一種旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)和輪軸偏心角傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，具體地，涉及一種旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)以及輪軸偏心角傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]半個(gè)世紀(jì)以來，電子設(shè)備朝著小型化，輕巧便攜的方向發(fā)展。而且由于世界能源消耗迅速增長(zhǎng)，因此從環(huán)境中獲得可持續(xù)和低成本的能源的要求越來越高。
[0003]我們的日常生活中存在各種形式的機(jī)械能，如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)、走路等等。目前，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)所利用的原理主要有靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和特殊材料的壓電性能等。
[0004]但是靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)存在體積大、適用性窄等缺點(diǎn)，電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)和壓電發(fā)電機(jī)則普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)材料有特殊要求和成本較高等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)和偏心角傳感器，可簡(jiǎn)化組成結(jié)構(gòu)，且降低生產(chǎn)成本。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)裝置上，該發(fā)電機(jī)包括:第一發(fā)電摩擦層；發(fā)電層，設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)輪上，用于在所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，與所述第一發(fā)電摩擦層接觸或者分離，且在所述發(fā)電層的接觸面上產(chǎn)生電荷；第一觸片組，電性連接在所述發(fā)電層上；以及第二觸片組，接地或者等電位源，用于在所述發(fā)電層與所述第一發(fā)電摩擦層接觸和分離的過程中，分別與所述第一觸片組至少接觸一次，且在接觸時(shí)在發(fā)電層和地或者等電位源之間形成閉合電路，產(chǎn)生瞬時(shí)正脈沖電流或負(fù)脈沖電流。
[0007]優(yōu)選地，所述發(fā)電層包括:電極層，電性連接所述第一觸片組，且覆蓋所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪的一半，用于在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，能夠與所述第一發(fā)電摩擦層完全接觸或完全分離；以及絕緣層，對(duì)應(yīng)所述電極層設(shè)置，用于覆蓋所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪的另一半。
[0008]優(yōu)選地，在所述電極層與所述第一發(fā)電摩擦層完全接觸和完全分離時(shí)，所述第一觸片組分別與所述第二觸片組至少接觸一次。
[0009]優(yōu)選地，所述電極層的材料與所述第一發(fā)電摩擦層的材料之間存在摩擦電極序差巳
[0010]優(yōu)選地，所述發(fā)電層包括:電極層，至少覆蓋所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪的一半，且電性連接所述第一觸片組，用于傳導(dǎo)電荷；第二發(fā)電摩擦層，覆蓋在所述電極層上，并且覆蓋包括所述電極層的所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪的一半，用于在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，能夠與所述第一發(fā)電摩擦層完全接觸或完全分離；以及絕緣層，對(duì)應(yīng)所述第二發(fā)電摩擦層設(shè)置，用于覆蓋包括所述電極層的所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪的另一半。
[0011]優(yōu)選地，在所述第二發(fā)電摩擦層與所述第一發(fā)電摩擦層完全接觸和完全分離時(shí)，所述第一觸片組分別與所述第二觸片組至少接觸一次。
[0012]優(yōu)選地，所述第二發(fā)電摩擦層的材料與第一發(fā)電摩擦層的材料之間存在摩擦電極序差異。
[0013]優(yōu)選地，所述第一發(fā)電摩擦層與發(fā)電層之間的接觸面均具有微米或亞微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)的接觸層。
[0014]優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)還包括:彈性層(202)，設(shè)置于所述發(fā)電層與轉(zhuǎn)動(dòng)輪之間。
[0015]優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)輪包括主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，所述發(fā)電層分別設(shè)置在所述主動(dòng)輪和/或從動(dòng)輪上。
[0016]優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括隨所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)帶，所述第一發(fā)電摩擦層設(shè)置于所述傳動(dòng)帶的下表面。
[0017]優(yōu)選地，所述主動(dòng)輪上的發(fā)電層和所述從動(dòng)輪上的發(fā)電層與所述第一發(fā)電摩擦層的接觸同步或錯(cuò)開半個(gè)周期。
[0018]優(yōu)選地，所述主動(dòng)輪上的發(fā)電層與所述從動(dòng)輪上的發(fā)電層之間的最小距離大于5cm。
[0019]優(yōu)選地，所述絕緣層的材料與第一發(fā)電摩擦層的材料相同。
[0020]優(yōu)選地，所述電極層的材料為具有導(dǎo)電性能的金屬、金屬氧化物或合金。
[0021]優(yōu)選地，所述第一觸片組包括電性連接在所述發(fā)電層上的第一觸片，所述第二觸片組包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二觸片和第三觸片，所述第二觸片和第三觸片均接地或者等電位源；在所述發(fā)電層與所述第一發(fā)電摩擦層接觸和分離的過程中，所述第一觸片分別與所述第二觸片和第三觸片接觸或分離。
[0022]優(yōu)選地，所述第一觸片、第二觸片以及第三觸片的材料分別為彈性導(dǎo)電材料。
[0023]本發(fā)明提供的另一種技術(shù)方案:一種輪軸偏心角傳感器，所述傳感器包括所述的旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)，其中，所述第一觸片組設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪的的轉(zhuǎn)軸位置處，且所述第一觸片組與所述轉(zhuǎn)軸的軸線重合；所述第二觸片組垂直所述第一觸片組且設(shè)置在所述第一觸片組的一側(cè)；當(dāng)輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)具有偏心角時(shí)，所述第一觸片組隨著所述輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)做圓錐運(yùn)動(dòng)，從而觸碰第二觸片組，在第二觸片組與所述地或者等電源之間有瞬時(shí)脈沖電流輸出，通過所述第一觸片組與第二觸片組之間的距離和兩次接觸的時(shí)間間隔計(jì)算所述偏心角。
[0024]優(yōu)選地，所述第二觸片組為兩片觸片或一個(gè)觸片。
[0025]優(yōu)選地，所述第一觸片組為導(dǎo)電剛性金屬軸。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)可直接利用旋轉(zhuǎn)裝置自身的結(jié)構(gòu)，就能將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣。且在各組成部分對(duì)材料無特殊要求，降低了生產(chǎn)成本。
[0026]在使用相同摩擦層材料的情況下，和連續(xù)輸出相比，可極大地提高輸出電流和輸出功率，擴(kuò)展了摩擦發(fā)電機(jī)在大電流方面的應(yīng)用。
[0027]由于瞬時(shí)輸出的特點(diǎn)，可以在主動(dòng)輪或從動(dòng)輪的中心位置設(shè)置導(dǎo)電金屬軸作為第一觸片，第一觸片與電極層電性連接。第二觸片和第三觸片可合并為一個(gè)觸片，將觸片垂直第一觸片放在第一觸片的一側(cè)比較小的距離。當(dāng)?shù)谝挥|片的準(zhǔn)直性比較差時(shí)，第一觸片就會(huì)在空間做圓錐運(yùn)動(dòng)，從而觸碰另一個(gè)觸片，有瞬時(shí)脈沖電流輸出，通過兩個(gè)觸片之間距離大小等可以計(jì)算出偏心角度的大小。因此可以作為高速電機(jī)輪軸偏心度測(cè)量的自驅(qū)動(dòng)角度傳感器。
[0028]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0029]附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0030]圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖一。
[0031]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0032]圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖二。
[0033]圖4是圖3的側(cè)視圖。
[0034]圖5是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖三。
[0035]圖6是圖5的側(cè)視圖。
[0036]圖7是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖四。
[0037]圖8是圖7的側(cè)視圖。
[0038]圖9是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理示意圖。
[0039]圖10是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例二的示意圖。
[0040]圖11是圖10的側(cè)視圖。
[0041]圖12是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例三的示意圖。
[0042]圖13是圖12的側(cè)視圖。
[0043]圖14是結(jié)構(gòu)實(shí)施例一中負(fù)載1ΜΩ時(shí)發(fā)電機(jī)的多周期和單周期的輸出電流曲線。
[0044]圖15是結(jié)構(gòu)實(shí)施例一中不同轉(zhuǎn)速下負(fù)載1ΜΩ時(shí)的電流峰值隨轉(zhuǎn)數(shù)的變化曲線。
[0045]圖16是結(jié)構(gòu)實(shí)施例一中輸出電壓隨轉(zhuǎn)數(shù)的變化曲線。
[0046]圖17是第一發(fā)電摩擦層的PTFE納米線的掃描電鏡圖片。
[0047]附圖標(biāo)記說明
[0048]101 傳送帶102 第一發(fā)電摩擦層
[0049]201 主動(dòng)輪202 彈性層
[0050]203 電極層204 絕緣層
[0051]205 第二發(fā)電摩擦層 301 從動(dòng)輪
[0052]302 彈性層303 電極層
[0053]304 絕緣層401 開關(guān)支架
[0054]402 底座403 開關(guān)支架
[0055]501 第一觸片502 第二觸片
[0056]503 第三觸片601 觸片
[0057]602 觸片603 觸片。
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0059]如圖1所示，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式的脈沖摩擦發(fā)電機(jī)，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)裝置上，其中，所述發(fā)電機(jī)包括第一發(fā)電摩擦層102 ;發(fā)電層，分別設(shè)置于旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)輪上，用于在所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，與所述第一發(fā)電摩擦層102接觸或者分離，且在所述發(fā)電層的接觸面上產(chǎn)生電荷；第一觸片組，電性連接在所述發(fā)電層上；第二觸片組，接地或者等電位源，用于所述發(fā)電層與所述第一發(fā)電摩擦層102接觸和分離的過程中，與所述第一觸片組均至少接觸一次，且在接觸時(shí)在發(fā)電層和地之間形成閉合電路，產(chǎn)生瞬時(shí)正脈沖電流或負(fù)脈沖電流。其中，所述等電位源可以為等電位電路。
[0060]所述轉(zhuǎn)動(dòng)輪包括主動(dòng)輪201和從動(dòng)輪301，所述發(fā)電層設(shè)置在所述主動(dòng)輪201和/或從動(dòng)輪301上。如圖1-圖11所示,所述發(fā)電層設(shè)置在主動(dòng)輪上；如圖12和圖13所示，所述發(fā)電層分別設(shè)置在主動(dòng)輪201和從動(dòng)輪301上。所述主動(dòng)輪201上的發(fā)電層和所述從動(dòng)輪301上的發(fā)電層與所述第一發(fā)電摩擦層102的接觸同步或錯(cuò)開半個(gè)