试装置的立体图；
图2为本发明的摩擦发电机测试装置的内部结构图；
图3为本发明的摩擦发电机测试装置的正向透视图；
图4为本发明的摩擦发电机测试装置的侧向透视图；
图5为本发明中的摩擦发电机的第一实施例的结构示意图；
图6为本发明中的摩擦发电机的第二实施例的结构示意图；
图7为本发明中的摩擦发电机的第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种摩擦发电机测试装置做进一步详细的描述。
如图1至图4所示，本发明的摩擦发电机测试装置包括密封箱体1、摩擦发电机置放组件2、下压组件3和静电荷检测组件4。其中，摩擦发电机置放组件2设置在密封箱体1内，用于放置摩擦发电材料；下压组件3与摩擦发电机置放组件2相对设置，以对放置在摩擦发电机置放组件2上的摩擦发电材料产生作用力，从而实现对摩擦发电材料的挤压、摩擦，使摩擦发电材料上产生电荷；静电荷检测组件4设置在密封箱体1内，用于检测摩擦发电材料上的电荷量。此外，密封箱体1内还设置有用于改变箱体内检测环境的环境控制组件5。
进一步，摩擦发电机置放组件2设置在密封箱体1的底壁上，可在密封箱体1内横向移动；下压组件3设置在摩擦发电机置放组件2的移动路线的上方，可相对于摩擦发电机置放组件2纵向移动；静电荷检测组件4设置在摩擦发电机置放组件2的移动路线的上方，可相对于摩擦发电机置放组件2纵向移动。
由此，本发明的摩擦发电机测试装置是根据摩擦发电机性能的主要影响因素，以及摩擦发电机性能测试方法设计而成，弥补了摩擦发电机性能测试专用装置的空白。
下面结合图1至图4，对本发明的摩擦发电机测试装置的具体结构进行说明。
如图2所示，摩擦发电机置放组件2包括线性导轨21、置放台22和驱动器23。其中，线性导轨21固定设置在密封箱体1的底壁上，置放台22滑动设置在线性导轨21上，摩擦发电材料固定放置在置放台22上，驱动器23可驱动置放台22在线性导轨21上往复移动。应注意的是，本实施例中，置放台22仅可相对于线性导轨21水平移动，不可随意转动，以保证置放台22上放置的摩擦发电材料与下压组件3的正对关系。此外，本发明中的驱动器23可选用本领域中常用的动力装置，如伺服电机等。
进一步，下压组件3包括升降元件31(请参阅图4)和下压块32。其中，下压块32设置在升降元件31的底部，与摩擦发电机置放组件2中的置放台22相对设置，升降元件31可带动下压块32升降，以对放置在摩擦发电机置放组件2中的置放台22上的摩擦发电材料产生作用力，从而实现对摩擦发电材料的挤压、摩擦。
进一步，请一并参阅图1，升降元件31包括由驱动器311、偏心轮312和连杆313顺次连接组成的提升单元、由导杆314和质量块315组成的下降单元、以及连接提升单元和下降单元的连接架316。其中，下压块32设置在导杆314的底部，提升单元可通过连接架316带动下降单元和下压块32一起上升，下降单元可带动下压块32一起下降，以使下压块32能够对放置在摩擦发电机置放组件2上的摩擦发电材料产生作用力，从而实现对摩擦发电材料的挤压、摩擦。应注意的是，本实施例中的驱动器311可为伺服电机，质量块315可为砝码。此外，如图1和图2所示，本实施例中的连接架316为框架式结构，提升单元中的连杆313与连接架316的顶板相连，下降单元中的导杆314穿过连接架316的底板，质量块315设置在导杆314上，且位于连接架316的底板与顶板之间，其中，下降单元与连接架316之间为活动连接，也即，导杆314可相对于连接架316的底板上下移动。
进一步，升降元件31中的提升单元设置在密封箱体1的顶部，下降单元设置在密封箱体1的内部，连接架316穿过密封箱体1的顶板连接提升单元和下降单元。应注意的是，为保证密封箱体1的密封性能，连接架316与密封箱体1的顶板之间设置有密封结构。
由此，固定在驱动器(伺服电机)311输出轴上的偏心轮312在驱动器(伺服电机)311的带动下，可通过连杆313带动连接架316向上运动，导杆314以及固定在导杆314上的质量块(砝码)315和下压块32随连接架316上升到设定高度后，驱动器(伺服电机)311快速回到初始位置，连接架316在连杆313的推动下快速下降，质量块(砝码)315和下压块32则做自由落体运动，从而完成对放置在摩擦发电机置放组件2中的置放台22上的摩擦发电材料的挤压。此外，通过调节伺服电机的转角和砝码质量可以对下压块32的下压距离和下压力进行控制。
进一步，摩擦发电机置放组件2中的置放台22上放置的摩擦发电材料为分体式摩擦发电机，包括第一摩擦发电单元61和第二摩擦发电单元62(请参阅图5至图7)。其中，第一摩擦发电单元61放置在下压组件3中的下压块32上，第二摩擦发电单元62放置在摩擦发电机置放组件2中的置放台22上，下压组件3中的下压块32与摩擦发电机置放组件2中的置放台22接触时，其上的第一摩擦发电单元61和第二摩擦发电单元62可相互产生作用力，实现第一摩擦发电单元61和第二摩擦发电单元62之间的挤压、摩擦。此外，本发明中的摩擦发电机置放组件2上放置的摩擦发电材料也可为整体式摩擦发电机，由此，下压组件3中的下压块32与摩擦发电机置放组件2中的置放台22接触时，下压块32会直接挤压该整体式摩擦发电机。应注意的是，整体式摩擦发电机的结构与上述分体式摩擦发电机的结构类似，可参照分体式摩擦发电机设置，具体细节不再详述。
进一步，如图2所示，静电荷检测组件4包括线性导轨41、滑动支撑架42、驱动器43和静电探头44。其中，线性导轨41固定在密封箱体1的侧壁上，滑动支撑架42设置在线性导轨41上的，静电探头44固定在滑动支撑架42上，且静电探头44与摩擦发电机置放组件2中的置放台22相对设置，驱动器43可驱动滑动支撑架42在线性导轨41上往复移动，以改变静电探头44与摩擦发电机置放组件2中的置放台22之间的距离。应注意的是，本发明中的驱动器43可选用本领域中常用的动力装置，如伺服电机等。由此，本发明的摩擦发电机测试装置可通过静电探头44对摩擦发电材料上的电荷量进行实时检测，解决静电荷容易消失不稳定的问题。
进一步，如图2所示，环境控制组件5包括设置在密封箱体1内部用于改变箱体内温度的加热器51、制冷器52，和/或设置在密封箱体1内部用于改变箱体内湿度的加湿器53、抽湿器54。此外，本发明中的密封箱体1的壁面优选为中间夹有聚氨酯泡沫的不锈钢板，且至少一个壁面上形成有观测窗11，观测窗11可由玻璃制成。由此，本发明的摩擦发电机测试装置可随意控制箱体内的温度和湿度，以保证稳定、合适的测试环境。
综上，本发明的摩擦发电机测试装置的工作过程为：
1)驱动器(伺服电机)311通过偏心轮312、连杆313带动连接架316向上运动，导杆314、质量块(砝码)315和下压块32随连接架316上升到设定高度后，驱动器(伺服电机)311快速回到初始位置，连接架316在连杆313的推动下快速下降，质量块(砝码)315和下压块32随导杆314做自由落体运动，下压块32与摩擦发电机置放组件2中的置放台22相接触，以使下压块32上的第一摩擦发电单元61和置放台22上的第二摩擦发电单元62相互纵向挤压，进而产生电荷。
2)当下压块32静止不动时，伺服电机23驱动置放台22在线性导轨21上往复移动，以使下压块32上的第一摩擦发电单元61和置放台22上的第二摩擦发电单元62相互横向滑动摩擦，进而产生电荷。
3)当下压块32上的第一摩擦发电单元61和置放台22上的第二摩擦发电单元62完成挤压、摩擦动作后，可通过伺服电机23将置放台22沿线性导轨21移动到静电探头44正下方，并可通过伺服电机43驱动滑动支撑架42在线性导轨41上往复移动，以改变静电探头44与置放台22之间的距离，进而完成对置放台22上的第二摩擦发电单元62表面电荷量的检测。
下面结合图5至图7，对摩擦发电机置放组件中的置放台上放置的分体式摩擦发电机的结构进行说明。应注意的是，放置在置放台上的整体式摩擦发电机的结构可参照设置，不再详述。
如图5所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第一种结构。本实施例中，摩擦发电机中的第一摩擦发电单元61包括第一电极层611，第二摩擦发电单元62包括层叠设置的第二电极层621和第二高分子聚合物绝缘层622。其中，第一电极层611和第二高分子聚合物绝缘层622相对设置形成摩擦界面，第一电极层611与第二高分子聚合物绝缘层622表面相互摩擦可产生静电荷，第一电极层611和第二电极层621为摩擦发电机的输出电极。
另外，为了提高摩擦发电机的发电能力，第一电极层611和第二高分子聚合物绝缘层622相对设置的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构63。因此，第一电极层611和第二高分子聚合物绝缘层622的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极层611和第二电极层222处感应出较多的电荷。
其中，第二高分子聚合物绝缘层622为选自聚酰亚胺薄膜、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、纤维海绵薄膜、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任意一种。
其中，第一电极层611所用材料选自金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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、铌合金或钽合金中的一种。
第二电极层621所用材料选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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、铌合金或钽合金中的一种。
如图6所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第二种结构。本结构与上述摩擦发电机的第一种结构的区别在于：第一摩擦发电单元61包括层叠设置的第一电极层611和第一高分子聚合物绝缘层612，第一高分子聚合物绝缘层612和第二高分子聚合物绝缘层622相对设置形成摩擦界面，第一高分子聚合物绝缘层612和第二高分子聚合物绝缘层622的表面相互摩擦可产生静电荷。其中，第一高分子聚合物绝缘层612的材料与实施例一中第二高分子聚合物的材料选取范围相同，但两者优选不同的材料。第一电极层和第二电极层的材料与实施例一中第二电极层的材料选取范围相同。参考上述摩擦发电机的第一种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本实施例的工作原理、其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。
如图7所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第三种结构。本结构与上述摩擦发电机的第二种结构的区别在于，第二摩擦发电单元62进一步包括居间薄膜层623，其层叠设置在第二高分子聚合物绝缘层622之上，第一高分子聚合物绝缘层612和居间薄膜层623相对设置形成摩擦界面，第二高分子聚合物绝缘层622和居间薄膜层623也相对设置形成摩擦界面。第一高分子聚合物绝缘层612、第二高分子聚合物绝缘层622分别和居间薄膜层623的表面相互摩擦可产生静电荷。其中，居间薄膜层623的材料与实施例二中第二高分子聚合物层622的材料选取范围相同，但两者优选不同的材料，而且居间薄膜的材料优选与第一高分子聚合物绝缘层的材料不同。参考上述摩擦发电机的第二种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本结构的工作原理、其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (16)
1.一种摩擦发电机测试装置，其特征在于，包括：
密封箱体(1)；
摩擦发电机置放组件(2)，设置在密封箱体(1)内，用于放置摩擦发电材料；
下压组件(3)，与摩擦发电机置放组件(2)相对设置，以对放置在摩擦发电机置放组件(2)上的摩擦发电材料产生作用力，使摩擦发电材料上产生电荷；
静电荷检测组件(4)，设置在密封箱体(1)内，用于检测摩擦发电材料上的电荷量。
2.根据权利要求1所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，摩擦发电机置放组件(2)设置在密封箱体(1)的底壁上，可在密封箱体(1)内横向移动；下压组件(3)设置在摩擦发电机置放组件(2)的移动路线的上方，可相对于摩擦发电机置放组件(2)纵向移动；静电荷检测组件(4)设置在摩擦发电机置放组件(2)的移动路线的上方，可相对于摩擦发电机置放组件(2)纵向移动。
3.根据权利要求1所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，密封箱体(1)内设置有用于改变箱体内测试环境的环境控制组件(5)。
4.根据权利要求1至3中任一所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，摩擦发电机置放组件(2)包括线性导轨(21)、置放台(22)和驱动器(23)，线性导轨(21)设置在密封箱体(1)的底壁上，置放台(22)滑动设置在线性导轨(21)上，摩擦发电材料放置在置放台(22)上，驱动器(23)可驱动置放台(22)在线性导轨(21)上往复移动。
5.根据权利要求1至3中任一所述的摩擦发电机测试装置，下压组件(3)包括升降元件(31)和下压块(32)，下压块(32)设置在升降元件(31)的底部，与摩擦发电机置放组件(2)相对设置，升降元件(31)可带动下压块(32)升降，以对放置在摩擦发电机置放组件(2)上的摩擦发电材料产生作用力。
6.根据权利要求5所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，升降元件(31)包括由驱动器(311)、偏心轮(312)和连杆(313)顺次连接组成的提升单元、由导杆(314)和质量块(315)组成的下降单元、以及连接提升单元和下降单元的连接架(316)，下压块(32)设置在导杆(314)的底部，提升单元可通过连接架(316)带动下降单元和下压块(32)一起上升，下降单元可带动下压块(32)一起下降，以使下压块(32)能够对放置在摩擦发电机置放组件(2)上的摩擦发电材料产生作用力。
7.根据权利要求6所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，升降元件(31)中的提升单元设置在密封箱体(1)的顶部，下降单元设置在密封箱体(1)的内部，连接架(316)穿过密封箱体(1)的顶板连接提升单元和下降单元。
8.根据权利要求1至3中任一所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，静电荷检测组件(4)包括线性导轨(41)、滑动支撑架(42)、驱动器(43)和静电探头(44)，线性导轨(41)设置在密封箱体(1)的侧壁上，滑动支撑架(42)设置在线性导轨(41)上的，静电探头(44)固定在滑动支撑架(42)上，与摩擦发电机置放组件(2)相对设置，驱动器(43)可驱动滑动支撑架(42)在线性导轨(41)上往复移动，以改变静电探头(44)与摩擦发电机置放组件(2)之间的距离。
9.根据权利要求3所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，环境控制组件(5)包括设置在密封箱体(1)内部用于改变箱体内温度的加热器(51)、制冷器(52)，和/或设置在密封箱体(1)内部用于改变箱体内湿度的加湿器(53)、抽湿器(54)。
10.根据权利要求9所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，密封箱体(1)的壁面为中间夹有聚氨酯泡沫的不锈钢板，且至少一个壁面上形成有观测窗(11)。
11.根据权利要求1所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，摩擦发电机置放组件(2)上放置的摩擦发电材料为分体式摩擦发电机，包括第一摩擦发电单元(61)和第二摩擦发电单元(62)，其中，第一摩擦发电单元(61)放置在下压组件(3)上，第二摩擦发电单元(62)放置在摩擦发电机置放组件(2)上，下压组件(3)与摩擦发电机置放组件(2)接触时，第一摩擦发电单元(61)和第二摩擦发电单元(62)可相互产生作用力。
12.根据权利要求11所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，第一摩擦发电单元(61)包括第一电极层(611)，第二摩擦发电单元(62)包括层叠设置的第二电极层(621)和第二高分子聚合物绝缘层(622)，第一电极层(611)和第二高分子聚合物绝缘层(622)相对设置形成摩擦界面，第一电极层(611)和第二电极层(621)为摩擦发电机的输出电极。
13.根据权利要求12所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，第一摩擦发电单元(61)包括层叠设置的第一电极层(611)和第一高分子聚合物绝缘层(612)，第一高分子聚合物绝缘层(612)和第二高分子聚合物绝缘层(622)相对设置形成摩擦界面。
14.根据权利要求13所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，第二摩擦发电单元(62)包括居间薄膜层(623)，居间薄膜层(623)层叠设置在第二高分子聚合物绝缘层(622)之上，第一高分子聚合物绝缘层(612)和居间薄膜层(623)相对设置形成摩擦界面和/或第二高分子聚合物绝缘层(622)和居间膜层(623)相对设置形成摩擦界面。
15.根据权利要求12至14中任一所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，第一摩擦发电单元(61)和第二摩擦发电单元(62)中的相对设置形成摩擦界面的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构(63)。
16.根据权利要求1所述的摩擦发电机测试装置，其特征在于，摩擦发电机置放组件(2)上放置的摩擦发电材料为整体式摩擦发电机，下压组件(3)与摩擦发电机置放组件(2)接触时，直接挤压该整体式摩擦发电机。
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