[发明专利]一种脉冲发电机、发电机组和能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米发电机领域，特别是涉及能够将机械能转化为电能的脉冲发电机和发电机组。

背景技术

振动机械能是广泛存在的能量形式，包括海浪、发动机的振动、汽车经过时高速公路、桥梁和隧道的振动等形式，以及人体运动如步行、跑动、扭动等形式，都会产生振动机械能，这些振动机械能虽然广泛存在，但是常常被忽视，没有有效的收集手段加以利用，通常被浪费。

目前，机械能转化为电能的发电机所利用的原理主要有静电感应，电磁感应和特殊材料的压电性能、静电脉冲发电机等。然而，已经发明的静电感应发电机，存在体积大、适用性窄等缺点，电磁感应发电机和压电发电机则普遍存在结构复杂，对材料有特殊要求和成本较高等缺陷。静电脉冲发电机在小型化和轻量化方面有所不足，输出功率密度较小，不能满足对各种振动机械能收集的需要。

发明内容

本发明涉及一种可以将海浪、高速公路、桥梁等等形式的振动机械能转化为电能的结构简单的脉冲发电机，能够为微型电子器件如航标、路标、警示牌等提供匹配的电源。

为实现上述目的，本发明提供一种脉冲发电机，包括：

筒状基体，所述基体的内侧壁由四个内表面围成，相邻两个所述内表面之间的夹角可以在外力作用下改变；

四个内表面上依次分别设置有第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层，所述第一电极层的上表面接触设置有第一摩擦层，所述第二电极层的上表面接触设置有第二摩擦层，所述第三电极层的上表面接触设置有第三摩擦层，所述第四电极层的上表面接触设置有第四摩擦层；所述第一电极层、第一摩擦层、第二电极层和第二摩擦层构成第一摩擦发电单元，所述第三电极层、第三摩擦层、第四电极层和第四摩擦层构成第二摩擦发电单元，

随着所述外力的作用，所述四个内表面带动所述第一摩擦层上表面与第二摩擦层上表面接触和分离，带动所述第三摩擦层上表面与第四摩擦层上表面接触和分离；所述第一摩擦发电单元和第二摩擦发电单元向外电路输出电信号。

优选的，所述基体的内侧壁围成的空间为四棱柱，所述四棱柱为底面是菱形的直棱柱。

优选的，所述第一摩擦层与第二摩擦层的材料存在摩擦电极序差异；所述第三摩擦层与第四摩擦层的材料存在电极序差异。

优选的，所述第一摩擦层、第二摩擦层、第三摩擦层和第四摩擦层的材料采用绝缘体材料。

优选的，所述绝缘体材料选自聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，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、再生纤维海绵薄膜、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、酚醛树脂薄膜、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、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。

优选的，所述第一摩擦层和/或第四摩擦层采用的绝缘材料由导电材料替代，所述导电材料选自金属、合金、铟锡氧化物、有机物导体或掺杂的半导体，其中，金属，选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒以及由2种以上物质所形成的合金；有机物导体选自自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。

优选的，所述第一摩擦层、第二摩擦层、第三摩擦层和/或第四摩擦层的全部或部分上表面设置微米或次微米量级的微结构或者纳米材料的点缀或涂层，所述微结构选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构。

优选的，所述第一摩擦层和第四摩擦层的上表面具有纳米孔或纳米坑阵列微结构；所述第二摩擦层和第三摩擦层的上表面具有垂直于表面的纳米线阵列微结构。

优选的，所述筒状基体采用弹性材料。

优选的，所述筒状基体为一体成型形成的可变形结构的筒状；

或者，筒状基体由四个片状结构通过粘贴、或者互相插接的方式连接形成可变形结构筒状。

优选的，所述第一摩擦发电单元与第二摩擦发电单元之间并联或串联连接。