一种自驱动手表的摩擦纳米发电装置 |
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| 申请号 | CN202011467426.X | 申请日 | 2020-12-14 | 公开(公告)号 | CN112576464A | 公开(公告)日 | 2021-03-30 |
| 申请人 | 西北农林科技大学; | 发明人 | 石美; 许紫含; 胡芊芊; 张宇洁; 高德顺; 赵高文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种自驱动 手表 的摩擦纳米发电装置，包括动 力 转换系、摩擦发电系、分离 齿轮 系、整流稳压系及电容储电系，所述摩擦发电系由二个上、下的 铜 类材质齿轮组成，均用于承载绝缘层、金属 电极 、 聚合物 层，当动力转换系的摆陀将人体运动产生的机械能转换为摆陀的周期性旋转带动摩擦发电系中的上齿轮与下齿轮产生相对摩擦，依靠两种电负性相差很大的材料摩擦从而产生交流 电能 ，将交流电能整流成直流电并储存电能。本发明的自驱动手表的摩擦纳米发电装置有效的解决了现有手表 电池 污染环境、能耗高、续航能力差的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自驱动手表的摩擦纳米发电装置，包括固定块（1）、离合杆簧（4）、水平齿轮（5）、旋转臂（17）、转动块（18）、柄轴（20）、把头（21），所述柄轴（20）的一端为圆柱形与把头（21）连接，另一端为方形轴，其上套有中间设置卡槽的卡箍，所述方形轴的端部与立轮（3）连接； |
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| 说明书全文 | 一种自驱动手表的摩擦纳米发电装置技术领域背景技术[0002] 随着电子手表数量的激增，所需电池的数量也随之成比例增长。现有的电池常采用锂电池、氧化银电池、过氧化银电池、太阳能电池和氧化汞电池这五类电池进行供电，但是这些电池需定期更换，而废弃电池存在难以追踪和回收的问题，以及潜在的环境污染和健康危害，制约了电子表产业的可持续发展。而现有机械表虽然利用动能运行，解决了电池的污染问题，但由于能耗高、存在续航能力差等缺点，因此市场占有率低。基于此，亟需开发一种绿色环保、能效高的新技术为电子手表等小型电子器件提供绿色、环保的能量来源。 发明内容[0004] 实现上述发明目的所采用的技术方案是：一种自驱动手表的摩擦纳米发电装置，包括固定块、离合杆簧、水平齿轮、旋转臂、转动块、柄轴、把头，所述柄轴的一端为圆柱形与把头连接，另一端为方形轴，其上套有中间设置卡槽的卡箍，所述方形轴的端部与立轮连接；所述转动块通过固定柱安装在手表壳体上，其一端置于柄轴的卡槽内，另一端上设有突起，其突起卡入固定块外伸弹性臂卡槽中，所述固定块将旋转臂的腰部压入卡箍的卡槽内；所述旋转臂的上部与转动块设有突起的一端侧面接触，下部通过固定销与固定块连接；所述固定块的内侧安装有离合杆簧，所述离合杆簧的自由端侧面与旋转臂下部侧面接触，所述水平齿轮安装在内啮合齿轮的外侧支架上并通过齿轮传动杆与下齿轮连接，所述的下齿轮与内啮合齿轮啮合，在下齿轮沿内啮合齿轮顺时针旋转的终点处与下齿轮对称的设置有上齿轮，所述上齿轮安装在短轴的一端，所述短轴的另一端穿过摆陀固定在手表的壳体上； 所述下齿轮和上齿轮相对的侧面上分别依设置有第一绝缘层、第一金属电极、第一聚合层和第二聚合层、第二金属电极、第二绝缘层；所述第一金属电极、第二金属电极分别通过第一导线、第三导线与电源管理器和电容连接；所述电源管理器和电容通过第二导线连接。 [0005] 所述内啮合齿轮上还设有保护盒。 [0006] 所述离合杆簧是U型离合杆簧。 [0007] 上述自驱动手表的摩擦纳米发电装置整体可划分为动力转换系、摩擦发电系、分离齿轮系、整流稳压系及电容储电系。 [0008] 所述动力转换系由摆陀构成，且为铜类材质，用于将人体运动产生的机械能转换为摆陀的周期性旋转。上述摆陀顶部中点留有孔洞并连接同材质的柱状轴，用于连接摩擦发电系中的上部齿轮。 [0009] 上述摩擦发电系由二个上、下的铜类材质齿轮组成，均用于承载绝缘层、金属电极、聚合物层1、聚合物层2。上述的上齿轮顶端固定有柱状轴，用于借助摆陀的旋转发生转动；下齿轮的底部中心连接有齿轮传动杆，侧面与半圆内啮合齿轮咬合，用于规定下齿轮的运动范围。上述的绝缘层、金属电极、第一聚合物层、第二聚合物层分别采用海绵胶带、铜电极、聚酰胺（尼龙）‑66与聚四氯乙烯，用于进行摩擦发电。 [0010] 上述的分离齿轮系，由把头、柄轴、离合杆簧、转动块、固定块、立轮、水平齿轮组成，均由铜类材质制成，用于分离承载绝缘层、金属电极、第一聚合物层、第二聚合物层的两个齿轮，减少摩擦材料损耗。上述的把头、柄轴、立轮固定连接，用于拔出把头进行换挡；上述离合杆簧、转动块、固定块固定连接，用于完成挡位的转换；上述的水平齿轮、立轮发生咬合时，立轮带动水平齿轮发生转动，水平齿轮通过齿轮传动杆与下齿轮连接，从而使下齿轮与上齿轮从接触状态转为分离状态。 [0012] 上述的电容储电系由电容器组成，用于存储电能。上述的电容器采用双电层电容器。 [0014] 2）将机械手表和电子手表的优势结合起来，既通过机械装置进行摩擦生电，具有机械手表绿色环保的特点；又通过多种芯片的配合使用，保留了电子手表丰富的功能。 [0016] 图1是本发明自驱动手表的摩擦纳米发电装置的整体示意图；图2是摩擦发电系的局部放大示意图； 图3是本发明自驱动手表的摩擦纳米发电装置的内部结构示意图； 图4是把头轴的结构示意图； 图5是换挡部分的结构示意图； 图6是分离摩擦材料部分的后侧视图； 图7是分离摩擦材料部分的前侧视图； 图8是本发明的摩擦纳米发电装置的工作流程图； 图中，1固定块；2固定销；3立轮；4离合杆簧；5水平齿轮；6连接块；7导线；8导线；9 电源管理器；10摆陀；11电容器；12导线；13上齿轮；14内啮合齿轮；15下齿轮；16齿轮传动杆；17旋转臂；18转动块；19固定销；20柄轴；21把头；22绝缘层；23金属电极；24聚合层1；25聚合层2；26金属电极；27绝缘层；28保护装置。 具体实施方式[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0018] 参见图1至图7，一种自驱动手表的摩擦纳米发电装置，包括固定块1、离合杆簧4、水平齿轮5、旋转臂17、转动块18、柄轴20、把头21，所述柄轴20的一端为圆柱形与把头21连接，另一端为方形轴，其上套有中间设置卡槽的卡箍，所述方形轴的端部与立轮3连接；所述转动块18通过固定柱19安装在手表壳体上，其一端置于柄轴20的卡槽内，另一端上设有突起，其突起卡入固定块1外伸弹性臂卡槽中，所述固定块1将旋转臂17的腰部压入卡箍的卡槽内；所述旋转臂17的上部与转动块18设有突起的一端侧面接触，下部通过固定销2与固定块1连接；所述固定块1的内侧安装有离合杆簧4，所述离合杆簧4的自由端侧面与旋转臂17下部侧面接触，所述水平齿轮5安装在内啮合齿轮14的外侧支架上并通过齿轮传动杆16与下齿轮15连接，所述的下齿轮15与内啮合齿轮14啮合，在下齿轮15沿内啮合齿轮14顺时针旋转的终点处与下齿轮15对称的设置有上齿轮13，所述上齿轮13安装在短轴的一端，所述短轴的另一端穿过摆陀10固定在手表的壳体上；所述下齿轮15和上齿轮13相对的侧面上分别依设置有第一绝缘层22、第一金属电极23、第一聚合层24和第二聚合层25、第二金属电极26、第二绝缘层27；所述第一金属电极23、第二金属电极26分别通过第一导线7、第三导线12与电源管理器9和电容11连接；所述电源管理器9和电容11通过第二导线8连接。 [0019] 所述内啮合齿轮14上还设有保护盒28，所述离合杆簧4是U型离合杆簧。 [0020] 进行充电时，拉动把头21，带动柄轴20向外移动，柄轴20上轴肩推动转动块18转动，转动块18推动旋转臂17，旋转臂17推动齿轮3与水平齿轮5啮合，转动块18上突起卡入固定块1外伸弹性臂卡槽中，使齿轮3与水平齿轮5保持啮合状态；旋转把头21，带动柄轴20、齿轮3、水平齿轮5、齿轮传动杆16、下齿轮15转动，下齿轮15沿内啮合齿轮14转动，到与上齿轮13接触位置停止，外部机械运动带动摆陀10绕轴转动，轴带动上齿轮13转动，上齿轮13上的摩擦材料与下齿轮15上附着的摩擦材料发生摩擦，产生电流，电流通过金属电极23、26、导线7、8、12传导到电容11中，进行电能的存储。 [0021] 充满电后，旋转把头21，通过柄轴20的传递带动齿轮3旋转，齿轮3啮合水平齿轮5旋转，水平齿轮5带动齿轮传动杆16旋转，齿轮传动杆16带动下齿轮15绕内啮合齿轮14转动与上齿轮13错开，停止转动把头，上齿轮13与下齿轮15上的摩擦材料不再发生接触，充电结束；按动把头21，带动柄轴20向内移动，柄轴20推动转动块18绕固定销19旋转，转动块18上的凸起卡入固定块1的外伸弹性臂槽口中，保持转动块18旋转后不再与旋转臂17接触状态，旋转臂17失去推力，在离合杆簧4推力作用下绕固定块1上的固定销2旋转，带动齿轮3被向外推动，齿轮3被带离，不再与水平齿轮5啮合，维持上齿轮13与下齿轮15的不接触状态。 [0022] 本明的一种自驱动手表的摩擦纳米发电装置发电技术构建了集微能源采集‑管理‑存储‑利用功能一体的自驱动智能微系统。通过收集人体运动时产生的机械能，经内置微系统的转化和处理，产生清洁的可用能源，减少了电池的使用，降低了带来环境污染的风险。 [0023] 摩擦纳米发电的核心技术主要由两部分组成，一是依靠两种电负性相差很大的材料摩擦从而产生电能的摩擦部分；二是将交流电整流成直流电并储存电能的电流过程。 |
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