一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动摩擦纳米发电机装置

1.本发明涉及摩擦纳米发电机领域，特别是涉及一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动摩擦纳米发电机装置。


背景技术：

2.摩擦起电是一种常见的自然效应，基于摩擦起电和静电感应的耦合作用，王中林团队于2012年发明了摩擦纳米发电机，它可以将各种形式的机械能有效转化为电能收集起来。摩擦纳米发电机由于其重量轻、成本低、结构多样、材料选择广泛、效率高等优点，已被证明是解决能源不足问题的一个很有前途的候选方案，有着巨大的实用、商用潜力。
3.摩擦纳米发电机包括接触-分离式、滑动式、单电极式和独立层式4种基本工作模式，基于此可以开发出众多的器件结构形式。近年来，转盘式摩擦纳米发电机由于其高电压、高电荷累积量，宽倍频输出等优势，得到了领域内的广泛关注。但转盘式摩擦纳米发电机受制于滑动式和自由摩擦层式的工作特点，在转盘转动过程中，摩擦界面间往往会发生剧烈地摩擦，导致摩擦材料的快速失效。同时，转盘式摩擦纳米发电机器件一般采用硬质的转动摩擦圆盘，其平稳转动需要保证与电极圆盘之间高精度的平行关系，造成较高的器件组装难度。此外，为了提高转盘式摩擦纳米发电机的转动速率从而提高其输出效率，往往会引入传动装置。其中，双向往复传动结构最为简单，却难以与硬质转盘匹配；单向传动结构大多只能传递单程动作的能量，少数可以收集全行程动作能量的单向往复传动结构则具有较复杂的结构设计。
4.文献(choi s,cho s,yun y,et al.development of a high-performance handheld triboelectric nanogenerator[j].adv mater technol,2020,5(4):2000003.)中使用了包含活动齿的单向传动结构配合硬质转动摩擦圆盘，只能收集手部按压的能量，而齿条回复过程不传递能量。文献(yun y,jang s,cho s,et al.exo-shoe triboelectric nanogenerator:toward high-performance wearable biomechanical energy harvester[j].nano energy,2021,80:105525.)中使用了包含2套齿轮组的单向往复传动结构配合硬质转动摩擦圆盘，尽管能收集脚踩过程全行程的能量，但需要多一倍的齿轮配制及空间。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的技术问题是提供一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动摩擦纳米发电机装置，以克服现有技术中单向传动结构摩擦纳米发电机的材料磨损、能量收集不完善、结构复杂等缺陷。
[0006]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动摩擦纳米发电机装置，包括双向往复传动系统、主体外壳、定子电极圆盘和转子软摩擦圆盘，所述的双向往复传动系统包括压柄、拉伸弹簧和齿轮组，所述的主体外壳底部贴合有定子电极圆盘，该定子电极圆盘下方同轴布置有转子软摩擦圆盘，所述的主体外壳内部安装有压柄以及辅助压柄复位的拉伸弹簧，该压柄一端通过主体外壳内部安装的齿轮组与
转子软摩擦圆盘传动连接，所述的压柄转动控制转子软摩擦圆盘同步转动；
[0007]
所述的定子电极圆盘包括第一电极、第二电极和第一基底，所述的第一基底与主体外壳的底部贴合固定，该第一基底上围绕着圆周交替串联布置有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极呈间隔互补，该第一电极和第二电极均呈扇面状；
[0008]
所述的转子软摩擦圆盘上围绕着圆周均匀布置有若干个与第一电极和第二电极相配合的镂空。
[0009]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述压柄的厚度为2mm～5mm。
[0010]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述拉伸弹簧的长度为5mm～20mm，线径为0.1mm～1mm。
[0011]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述齿轮组的传动比为1～50。
[0012]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述固定支撑轴的直径为1mm～5mm。
[0013]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述主体外壳的厚度为2mm～10mm。
[0014]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述定子电极圆盘的外径为10mm～200mm，内径为1mm～50mm，厚度为0.2mm～3mm。
[0015]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，每个第一电极扇区状单元和第二电极扇区状单元构成一个扇区状单元组，扇区状单元组数为1～180，间隙为0.1mm～1mm。
[0016]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述第一电极和第二电极的材料为锡、金、银、铜、铝、镍的一种。
[0017]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述第一基底的材料为酚醛纸质板、环氧纸质板、聚酯玻璃毡板、环氧玻纤板的一种。
[0018]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述转子软摩擦圆盘的外径为10mm～200mm，内径为1mm～10mm，厚度为0.1mm～0.5mm，其各层组成材料均有一定柔性，能在外力作用下任意形变，而在正常状态下保持外形平整。
[0019]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述定子电极圆盘与所述转子软摩擦圆盘大小相同，二者之间的间隙为0mm～1mm。
[0020]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述定子电极圆盘与转子软摩擦圆盘配合使用过程中，以软接触的形式相对摩擦产生电荷。
[0021]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述摩擦层的材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶的一种。
[0022]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述摩擦层可进行等离子体刻蚀、电晕极化处理、表面微结构构筑处理方式的一种，以提高表面电荷密度和输出功率。
[0023]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述介电增强层的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚乳酸、聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶的一种。
[0024]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述第二基底材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚乳酸、聚己内酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶的一种。
[0025]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述第一电极、第二电极与所述摩擦层存在摩擦电极序差异，所述摩擦层的电负性大于所述第一电极、第二电极。
[0026]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述压柄受到竖直向下的压力时向下运动，所述拉伸弹簧被拉伸而储存弹性势能，所述齿轮组(第一齿轮-第七齿轮)，以第一传递次序传动，所述转子软摩擦圆盘围绕中心轴以第一方向例如顺时针转动；压力撤回时，所述压柄下降至最低位置，所述齿轮组(第一齿轮-第七齿轮)，停止传动，所述转子软摩擦圆盘逐渐减速转动至静止。此后，在所述拉伸弹簧的拉动作用下，所述压柄竖直向上进行回复运动，所述齿轮组(第一齿轮-第七齿轮)，以第二传递次序传动，所述转子软摩擦圆盘继续围绕中心轴以第二方向例如逆时针转动。所述第一传递次序与第二传递次序相反，所述第一方向与第二方向相反。
[0027]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述压柄所受外部驱动方式为对撞机碰撞、手按、脚踩的一种。
[0028]
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述双向往复传动系统与所述转子软摩擦圆盘匹配在一起，发挥出双向往复传动的稳定性和软摩擦圆盘的形状适应性、低惯性的优势，克服了硬质摩擦圆盘带来的高惯性对双向往复传动形式的桎梏，以较为简单的器件形式完成对全行程的能量收集。
[0029]
有益效果：本发明涉及一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动摩擦纳米发电机装置，具有以下有益效果：
[0030]
1、双向往复传动系统结构更简单，稳定性更强；
[0031]
2、能充分收集往复过程中全行程的能量；
[0032]
3、引入的转子软摩擦圆盘质量轻、结构适应性强，在保证与电极充分摩擦带电的同时，能有效降低摩擦材料的表面磨损情况，提高整体装置的输出长效性；
[0033]
4、引入的转子软摩擦圆盘能有效降低器件的组装精度。
附图说明
[0034]
图1为本发明匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置的总体结构示意图；
[0035]
图2为本发明双向往复传动系统的结构拆分示意图；
[0036]
图3为本发明定子电极圆盘摩擦界面的示意图；
[0037]
图4为本发明转子软摩擦圆盘摩擦界面的示意图；
[0038]
图5为本发明定子电极圆盘和转子软摩擦圆盘的剖面结构示意图；
[0039]
图6为本发明匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置的发电原理示意图；
[0040]
图7为本发明实施例1中1次手按下分别采用无介电增强层(#1)和有介电增强层(#2)时得到的匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线图；
[0041]
图8为本发明实施例2中1次手按下采用电晕极化处理及无介电增强层时得到的匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线图；
[0042]
图9为本发明实施例3中多次脚踩驱动下匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线图。
[0043]
图示：1、双向往复传动系统，2、固定支撑轴，3、主体外壳，4、定子电极圆盘，5、转子软摩擦圆盘，11、压柄，12、拉伸弹簧，13、第一齿轮，14、第二齿轮，15、第三齿轮，16、第四齿轮，17、第五齿轮，18、第六齿轮，19、第七齿轮，41、第一电极，42、第二电极，43、第一基底，51、摩擦层，52、介电增强层，53、第二基底。
具体实施方式
[0044]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
[0045]
实施例1
[0046]
如图1所示，本实施例提供了一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置，装置包括：包括双向往复传动系统1、固定支撑轴2、主体外壳3、定子电极圆盘4和转子软摩擦圆盘5；主体外壳3用于构成装置主体结构，同时作为支撑结构使若干个固定支撑轴2固定于其内部，固定支撑轴2作为双向往复传动系统1的中心轴。
[0047]
参考图1，固定支撑轴2的直径为2mm；主体外壳3的厚度为2mm。
[0048]
如图2所示，为本发明双向往复传动系统的结构拆分示意图，双向往复传动系统包括压柄11、拉伸弹簧12和齿轮组(依次啮合第一齿轮13、第二齿轮14、第三齿轮15、第四齿轮16、第五齿轮17、第六齿轮18和第七齿轮19)，其中，压柄11扁平一端用于接收外部机械能的输入，压柄11内部的“凹”字形镂空槽与拉伸弹簧12一端连接，压柄11另一端带齿且与第一齿轮13相啮合，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)相互之间依次啮合，其中，拉伸弹簧12两端穿过两根不同的固定支撑轴2。压柄11、拉伸弹簧12和齿轮组(第一齿轮-第七齿轮)内部都有自己独立的固定支撑轴2。
[0049]
参考图2，压柄11的厚度为3mm；拉伸弹簧12的长度为6mm，线径为0.2mm；齿轮组(第一齿轮-第七齿轮，13-19)的传动比为20。
[0050]
如图3所示，为本发明定子电极圆盘摩擦界面的示意图。如图4所示，为本发明转子软摩擦圆盘摩擦界面的示意图。如图5所示，为本发明定子电极圆盘和转子软摩擦圆盘的剖面结构示意图。定子电极圆盘4包括第一电极41、第二电极42和第一基底43，主体外壳3底部一端设置有弧形部分，该弧形部分与第一基底43相贴合，所述的第一基底43上围绕着圆周交替串联布置有第一电极41和第二电极42，所述的第一电极41和第二电极42呈间隔互补的放射阵列扇区状。
[0051]
转子软摩擦圆盘5包括摩擦层51、介电增强层52和第二基底53，转子软摩擦圆盘5与定子电极圆盘4、第七齿轮19同轴，其中，在传动过程中，转子软摩擦圆盘5和第七齿轮19同向转动。
[0052]
参考图3和图5，定子电极圆盘4的外径为60mm，内径为6mm，厚度为1.5mm；定子电极圆盘4中第一基底材料为环氧玻纤板，第一电极41和第二电极42材料为铜，其交替串联，呈间隔互补的放射阵列扇区状，每个第一电极扇区状单元和第二电极扇区状单元构成一个扇区状单元组，扇区状单元组数为9，间隙为0.3mm。
[0053]
参考图3和图4，转子软摩擦圆盘5呈镂空的放射阵列扇区状，尺寸对应于所述第一
电极和第二电极设置，扇区状单元数为9；转子软摩擦圆盘的外径为60mm，内径为2mm，其各层组成材料均有一定柔性，能在外力作用下任意形变，而在正常状态下保持外形平整；定子电极圆盘4与转子软摩擦圆盘5大小相同，二者之间的间隙为0，且在配合使用的过程中，以软接触的形式相对摩擦产生电荷。
[0054]
参考图4和图5，摩擦层51的材料为聚四氟乙烯，且未对摩擦层51进行任何处理；介电增强层52的材料为聚酰亚胺；第二基底53的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯；外部驱动方式为手按。
[0055]
参考图1，压柄11受到手部竖直向下的按压力时向下运动，拉伸弹簧12被拉伸而储存弹性势能，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)以第一传递次序传动，转子软摩擦圆盘5围绕中心轴以第一方向(例如顺时针)转动；压力撤回时，压柄11下降至最低位置，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)停止传动，转子软摩擦圆盘5逐渐减速转动至静止。此后，在拉伸弹簧12的拉动作用下，压柄11竖直向上进行回复运动，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)以第二传递次序传动，转子软摩擦圆盘5继续围绕中心轴以第二方向(例如逆时针)转动。第一传递次序与第二传递次序相反，第一方向与第二方向相反。
[0056]
如图6所示，为本发明匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置的发电原理示意图。
[0057]
参考图6，发电原理包括四个阶段。图6a为第一阶段，此时第一电极41与摩擦层51完全重合，接触界面处由于接触起电产生等量异种电荷，第一电极41带正电荷，摩擦层51带负电荷，而摩擦层51的负电荷会进一步向介电增强层52迁移。图6b为第二阶段，此时摩擦层51与介电增强层52一起转动，摩擦层51与第一电极41的接触面积减小，而与第二电极42的接触面积增大，从而使得第一电极41上的正电荷减少，第二电极42上的正电荷增加，外电路产生电流。图6c为第三阶段，此时摩擦层51与介电增强层52继续转动至摩擦层51与第二电极42完全重合，第二电极42上的正电荷增加至最大，达到平衡状态。图6d为第四阶段，此时摩擦层51与第二电极42的接触面积减小，与第一电极41的接触面积增大，正电荷从第二电极42经外电路移动至第一电极41，产生反向电流。
[0058]
如图7所示，#1为1次手按下无介电增强层52时得到的匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线，#2为1次手按下有介电增强层52时得到的匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线；由图可知，仅一次外部驱动下，匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机就能稳定持续地倍频输出；同时#1相比#2具有更大的输出电压，体现了介电增强层52的有益作用。
[0059]
实施例2
[0060]
如图1所示，本实施例提供了一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置，装置包括：包括双向往复传动系统1、固定支撑轴2、主体外壳3、定子电极圆盘4和转子软摩擦圆盘5；主体外壳3用于构成装置主体结构，同时作为支撑结构使若干个固定支撑轴2固定于其内部，固定支撑轴2作为双向往复传动系统1的中心轴。
[0061]
参考图1，固定支撑轴2的直径为2mm；主体外壳3的厚度为2mm。
[0062]
如图2所示，为本发明双向往复传动系统的结构拆分示意图，双向往复传动系统包括压柄11、拉伸弹簧12和齿轮组(依次啮合第一齿轮13、第二齿轮14、第三齿轮15、第四齿轮16、第五齿轮17、第六齿轮18和第七齿轮19)，其中，压柄11扁平一端用于接收外部机械能的
输入，压柄11内部的“凹”字形镂空槽与拉伸弹簧12一端连接，压柄11另一端带齿且与第一齿轮13相啮合，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)相互之间依次啮合，其中，拉伸弹簧12两端穿过两根不同的固定支撑轴2。压柄11、拉伸弹簧12和齿轮组(第一齿轮-第七齿轮)内部都有自己独立的固定支撑轴2。
[0063]
参考图2，压柄11的厚度为3mm；拉伸弹簧12的长度为6mm，线径为0.2mm；齿轮组(第一齿轮-第七齿轮，13-19)的传动比为20。
[0064]
如图3所示，为本发明定子电极圆盘摩擦界面的示意图。如图4所示，为本发明转子软摩擦圆盘摩擦界面的示意图。如图5所示，为本发明定子电极圆盘和转子软摩擦圆盘的剖面结构示意图。定子电极圆盘4包括第一电极41、第二电极42和第一基底43，主体外壳3底部一端设置有弧形部分，该弧形部分与第一基底43相贴合，所述的第一基底43上围绕着圆周交替串联布置有第一电极41和第二电极42，所述的第一电极41和第二电极42呈间隔互补的放射阵列扇区状。
[0065]
转子软摩擦圆盘5包括摩擦层51、介电增强层52和第二基底53，转子软摩擦圆盘5与定子电极圆盘4、第七齿轮19同轴，其中，在传动过程中，转子软摩擦圆盘5和第七齿轮19同向转动。
[0066]
参考图3和图5，定子电极圆盘4的外径为60mm，内径为6mm，厚度为1.5mm；定子电极圆盘4中第一基底材料为环氧玻纤板，第一电极41和第二电极42材料为铜，其交替串联，呈间隔互补的放射阵列扇区状，每个第一电极扇区状单元和第二电极扇区状单元构成一个扇区状单元组，扇区状单元组数为9，间隙为0.3mm。
[0067]
参考图3和图4，转子软摩擦圆盘5呈镂空的放射阵列扇区状，尺寸对应于所述第一电极和第二电极设置，扇区状单元数为9；转子软摩擦圆盘的外径为60mm，内径为2mm，其各层组成材料均有一定柔性，能在外力作用下任意形变，而在正常状态下保持外形平整；定子电极圆盘4与转子软摩擦圆盘5大小相同，二者之间的间隙为0，且在配合使用的过程中，以软接触的形式相对摩擦产生电荷。
[0068]
参考图4和图5，摩擦层51的材料为聚四氟乙烯，对摩擦层51进行电晕极化处理；第二基底53的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯；外部驱动方式为手按。
[0069]
参考图1，压柄11受到手部竖直向下的按压力时向下运动，拉伸弹簧12被拉伸而储存弹性势能，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)以第一传递次序传动，转子软摩擦圆盘5围绕中心轴以第一方向(例如顺时针)转动；压力撤回时，压柄11下降至最低位置，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)停止传动，转子软摩擦圆盘5逐渐减速转动至静止。此后，在拉伸弹簧12的拉动作用下，压柄11竖直向上进行回复运动，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)以第二传递次序传动，转子软摩擦圆盘5继续围绕中心轴以第二方向(例如逆时针)转动。第一传递次序与第二传递次序相反，第一方向与第二方向相反。
[0070]
如图6所示，为本发明匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置的发电原理示意图，详细的发电原理与实施例1相同。
[0071]
如图8所示，为采用电晕极化处理及无介电增强层时得到的匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线。由图可知，仅一次外部驱动下，匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机就能稳定持续地倍频输出；同时由图7#1和图8对比可知，图8显示出更大的输出电压，体现了电晕极化的有益作用。
[0072]
实施例3
[0073]
如图1所示，本实施例提供了一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置，装置包括：包括双向往复传动系统1、固定支撑轴2、主体外壳3、定子电极圆盘4和转子软摩擦圆盘5；主体外壳3用于构成装置主体结构，同时作为支撑结构使若干个固定支撑轴2固定于其内部，固定支撑轴2作为双向往复传动系统1的中心轴。
[0074]
参考图1，固定支撑轴2的直径为2mm；主体外壳3的厚度为3mm。
[0075]
如图2所示，为本发明双向往复传动系统的结构拆分示意图，双向往复传动系统包括压柄11、拉伸弹簧12和齿轮组(依次啮合第一齿轮13、第二齿轮14、第三齿轮15、第四齿轮16、第五齿轮17、第六齿轮18和第七齿轮19)，其中，压柄11扁平一端用于接收外部机械能的输入，压柄11内部的“凹”字形镂空槽与拉伸弹簧12一端连接，压柄11另一端带齿且与第一齿轮13相啮合，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)相互之间依次啮合，其中，拉伸弹簧12两端穿过两根不同的固定支撑轴2。压柄11、拉伸弹簧12和齿轮组(第一齿轮-第七齿轮)内部都有自己独立的固定支撑轴2。
[0076]
参考图2，压柄11的厚度为4mm；拉伸弹簧12的长度为8mm，线径为0.5mm；齿轮组(第一齿轮-第七齿轮，13-19)的传动比为20。
[0077]
如图3所示，为本发明定子电极圆盘摩擦界面的示意图。如图4所示，为本发明转子软摩擦圆盘摩擦界面的示意图。如图5所示，为本发明定子电极圆盘和转子软摩擦圆盘的剖面结构示意图。定子电极圆盘4包括第一电极41、第二电极42和第一基底43，主体外壳3底部一端设置有弧形部分，该弧形部分与第一基底43相贴合，所述的第一基底43上围绕着圆周交替串联布置有第一电极41和第二电极42，所述的第一电极41和第二电极42呈间隔互补的放射阵列扇区状。
[0078]
转子软摩擦圆盘5包括摩擦层51、介电增强层52和第二基底53，转子软摩擦圆盘5与定子电极圆盘4、第七齿轮19同轴，其中，在传动过程中，转子软摩擦圆盘5和第七齿轮19同向转动。
[0079]
参考图3和图5，定子电极圆盘4的外径为60mm，内径为6mm，厚度为1.5mm；定子电极圆盘4中第一基底材料为环氧玻纤板，第一电极41和第二电极42材料为铜，其交替串联，呈间隔互补的放射阵列扇区状，每个第一电极扇区状单元和第二电极扇区状单元构成一个扇区状单元组，扇区状单元组数为9，间隙为0.3mm。
[0080]
参考图3和图4，转子软摩擦圆盘呈镂空的放射阵列扇区状，尺寸对应于所述第一电极和第二电极设置，扇区状单元数为9；转子软摩擦圆盘的外径为60mm，内径为2mm，其各层组成材料均有一定柔性，能在外力作用下任意形变，而在正常状态下保持外形平整；定子电极圆盘与转子软摩擦圆盘大小相同，二者之间的间隙为0.1mm，且在配合使用的过程中，以软接触的形式相对摩擦产生电荷。
[0081]
参考图4和图5，摩擦层51的材料为聚四氟乙烯，且未对摩擦层51进行任何处理；介电增强层52的材料为聚酰亚胺；第二基底53的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯；外部驱动方式为脚踩。
[0082]
参考图1，将匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置嵌入鞋中，压柄11受到脚底竖直向下的压力时向下运动，拉伸弹簧12被拉伸而储存弹性势能，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)以第一传递次序传动，转子软摩擦圆盘5围绕中心轴以第一方向(例
如顺时针)转动；压力撤回时，压柄11下降至最低位置，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)停止传动，转子软摩擦圆盘5逐渐减速转动至静止。此后，在拉伸弹簧12的拉动作用下，压柄11竖直向上进行回复运动，齿轮组(第一齿轮13-第七齿轮19)以第二传递次序传动，转子软摩擦圆盘5继续围绕中心轴以第二方向(例如逆时针)转动。第一传递次序与第二传递次序相反，第一方向与第二方向相反。
[0083]
如图6所示，为本发明匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机装置的发电原理示意图，详细的发电原理与实施例1相同。
[0084]
如图9所示，为多次脚踩驱动下匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机的输出电压曲线图，由图可知，在多次脚踩动作的驱动下，匹配软摩擦圆盘的双向往复传动式摩擦纳米发电机依然能稳定持续地进行倍频输出。
[0085]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0086]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
[0087]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0088]
以上对本技术所提供的一种匹配软摩擦圆盘的双向往复传动摩擦纳米发电机装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。