CN113206611A - 一种基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，本发明包括上支撑部、下支撑部和置于其间的旋转式直流摩擦纳米发电机，下支撑部位于预设固定位置，上支撑部能够上下位移，上支撑部连接在旋转式直流摩擦纳米发电机的转子上，旋转式直流摩擦纳米发电机包括支撑外壳和置于其中的定子和转子，定子包括公差补偿装置以及固定在其上的摩擦电极，转子设置于所述支撑外壳内部中心处，转子上附有摩擦层，转子上方固定静电击穿电极，静电击穿电极与摩擦层之间设有预设距离，公差补偿装置用于使摩擦层与摩擦电极紧密接触，使转子与摩擦电极保持同一同轴度。本发明通过收集人类行走踩踏动作的动能转换成电能，进而为城市传感器供电，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦纳米发电自供能技术领域，尤其设计一种基于摩擦起电效应与静电击穿效应相耦合的旋转式直流摩擦纳米发电机(R-DC-TENG)的发电路面。
背景技术
地球上能源有限，人类能源危机日益紧迫，随着煤炭，天然气，石油等不可再生资源的消耗，寻找新能源是人类当今面临的一个棘手问题。新能源的发现对人类而言无疑具有划时代的意义。采集环境中的机械能转化成电能是构建自供能***的有效方案。在我们的生活环境中存在着各种各样的机械能，包括人体运动，行走，机械振动等。采集这些机械能转换成电能是解决当今能源危机的一种有效手段。其中人类行走踩踏动作蕴含着巨大的能量，这种能量始终没有得到有效的利用。收集人类行走踩踏动的动能转化成电能是一种清洁，有效收集能源的方式。
摩擦纳米发电机被认为是一种构建自供能***的新型发电技术，直流摩擦纳米发电机(DC-TENG)，它是一种基于摩擦起电效应和静电击穿效应相耦合的一种新型发电技术，具有结构简单，成本低，材料选择范围广等优点，能够有效地将环境中的机械能转换成电能，并且能够直接输出直流电。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面。本发明采用的技术手段如下：
一种基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，包括：上支撑部、下支撑部和置于其间的旋转式直流摩擦纳米发电机，所述下支撑部位于预设固定位置，所述上支撑部能够上下位移，所述上支撑部连接在旋转式直流摩擦纳米发电机的转子上，所述旋转式直流摩擦纳米发电机包括支撑外壳和置于其中的定子和转子，所述定子包括公差补偿装置以及固定在其上的摩擦电极，所述转子设置于所述支撑外壳内部中心处，所述转子上附有摩擦层，所述转子上方固定静电击穿电极，所述静电击穿电极与摩擦层之间设有预设距离，所述公差补偿装置用于使摩擦层与摩擦电极紧密接触，使转子与摩擦电极保持同一同轴度。
进一步地，所述上支撑部的底部设有固定在其上的齿条，所述齿条与设置在下支撑部上的齿轮配合，所述齿轮与所述转子相连。
进一步地，所述支撑外壳为正多边形，其内部中各边部均安装有公差补偿装置，其中一个公差补偿装置上设有用于安装所述静电击穿电极的静电击穿电极底座。
进一步地，所述公差补偿装置由弹簧钢制成。
进一步地，所述支撑外壳壁上设有连通城市传感器的导线。
进一步地，所述摩擦电极由铜制成，所述摩擦层采用聚酰亚胺制成。
本发明具有以下优点：
1、将摩擦电极固定在公差补偿装置上，公差补偿装置由弹簧钢(Mn65)制成。公差补偿装置能够让摩擦层与摩擦电极(FE)能够接触得更紧密，使得转子与半圆结构的摩擦电极(FE)保持同一同轴度，保证装置工作过程中能够平稳地产生直流电，使得装置正常运行。
2、旋转式直流摩擦纳米发电机的静电击穿电极与摩擦层之间留有微小距离，两者之间的距离是静电击穿的关键参数，距离越小，R-DC-TANG的发电性能越好。
3、将旋转式直流摩擦纳米发电机(R-DC-TENG)与齿条与齿轮传动机构连接，将竖直方向上的运动转换为旋转运动，使得转子上的摩擦层与摩擦电极摩擦并发生电荷转移与累计，进而使摩擦层与静电击穿电极建立较高静电场发生静电击穿产生脉冲直流电，通过收集人类行走踩踏动作的动能转换成电能，进而为城市传感器供电。
综上，应用本发明的技术方案可以有效的收集人类行走过程中踩踏的动能，这种方式采集的电能不仅能够转变能量的消费观念，而且还能强化节能意识，为建设未来智慧城市提供了一个潜在供能方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图中：1、支撑外壳 2、公差补偿装置 3、转子 4、摩擦电极 5、静电击穿电极 6、摩擦层 7、齿条齿轮传动机构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明公开了一种基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，包括：上支撑部、下支撑部和置于其间的旋转式直流摩擦纳米发电机，所述下支撑部位于预设固定位置，所述上支撑部能够上下位移。具体地，本实施例中，齿条的长度小于上下板之间的距离，当上板下压到极限位置时，齿条的最底端与下板接触。
所述上支撑部连接在旋转式直流摩擦纳米发电机的转子上，所述旋转式直流摩擦纳米发电机包括支撑外壳1和置于其中的定子和转子3，所述定子包括公差补偿装置2以及固定在其上的摩擦电极4，所述转子设置于所述支撑外壳内部中心处，所述转子上附有摩擦层6，所述转子上方固定静电击穿电极5，所述静电击穿电极与摩擦层之间设有预设距离，所述公差补偿装置用于使摩擦层与摩擦电极紧密接触，使转子与摩擦电极保持同一同轴度。
所述上支撑部的底部设有固定在其上的齿条，所述齿条与设置在下支撑部上的齿轮配合，所述齿轮与所述转子相连。通过与齿条与齿轮传动机构7连接，将竖直方向上的运动转换为旋转运动，使得转子上的摩擦层与摩擦电极摩擦并发生电荷转移与累计，进而使摩擦层与静电击穿电极建立较高静电场发生静电击穿产生脉冲直流电。整套***包括多个上述旋转式直流摩擦纳米发电机，通过收集人类行走踩踏动作的动能转换成电能，进而为城市传感器供电。
所述支撑外壳为正多边形，其内部中各边部装有公差补偿装置，还有一个边部设置所述静电击穿电极。本实施例中，所述支撑外壳为正六边形，其内部装有6个公差补偿装置，其中5个上安装所述摩擦电极，还有1个上设有用于安装所述静电击穿电极的静电击穿电极底座。两个底座的材料与正多边形外壳底座材料相同，均为3D打印机打印出来的绝缘材料。摩擦电极底座用螺栓固定在公差补偿结构2上，公差补偿结构用螺栓固定在正多边形外壳上，在摩擦电极底座曲面上附有由铜片制成的摩擦电极。静电击穿电极底座也是通过螺栓固定在公差补偿结构上，在静电击穿电极底座上有条状的静电击穿电极，电极材料也是铜。
所述公差补偿装置由弹簧钢(Mn65)制成，其能够使转子与半圆结构的摩擦电极(FE)保持同一同轴度，让装置运行得更平稳。
所述支撑外壳壁上设有连通城市传感器的导线，本实施例中，导线可以直接在前后端引出。
所述摩擦电极由铜制成，所述摩擦层采用聚酰亚胺制成，聚酰亚胺(Kapton)材料电负性较强，耐磨性较好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，其特征在于，包括上支撑部、下支撑部和置于其间的旋转式直流摩擦纳米发电机，所述下支撑部位于预设固定位置，所述上支撑部能够上下位移，所述上支撑部连接在旋转式直流摩擦纳米发电机的转子上，所述旋转式直流摩擦纳米发电机包括支撑外壳和置于其中的定子和转子，所述定子包括公差补偿装置以及固定在其上的摩擦电极，所述转子设置于所述支撑外壳内部中心处，所述转子上附有摩擦层，所述转子上方的一个公差补偿装置上固定静电击穿电极，所述静电击穿电极与摩擦层之间设有预设距离，所述公差补偿装置用于使摩擦层与摩擦电极紧密接触，使转子与摩擦电极保持同一同轴度。
2.根据权利要求1所述的基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，其特征在于，所述上支撑部的底部设有固定在其上的齿条，所述齿条与设置在下支撑部上的齿轮配合，所述齿轮与所述转子相连。
3.根据权利要求1所述的基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，其特征在于，所述支撑外壳为正多边形，其内部中各边部均安装有公差补偿装置，其中一个公差补偿装置上设有用于安装所述静电击穿电极的静电击穿电极底座。
4.根据权利要求1所述的基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，其特征在于，所述公差补偿装置由弹簧钢制成。
5.根据权利要求1所述的基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，其特征在于，所述支撑外壳壁上设有连通城市传感器的导线。
6.根据权利要求1～5任一项所述的基于旋转式直流摩擦纳米发电机的发电路面，其特征在于，所述摩擦电极由铜制成，所述摩擦层采用聚酰亚胺制成。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114337352A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 广西大学 | 间歇性滑动摩擦自激励的同步纳米发电机 |
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| CN109154317A (zh) * | 2016-06-10 | 2019-01-04 | 胡夫·许尔斯贝克和福斯特有限及两合公司 | 用于将第一构件固定在第二构件上的固定装置 |
| CN111864941A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 湖南工程学院 | 高鲁棒性磁力耦合全密封摩擦与电磁复合路面能量收集装置 |
| CN112165272A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-01 | 大连海事大学 | 一种旋转式直流摩擦纳米发电机及流速传感器装置 |
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2021
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