一种直流摩擦纳米发电机

1.本实用新型涉及摩擦纳米发电领域，尤其涉及一种直流摩擦纳米发电机。


背景技术：

2.作为一种新兴的能源转换器件，基于接触起电和静电感应的摩擦纳米发电机在外力驱动下会产生周期性的交流电输出；交流信号需整流后才能为电子设备供电；整流部件的引入不仅会增加器件体积，也会降低能源利用效率；因此有必要研发直流电输出的摩擦纳米发电机。
3.目前，现有的直流发电机主要存在电刷、多相位耦合和空气击穿三种模式；然而，上述模式均存在结构较为复杂的问题：为解决旋转式直流摩擦纳米发电机必须使用电刷连接电路；为改变脉冲信号的相位并实现波峰因子约为1的稳定输出需构建多相旋转结构；为维持稳定的空气击穿要求精准控制电荷收集电极和摩擦材料之间的微小间隙。
4.此外，受限于接触起电的工作机制，介质层间的往复摩擦使器件的稳定性及耐用性面临巨大挑战。
5.上述技术问题需要解决。


技术实现要素：

6.针对现有技术之不足，本实用新型的目的在于提供一种直流摩擦纳米发电机，其结构简单，并有利于降低介质磨损，提高器件的耐久性及稳定性。
7.为实现上述目的，本实用新型特提供了一种直流摩擦纳米发电机，包括上盘体及与上盘体平行的下盘体；所述上盘体与下盘体之间转动连接有由绝缘材料制成的第一圆柱及由导电材料制成的第二圆柱和第三圆柱；所述第一圆柱的外表面固定套设有第一摩擦膜，所述第二圆柱、第三圆柱的外表面分别固定套设有第二摩擦膜、第三摩擦膜；所述第一摩擦膜与第二摩擦膜、第三摩擦膜均紧密接触，且所述第三摩擦膜、第一摩擦膜与第二摩擦膜在摩擦电序列中依次从负到正排列。
8.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第二圆柱与第三圆柱之间电连接，且在所述第二圆柱与第三圆柱的连接电路之间设有负载。
9.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一圆柱的中心固定连接有一动力输入轴，所述动力输入轴从开设于上盘体或者下盘体的轴孔穿过。
10.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第二圆柱与第三圆柱均采用铝金属制成。
11.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第二圆柱与第三圆柱平行设于第一圆柱的左右两侧。
12.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述上盘体与下盘体上设有用于与第二圆柱、第三圆柱配合定位的定位孔，所述定位孔中安装有转动轴承。
13.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一摩擦膜采用聚酯毛皮制成，
所述第二摩擦膜采用尼龙制成，所述第三摩擦膜采用fep制成。
14.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第二圆柱与第三圆柱具有相同的直径。
15.作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一圆柱的直径为第二圆柱、第三圆柱直径的一倍。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：
17.本实用新型提供的一种直流摩擦纳米发电机，由于第一摩擦膜与第二摩擦膜、第三摩擦膜均紧密接触，通过摩擦力的作用，第一圆柱在受到外力作用而旋转时可驱动第二圆柱、第三圆柱同时旋转，且由于第三摩擦膜、第一摩擦膜与第二摩擦膜在摩擦电序列中依次从负到正，各摩擦膜之间的摩擦可导致正负电荷分离且定向移动，从而可产生直流输出，实现直流发电；本实用新型结构简单，且用滚动摩擦代替滑动摩擦，有利于降低介质磨损，提高器件的耐久性及稳定性。
18.本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.图1为本实用新型的结构示意图；
20.图2为本实用新型的装配图；
21.图3为本实用新型中上盘体的结构示意图；
22.图4为本实用新型中第一圆柱的结构示意图；
23.图5为本实用新型中第一摩擦膜的结构示意图；
24.图6为本实用新型中第二圆柱与第二摩擦膜的连接图；
25.图7为本实用新型中第三圆柱与第三摩擦膜的连接图；
26.图8为本实用新型中下盘体的结构示意图；
27.图9为本实用新型的发电原理示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
29.实施例1
30.如图1-9所示：本实施例提供的一种直流摩擦纳米发电机，包括上盘体1及与上盘体1平行的下盘体2；上盘体1与下盘体2之间转动连接有由绝缘材料制成的第一圆柱3及由导电材料制成的第二圆柱4和第三圆柱5；第一圆柱3的外表面固定套设有第一摩擦膜6，第二圆柱4、第三圆柱5的外表面分别固定套设有第二摩擦膜7、第三摩擦膜8；第一摩擦膜6与第二摩擦膜7、第三摩擦膜8均紧密接触，且第三摩擦膜8、第一摩擦膜6与第二摩擦膜7在摩擦电序列中依次从负到正排列。
[0031]“上”“下”以图2所示方位为准；上盘体1与下盘体2均为圆盘结构，且均采用绝缘硬
质材料(例如有机玻璃)制成；第一圆柱3与上盘体1、下盘体2同轴设置；第一圆柱3也采用绝缘硬质材料制成；第一圆柱3可为空心的圆筒结构，以降低自重；第二圆柱4和第三圆柱5则采用硬质导电材料制成，例如，第二圆柱4与第三圆柱5均可采用铝金属制成，形成铝棒结构。
[0032]
第一摩擦膜6、第一摩擦膜6与第三摩擦膜8均为圆筒状薄膜结构；摩擦电序列是指将各种摩擦物质按照起电性质的不同(即哪个带正电、哪个带负电)排成的序列；作为其中一示例，第一摩擦膜6可采用聚酯毛皮制成，第二摩擦膜7可采用尼龙制成，第三摩擦膜8可采用fep(氟化乙烯丙烯共聚物)制成。
[0033]
由于第一摩擦膜6与第二摩擦膜7、第三摩擦膜8均紧密接触，通过摩擦力的作用，第一圆柱3在受到外力作用而旋转时可驱动第二圆柱4、第三圆柱5同时旋转，且由于第三摩擦膜8、第一摩擦膜6与第二摩擦膜7在摩擦电序列中依次从负到正，各摩擦膜之间的摩擦可导致正负电荷分离且定向移动，从而可产生直流输出，实现直流发电。
[0034]
作为对直流发电的利用，第二圆柱4与第三圆柱5之间电连接(通过导线)，且在第二圆柱4与第三圆柱5的连接电路之间设有负载9；负载9可为利用直流电的电子设备，也可以是电容器等储能设备。
[0035]
为便于动力输入，第一圆柱3的中心固定连接有一动力输入轴10，动力输入轴10从开设于上盘体1(或者下盘体2)的轴孔11穿过；动力输入轴10可与风杯等流体驱动设备相结合，以利用机械能进行发电；轴孔处可安装轴承。
[0036]
第一圆柱3、第二圆柱4、第三圆柱5的具体位置可根据需要而定；作为优选，第二圆柱4与第三圆柱5可平行设于第一圆柱3的左右两侧；上盘体1与下盘体2上可设有用于与第二圆柱4、第三圆柱5配合定位的定位孔12，定位孔中安装有转动轴承13；转动轴承13为金属件，第二圆柱4、第三圆柱5可通过转动轴承13连接导线，从而实现电连接。
[0037]
第一圆柱3、第二圆柱4、第三圆柱5的具体规格可根据需要而定；作为优选，第二圆柱4与第三圆柱5可具有相同的直径，并且第一圆柱3的直径为第二圆柱4、第三圆柱5直径的一倍。
[0038]
实施例2
[0039]
本实施例提供一种直流摩擦纳米发电机的发电放方法，其中直流摩擦纳米发电机的结构与实施例1相同，在此不再赘述。
[0040]
本实施例中，该方法的主要过程如下：
[0041]
p1.接触起电阶段：当动力输入轴10带动第一圆柱3和第一摩擦膜6旋转时，第一摩擦膜6与第二摩擦膜7、第三摩擦膜8之间的摩擦导致正负电荷分离，假设第二摩擦膜7、第三摩擦膜8转动一圈，第一摩擦膜6则转半圈，电荷均匀分布在三种摩擦膜上，此时第一摩擦膜6上的电荷达到饱和。
[0042]
p2.电荷耗散阶段：第二摩擦膜7上的正电荷、第三摩擦膜8上的负电荷分别耗散到第二圆柱4、第三圆柱5上，经外部的负载9产生直流输出；
[0043]
p3.传递电荷阶段：第二摩擦膜7、第三摩擦膜8再转动一圈，第一摩擦膜6再转动半圈，在旋转的过程中，第一摩擦膜6上的负电荷传递到第三摩擦膜8上，同理，正电荷传递到第二摩擦膜7上；此过程表明第一摩擦膜6具有传递电荷的功能；
[0044]
p4.依次循环p1-p3，不断产生直流输出，直到动力输入轴10停止转动时终止。
[0045]
以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：包括上盘体及与上盘体平行的下盘体；所述上盘体与下盘体之间转动连接有由绝缘材料制成的第一圆柱及由导电材料制成的第二圆柱和第三圆柱；所述第一圆柱的外表面固定套设有第一摩擦膜，所述第二圆柱、第三圆柱的外表面分别固定套设有第二摩擦膜、第三摩擦膜；所述第一摩擦膜与第二摩擦膜、第三摩擦膜均紧密接触，且所述第三摩擦膜、第一摩擦膜与第二摩擦膜在摩擦电序列中依次从负到正排列。2.根据权利要求1所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第二圆柱与第三圆柱之间电连接，且在所述第二圆柱与第三圆柱的连接电路之间设有负载。3.根据权利要求1所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一圆柱的中心固定连接有一动力输入轴，所述动力输入轴从开设于上盘体或者下盘体的轴孔穿过。4.根据权利要求1所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第二圆柱与第三圆柱均采用铝金属制成。5.根据权利要求1所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第二圆柱与第三圆柱平行设于第一圆柱的左右两侧。6.根据权利要求1至5任一项所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述上盘体与下盘体上设有用于与第二圆柱、第三圆柱配合定位的定位孔，所述定位孔中安装有转动轴承。7.根据权利要求1至5任一项所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一摩擦膜采用聚酯毛皮制成，所述第二摩擦膜采用尼龙制成，所述第三摩擦膜采用fep制成。8.根据权利要求1至5任一项所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第二圆柱与第三圆柱具有相同的直径。9.根据权利要求8所述的一种直流摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一圆柱的直径为第二圆柱、第三圆柱直径的一倍。

技术总结
本实用新型公开了一种直流摩擦纳米发电机，包括上盘体及与上盘体平行的下盘体；所述上盘体与下盘体之间转动连接有由绝缘材料制成的第一圆柱及由导电材料制成的第二圆柱和第三圆柱；所述第一圆柱的外表面固定套设有第一摩擦膜，所述第二圆柱、第三圆柱的外表面分别固定套设有第二摩擦膜、第三摩擦膜；所述第一摩擦膜与第二摩擦膜、第三摩擦膜均紧密接触，且所述第三摩擦膜、第一摩擦膜与第二摩擦膜在摩擦电序列中依次从负到正排列。本实用新型结构简单，并有利于降低介质磨损，提高器件的耐久性及稳定性。的耐久性及稳定性。的耐久性及稳定性。


技术研发人员：陈杰 郭瑞龙
受保护的技术使用者：重庆师范大学
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/7/20