CN114268239B - 一种基于3d打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，属于发电机技术领域。本发明的技术方案要点为：设置的弹性折波板基底及固定弹性折波板基底的多个侧壁滑轨结构，弹性折波板基底与压紧铰座配合实现弹性折波板基底相邻板之间挤压，弹性折波板基底两侧分别设有摩擦电荷相反的第一摩擦单元和第二摩擦单元。本发明的基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机具有接触面积大、层数多、电能转换效率高、输出功率较大、并且能收集自然环境中的机械能，并转化为电能等优点。
Description
技术领域
本发明属于摩擦纳米发电机技术领域，具体涉及一种基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机。
背景技术
随着物联网的快速发展，便携式电子产品、传感器网络等对能量需求是一个棘手的问题，人类社会的可持续发展要求可再生分布式能源。传统的供电方式需要费力的人工操作来更换废电池，而且废电池可能会对环境造成污染。因此，可持续、可再生和环保能源的需求正变得越来越重要，于是考虑到从环境中收集不规则的风能。摩擦电效应在我们的生活环境中无处不在，王中林及其团队开发的用于机械能收集和自供电传感的摩擦电纳米发电机（TENG）是新时代能源的最佳选择之一，TENG利用接触起电与静电感应的耦合效应能够将不规则分布的机械能转化为电能，具有成本低、结构简单、重量轻、效率高、材料选择多样等优点。
虽然摩擦纳米发电机在基础理论和技术应用方面都取得了很大进展，但在能量转换和稳定性方面还需要进一步优化提升，首先，大多数摩擦纳米发电机的输出电流较小，为了提升其输出性能，改变接触方式和增加接触面积是有效的手段。其次，传统的风能采集采用的圆盘结构导致其在运行过程中材料磨损严重，进而使得TENG使用寿命缩短，而非圆盘结构的频率稳定性较差，因此，合理的结构转换设计是解决这一问题的关键。此外，为了减少TENG的制作成本，采用3D打印技术对摩擦纳米发电机进行制作，对结构的设计带来了很大的便捷，具有较高的可控性。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机采用弹性折波板挤压的结构，合理的利用了空间，且承载了更多的摩擦单元并进一步增大了接触面积，有效解决了目前摩擦纳米发电机输出性能低，输出不稳定及输出特性不易控制等问题；通过使用曲柄摇杆机构将旋转模式动能转化为接触分离模式动能，在满足频率稳定的同时又解决了器件磨损的问题，具有可控性、安全性、经济性和高效性等特点。
为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案，一种基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，其特征在于包括通过曲柄摇杆机构连接传动的风力扇叶机构和摩擦发电机构，摩擦发电机构中上端盖和下端盖通过螺栓螺杆连接件压紧固定于壳体的两端，壳体内壁上沿圆周方向均布有多个固定滑轨，弹性折波板基底一端安装于固定滑轨上，弹性折波板基底另一端与压紧铰座相互抵触配合，压紧铰座上通过转轴铰接有上活动杆和下活动杆，上活动杆的另一端铰接固定于活动块上，下活动杆的另一端铰接固定于固定块上，该固定块固定于支撑杆的下部，支撑杆的底端固定于下端盖内壁上，活动块滑动套设于支撑杆的上部，活动块的上部通过销轴与贯穿上端盖的连杆一端铰接，连杆另一端固定于曲柄的一端，曲柄另一端与风扇输出轴连接传动，该风扇通过固定座安装于上端盖上，弹性折波板基底与压紧铰座配合使得弹性折波板基底进行挤压，弹性折波板基底的两侧分别设有摩擦电荷相反的第一摩擦单元和第二摩擦单元，第一摩擦单元包括粘附于弹性折波板基底上的背电极和粘附于背电极上方的第一摩擦层，第二摩擦单元包括粘附于弹性折波板基底上的背电极和粘附于背电极上的第二摩擦层，在风力扇叶作用下收集周围环境中风能或可以转化为圆周运动的机械能，再由为摩擦纳米发电机提供挤压动力源的曲柄摇杆机构带动压紧铰座挤压弹性折波板基底运动，将圆周运动转化为规律性的弹性折波波基底接触分离运动，实现第一摩擦单元与第二摩擦单元同步接触分离，第一摩擦单元与第二摩擦单元接触摩擦起电，第一摩擦单元与第二摩擦单元的接触面分别带符号相反的表面电荷，当两个接触面由弹力作用而分离时，两个电极之间会形成感应电势差，通过负载连接两个电极，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，致使相互接触分离的第一摩擦单元与第二摩擦单元间电势周期性变化，驱动电子流向外电路产生交流电。
进一步限定，所述第一摩擦层的材质为铝、铜或任意比例的铜铝合金，第一摩擦层的厚度为50μm-1mm，第二摩擦层的材质为聚四氟乙烯或尼龙，第二摩擦层的厚度为50μm-1mm。
进一步限定，所述第二摩擦层进行高压极化处理以提高第二摩擦层表面的电荷密度。
进一步限定，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元中的背电极均选用导电性良好的金、银、铂、铁、铜或铝中的一种或至少两种材料的合金，当第一摩擦单元中的背电极选用以上金属或合金时，该背电极同时作为第一摩擦层。
进一步限定，选择使用3D打印技术制作的弹性折波板基底模型作为摩擦基底，使用的材料为强度硬的PLA材料，弹性折波板摩擦基底的尺寸为80mm×80mm；基于3D打印技术制作风力驱动的曲柄摇杆机构带动可移动式上、下活动杆驱动摩擦单元运动，驱动摩擦单元周期性接触分离，上、下活动杆使用的材质为PLA材料。
本发明所述的基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机首先在任何频率条件下的风力作用中，通过曲柄连杆机构使得相应排列的第一摩擦层和第二摩擦层能够同时同步相互接触和分离，摩擦层上产生大量摩擦静电荷（负电荷），电极板上产生等量的相反电荷。实现第一摩擦层与第二摩擦层同步接触分离，第一摩擦层与第二摩擦层接触摩擦起电，第一摩擦层与第二摩擦层的接触面分别带符号相反的表面电荷，当两个接触面在弹力作用下相分离时，两个电极之间会形成感应电势差，通过负载连接两个电极，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，致使相互接触分离的第一摩擦层与第二摩擦层间电势呈周期性变化，驱动电子流向外电路产生交流电。所述第一摩擦层均经高压设备进行高压5kV的电荷预注入极化处理，提高单位面积电荷密度，进而提高电流输出。
本发明的有益效果是：本发明的活塞连杆式摩擦纳米发电机具有结构简单、转换效率高、输出功率大、并且输出电压和电流在一定程度上可以调节控制等优点，对风能、水流势能以其它可以将动能转化为圆周运动的能量进行有效收集，应用范围广。
本发明提供的多接触层摆动式摩擦纳米发电机的优势在于：
（1）3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机具有结构巧妙、成本低廉、经久耐用、输出电压高等优点，同时这种独特的曲柄连杆结构不同于简单的旋转或者接触分离，能够有效的利用稳定的频率配合接触分离，极大提高了摩擦纳米发电机的输出电流和输出稳定性，所述3D打印的多层挤压式摩擦纳米发电机在结构设计上有效利用了空间，提高了摩擦纳米发电机空间利用率。
（2）所述第一摩擦层聚合物经过高压设备进行电荷注入预处理，这种方法的优势大大提高了聚合物表面电荷密度，与对摩擦层做微纳结构处理的方法相比，可以获得更高的输出性能，同时降低了其制作成本，有利于推广应用。
（3）所述活塞连杆式摩擦纳米发电机动力源采用圆周运动转换结合曲柄摇杆机构上下移动，使得摩擦层挤压分离，可以收集多种形式的机械能，极大地提高了摩擦纳米发电机的应用范围。
附图说明
图1是实施方式中基于3D打印活塞连杆式摩擦纳米发电机的结构示意图；
图2是实施方式中基于3D打印活塞连杆式摩擦纳米发电机的装配结构示意图；
图3是实施方式中基于3D打印活塞连杆式摩擦纳米发电机的壳体内部结构示意图；
图4是实施方式中基于3D打印活塞连杆式摩擦纳米发电机的短路电流；
图5是实施方式中基于3D打印活塞连杆式摩擦纳米发电机的电压波形曲线。
图中：1-曲柄，2-连杆，3-销轴，4-上端盖，5-螺栓螺杆连接件，6 -第一摩擦层，7-第二摩擦层，8-上活动杆，9-风扇，10-固定座，11-弹性折波板基底，12-固定滑轨，13-壳体，14-活动块，15-支撑杆，16-固定块，17-下端盖，18-压紧铰座。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
如图1-3所示，一种基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，包括通过曲柄摇杆机构连接传动的风力扇叶机构和摩擦发电机构，摩擦发电机构中上端盖4和下端盖17通过螺栓螺杆连接件5压紧固定于壳体13的两端，壳体13内壁上沿圆周方向均布有多个固定滑轨12，弹性折波板基底11一端安装于固定滑轨12上，弹性折波板基底11另一端与压紧铰座18相互抵触配合，压紧铰座18上通过转轴铰接有上活动杆8和下活动杆，上活动杆8的另一端铰接固定于活动块14上，下活动杆的另一端铰接固定于固定块16上，该固定块16固定于支撑杆15的下部，支撑杆15的底端固定于下端盖17内壁上，活动块14滑动套设于支撑杆15的上部，活动块14的上部通过销轴3与贯穿上端盖4的连杆2一端铰接，连杆2另一端固定于曲柄1的一端，曲柄1另一端与风扇9输出轴连接传动，该风扇9通过固定座10安装于上端盖4上，弹性折波板基底11与压紧铰座18配合使得弹性折波板基底11进行挤压，弹性折波板基底11的两侧分别设有摩擦电荷相反的第一摩擦单元和第二摩擦单元，第一摩擦单元包括粘附于弹性折波板基底11上的背电极和粘附于背电极上方的第一摩擦层6，第二摩擦单元包括粘附于弹性折波板基底11上的背电极和粘附于背电极上的第二摩擦层7，在风力扇叶作用下收集周围环境中风能或可以转化为圆周运动的机械能，再由为摩擦纳米发电机提供挤压动力源的曲柄摇杆机构带动压紧铰座挤压弹性折波板基底运动，将圆周运动转化为规律性的弹性折波波基底接触分离运动，实现第一摩擦单元与第二摩擦单元同步接触分离，第一摩擦单元与第二摩擦单元接触摩擦起电，第一摩擦单元与第二摩擦单元的接触面分别带符号相反的表面电荷，当两个接触面由弹力作用而分离时，两个电极之间会形成感应电势差，通过负载连接两个电极，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，致使相互接触分离的第一摩擦单元与第二摩擦单元间电势周期性变化，驱动电子流向外电路产生交流电。
本发明中所述基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，在风力扇叶作用下收集周围环境中风能或可以转化为圆周运动的机械能，通过曲柄摇杆机构将风能转化为圆周运动机械能转化为挤压运动机械能，实现第一摩擦层与第二摩擦层的同步接触分离，产生摩擦静电荷，且两摩擦层所带电荷量相等的相反电荷。本发明中能够实现第一摩擦层与第二摩擦层的同时接触或分离，第二摩擦层经过电荷预注入处理，这两种特点的结合使得活塞连杆式摩擦纳米发电机具有较高且稳定的输出特性，优于其它类似摩擦纳米发电机的输出性能。
本实施方式中，所述第一摩擦层的材质为铝、铜或任意比例的铜铝合金，第一摩擦层的厚度为50μm-1mm，第二摩擦层的材质为聚四氟乙烯或尼龙，第二摩擦层的厚度为50μm-1mm；第二摩擦层进行高压极化处理以提高第二摩擦层表面的电荷密度。
本实施方式中，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元中的背电极均选用导电性良好的金、银、铂、铁、铜或铝中的一种或至少两种材料的合金，当第一摩擦单元中的背电极选用以上金属或合金时，该背电极同时作为第一摩擦层。所述的3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机的摩擦层材质和尺寸可变，摩擦导电层的尺寸可大可小，摩擦导电层的数量也可以适当增减。
本实施方式所述的活塞连杆式摩擦纳米发电机的工作原理为：首先在任何频率条件下的圆周运动外力作用下，通过曲柄摇杆机构使得活动块上下移动，促使上、下活动杆向四周挤压，相对的的第一摩擦层和第二摩擦层能同时相互接触和分离，摩擦层上产生大量摩擦静电荷（负电荷），电极板上产生等量的相反电荷。
第一摩擦单元与第二摩擦单元的两个电极板直接用导线连接时，即短路条件下，当带电摩擦层接触或分离时，电荷发生流动，形成电流。当第一摩擦单元与第二摩擦单元的两个金属电极未连接时，即开路条件下，两个摩擦层的电极板在一定时刻电势不同，形成电势差。当两个电极间连接负载时，挤压接触分离运动导致电荷在两个电极间通过负载不断往复流动，从而对负载供电。
下面给出制造本实施方式所述的多接触层摆动式摩擦纳米发电机的一个优选方案，但该多接触层摆动式摩擦纳米发电机的制造并不限制于此。
该优选方案中：选择使用基于3D打印的增材制造技术制作的Z字形折叠板作为基底，阵列式基底尺寸为80mm×80mm；第二摩擦单元的摩擦层为聚四氟乙烯薄膜，第一摩擦单元的摩擦层为Cu，此处第一摩擦层与电极板均为金属，可直接用电极板充当摩擦层，摩擦层尺寸同导电层尺寸一致，覆盖程度为100%。
根据上述对多接触层摆动式摩擦纳米发电机工作原理的说明，按上述优选方案制造的多接触层摆动式摩擦纳米发电机的摩擦单元数为32个，32个第一摩擦单元的摩擦层在阵列式Z字形基底折叠排布；分别与弹性折波板上的折叠分布的第二摩擦单元中的第二摩擦层进行同步的接触分离，各相同摩擦单元中的电极板用导线并联连接。当扇叶转动时，则如基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机的最大短路电流与开路电压分别为1.1mA和+500V，电流密度达到183mA/m2。该活塞连杆式摩擦纳米发电机工作时可同时驱动500个LED灯发光。
因此，可知本发明的基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机具有结构简单、成本低廉、经久耐用、输出电压高、输出电流大和输出性能稳定等优点，同时这种独特的曲柄连杆式弹性折波板结构使我们可以方便地改变所述摩擦发电机的摩擦层数量，调整输出性能。本发明所述的3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机的两种摩擦单元总是同时接触或分离，提高了运动速率。另外本发明所述的活塞连杆式摩擦纳米发电机对振动频率的要求不高，可以将自然界中低频震动的能量转化成电能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，其特征在于包括通过曲柄摇杆机构连接传动的风力扇叶机构和摩擦发电机构，摩擦发电机构中上端盖和下端盖通过螺栓螺杆连接件压紧固定于壳体的两端，壳体内壁上沿圆周方向均布有多个固定滑轨，弹性折波板基底一端安装于固定滑轨上，弹性折波板基底另一端与压紧铰座相互抵触配合，压紧铰座上通过转轴铰接有上活动杆和下活动杆，上活动杆的另一端铰接固定于活动块上，下活动杆的另一端铰接固定于固定块上，该固定块固定于支撑杆的下部，支撑杆的底端固定于下端盖内壁上，活动块滑动套设于支撑杆的上部，活动块的上部通过销轴与贯穿上端盖的连杆一端铰接，连杆另一端固定于曲柄的一端，曲柄另一端与风扇输出轴连接传动，该风扇通过固定座安装于上端盖上，弹性折波板基底与压紧铰座配合使得弹性折波板基底进行挤压，弹性折波板基底的两侧分别设有摩擦电荷相反的第一摩擦单元和第二摩擦单元，第一摩擦单元包括粘附于弹性折波板基底上的背电极和粘附于背电极上方的第一摩擦层，第二摩擦单元包括粘附于弹性折波板基底上的背电极和粘附于背电极上的第二摩擦层，在风力扇叶作用下收集周围环境中风能或可以转化为圆周运动的机械能，再由为摩擦纳米发电机提供挤压动力源的曲柄摇杆机构带动压紧铰座挤压弹性折波板基底运动，将圆周运动转化为规律性的弹性折波波基底接触分离运动，实现第一摩擦单元与第二摩擦单元同步接触分离，第一摩擦单元与第二摩擦单元接触摩擦起电，第一摩擦单元与第二摩擦单元的接触面分别带符号相反的表面电荷，当两个接触面由弹力作用而分离时，两个电极之间会形成感应电势差，通过负载连接两个电极，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，致使相互接触分离的第一摩擦单元与第二摩擦单元间电势周期性变化，驱动电子流向外电路产生交流电；所述第一摩擦层的材质为铝、铜或任意比例的铜铝合金，第一摩擦层的厚度为50μm-1mm，第二摩擦层的材质为聚四氟乙烯或尼龙，第二摩擦层的厚度为50μm-1mm；所述第二摩擦层进行高压极化处理以提高第二摩擦层表面的电荷密度。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的活塞连杆式摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一摩擦单元和第二摩擦单元中的背电极均选用导电性良好的金、银、铂、铁、铜或铝中的一种或至少两种材料的合金，当第一摩擦单元中的背电极选用以上金属或合金时，该背电极同时作为第一摩擦层。
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| WO2014139346A1 (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | 国家纳米科学中心 | 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法 |
| CN106787930A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-31 | 北京纳米能源与***研究所 | 一种弹性结构的摩擦纳米发电机 |
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