[发明专利]一种振动开关式摩擦发电机和摩擦发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及将低频机械能转化为高频电信号的摩擦发电机以及发电方法。

背景技术

摩擦发电机是最近发明的一种新型的将机械能转化为电能的方式，利用得失电子能力不同的两种材料之间的互相摩擦，发生表面电荷转移，能够将广泛存在的机械能，如海浪、风能、各种运动物体的动能、以及人体活动如步行、跑动、跳动等形式的能量转变为电能，为小型电子器件如便携设备等提供电源。但是，目前，工业和家用电器适用的电源普遍需要的供电频率是50-60Hz，而摩擦发电机的输出频率受外部作用力变化频率的控制，在低频外力的作用下，无法获得高频的电学输出，不能满足电子器件高频电源的需要。

发明内容

本发明涉及一种利用振动开关的摩擦发电机将低频机械能转化为高频电学输出的发电机和发电方法，能够为电子器件提供高频电源。

为实现上述目的，本方法提供一种振动开关式摩擦发电机，包括：

第一摩擦层，所述第一摩擦层的上表面接触设置有第一电极层；

第二摩擦层，所述第二摩擦层的下表面接触设置有第二电极层；

连接件，所述连接件使所述第一摩擦层与第二摩擦层面对面设置，并且在外力作用下能够使所述第一摩擦层下表面与所述第二摩擦层上表面能够接触和分离；

振动式开关，所述振动式开关包括一个弹性振子、两个接触端和一个触发端，其中，两个接触端分别与所述第一电极层和第二电极层电连接；触发端跟随第一摩擦层和/或第一电极层相对于第二摩擦层同步运动；当所述第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面接触后分离，带动所述触发端运动并触发所述弹性振子振动，使两个接触端通过弹性振子交替与等电位源电连接，在所述弹性振子与等电位源之间产生交变电信号。

优选的，所述等电位源为地电位。

优选的，所述第一摩擦层下表面和第二摩擦层上表面分开的最大距离大于所述两个接触端之间的距离。

优选的，所述第一摩擦层下表面和第二摩擦层上表面分开的最大距离为接触表面的周长的一半。

优选的，所述弹性振子的初始振动振幅大于所述两个接触端之间距离的两倍；经过nN个振动周期后，振幅的衰减小于25%，其中，n是施加在发电机上机械力的频率，N是弹性振子的共振频率。

优选的，所述连接件为弹性结构，连接在第一摩擦层与第二摩擦层之间，或者连接在所述第一电极层与第二电极层之间。

优选的，所述振动式开关的触发端固定在所述第一摩擦层或者第一电极层上。

优选的，所述发电机还包括第一基板，所述第一电极层固定在所述第一基板上；

和/或，所述发电机还包括第二基板，所述第二电极层固定在所述第二基板上。

优选的，所述连接件为弹性结构，连接在所述第一摩擦层与第二摩擦层之间、第一电极层与第二电极层之间或者所述第一基板与第二基板之间。

优选的，所述连接件连接在所述第一基板上。

优选的，所述振动式开关的触发端固定在所述第一基板上。

优选的，所述触发端由绝缘材料组成。

优选的，所述第一摩擦层下表面和所述第二摩擦层上表面的材料之间存在摩擦电极序差异。

优选的，所述第一摩擦层下表面和所述第二摩擦层上表面为绝缘材料，所述绝缘材料选自苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚（2,6-二甲基聚亚苯基氧化物）、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。