一种旋转式的脉冲摩擦发电机和轮轴偏心角传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电机，具体地，涉及一种旋转式的脉冲摩擦发电机以及轮轴偏心角传感器。
【背景技术】
[0002]半个世纪以来，电子设备朝着小型化，轻巧便携的方向发展。而且由于世界能源消耗迅速增长，因此从环境中获得可持续和低成本的能源的要求越来越高。
[0003]我们的日常生活中存在各种形式的机械能，如旋转、振动、走路等等。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等。
[0004]但是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。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种旋转式的脉冲摩擦发电机和偏心角传感器，可简化组成结构，且降低生产成本。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种旋转式的脉冲摩擦发电机，设置于旋转装置上，该发电机包括:第一发电摩擦层；发电层，设置于所述旋转装置的转动轮上，用于在所述转动轮转动过程中，与所述第一发电摩擦层接触或者分离，且在所述发电层的接触面上产生电荷；第一触片组，电性连接在所述发电层上；以及第二触片组，接地或者等电位源，用于在所述发电层与所述第一发电摩擦层接触和分离的过程中，分别与所述第一触片组至少接触一次，且在接触时在发电层和地或者等电位源之间形成闭合电路，产生瞬时正脉冲电流或负脉冲电流。
[0007]优选地，所述发电层包括:电极层，电性连接所述第一触片组，且覆盖所述转动轮的一半，用于在转动过程中，能够与所述第一发电摩擦层完全接触或完全分离；以及绝缘层，对应所述电极层设置，用于覆盖所述转动轮的另一半。
[0008]优选地，在所述电极层与所述第一发电摩擦层完全接触和完全分离时，所述第一触片组分别与所述第二触片组至少接触一次。
[0009]优选地，所述电极层的材料与所述第一发电摩擦层的材料之间存在摩擦电极序差巳
[0010]优选地，所述发电层包括:电极层，至少覆盖所述转动轮的一半，且电性连接所述第一触片组，用于传导电荷；第二发电摩擦层，覆盖在所述电极层上，并且覆盖包括所述电极层的所述转动轮的一半，用于在转动过程中，能够与所述第一发电摩擦层完全接触或完全分离；以及绝缘层，对应所述第二发电摩擦层设置，用于覆盖包括所述电极层的所述转动轮的另一半。
[0011]优选地，在所述第二发电摩擦层与所述第一发电摩擦层完全接触和完全分离时，所述第一触片组分别与所述第二触片组至少接触一次。
[0012]优选地，所述第二发电摩擦层的材料与第一发电摩擦层的材料之间存在摩擦电极序差异。
[0013]优选地，所述第一发电摩擦层与发电层之间的接触面均具有微米或亚微米量级的微结构的接触层。
[0014]优选地，所述发电机还包括:弹性层(202)，设置于所述发电层与转动轮之间。
[0015]优选地，所述旋转装置的转动轮包括主动轮和从动轮，所述发电层分别设置在所述主动轮和/或从动轮上。
[0016]优选地，所述旋转装置包括随所述主动轮和从动轮转动的传动带，所述第一发电摩擦层设置于所述传动带的下表面。
[0017]优选地，所述主动轮上的发电层和所述从动轮上的发电层与所述第一发电摩擦层的接触同步或错开半个周期。
[0018]优选地，所述主动轮上的发电层与所述从动轮上的发电层之间的最小距离大于5cm。
[0019]优选地，所述绝缘层的材料与第一发电摩擦层的材料相同。
[0020]优选地，所述电极层的材料为具有导电性能的金属、金属氧化物或合金。
[0021]优选地，所述第一触片组包括电性连接在所述发电层上的第一触片，所述第二触片组包括对应设置的第二触片和第三触片，所述第二触片和第三触片均接地或者等电位源；在所述发电层与所述第一发电摩擦层接触和分离的过程中，所述第一触片分别与所述第二触片和第三触片接触或分离。
[0022]优选地，所述第一触片、第二触片以及第三触片的材料分别为弹性导电材料。
[0023]本发明提供的另一种技术方案:一种轮轴偏心角传感器，所述传感器包括所述的旋转式的脉冲摩擦发电机，其中，所述第一触片组设置在所述转动轮的的转轴位置处，且所述第一触片组与所述转轴的轴线重合；所述第二触片组垂直所述第一触片组且设置在所述第一触片组的一侧；当轮轴的转动具有偏心角时，所述第一触片组随着所述轮轴的转动做圆锥运动，从而触碰第二触片组，在第二触片组与所述地或者等电源之间有瞬时脉冲电流输出，通过所述第一触片组与第二触片组之间的距离和两次接触的时间间隔计算所述偏心角。
[0024]优选地，所述第二触片组为两片触片或一个触片。
[0025]优选地，所述第一触片组为导电刚性金属轴。本发明旋转式的脉冲摩擦发电机可直接利用旋转装置自身的结构，就能将旋转机械能转化为电能，结构简单，适用范围广。且在各组成部分对材料无特殊要求，降低了生产成本。
[0026]在使用相同摩擦层材料的情况下，和连续输出相比，可极大地提高输出电流和输出功率，扩展了摩擦发电机在大电流方面的应用。
[0027]由于瞬时输出的特点，可以在主动轮或从动轮的中心位置设置导电金属轴作为第一触片，第一触片与电极层电性连接。第二触片和第三触片可合并为一个触片，将触片垂直第一触片放在第一触片的一侧比较小的距离。当第一触片的准直性比较差时，第一触片就会在空间做圆锥运动，从而触碰另一个触片，有瞬时脉冲电流输出，通过两个触片之间距离大小等可以计算出偏心角度的大小。因此可以作为高速电机轮轴偏心度测量的自驱动角度传感器。
[0028]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0029]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0030]图1是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的结构实施例一的运动状态示意图一。
[0031]图2是图1的侧视图。
[0032]图3是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的结构实施例一的运动状态示意图二。
[0033]图4是图3的侧视图。
[0034]图5是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的结构实施例一的运动状态示意图三。
[0035]图6是图5的侧视图。
[0036]图7是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的结构实施例一的运动状态示意图四。
[0037]图8是图7的侧视图。
[0038]图9是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的发电原理示意图。
[0039]图10是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的结构实施例二的示意图。
[0040]图11是图10的侧视图。
[0041]图12是本发明旋转式的脉冲摩擦发电机的结构实施例三的示意图。
[0042]图13是图12的侧视图。
[0043]图14是结构实施例一中负载1ΜΩ时发电机的多周期和单周期的输出电流曲线。
[0044]图15是结构实施例一中不同转速下负载1ΜΩ时的电流峰值随转数的变化曲线。
[0045]图16是结构实施例一中输出电压随转数的变化曲线。
[0046]图17是第一发电摩擦层的PTFE纳米线的扫描电镜图片。
[0047]附图标记说明
[0048]101 传送带102 第一发电摩擦层
[0049]201 主动轮202 弹性层
[0050]203 电极层204 绝缘层
[0051]205 第二发电摩擦层 301 从动轮
[0052]302 弹性层303 电极层
[0053]304 绝缘层401 开关支架
[0054]402 底座403 开关支架
[0055]501 第一触片502 第二触片
[0056]503 第三触片601 触片
[0057]602 触片603 触片。
【具体实施方式】
[0058]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0059]如图1所示，本发明旋转式的脉冲摩擦发电机，设置于旋转装置上，其中，所述发电机包括第一发电摩擦层102 ;发电层，分别设置于旋转装置的转动轮上，用于在所述转动轮转动过程中，与所述第一发电摩擦层102接触或者分离，且在所述发电层的接触面上产生电荷；第一触片组，电性连接在所述发电层上；第二触片组，接地或者等电位源，用于所述发电层与所述第一发电摩擦层102接触和分离的过程中，与所述第一触片组均至少接触一次，且在接触时在发电层和地之间形成闭合电路，产生瞬时正脉冲电流或负脉冲电流。其中，所述等电位源可以为等电位电路。
[0060]所述转动轮包括主动轮201和从动轮301，所述发电层设置在所述主动轮201和/或从动轮301上。如图1-图11所示,所述发电层设置在主动轮上；如图12和图13所示，所述发电层分别设置在主动轮201和从动轮301上。所述主动轮201上的发电层和所述从动轮301上的发电层与所述第一发电摩擦层102的接触同步或错开半个