本发明专利技术公开了一种惯性发电装置及加速方向检测装置，发电装置包括基座、发电单元和动体，发电单元与基座固定连接，动体与基座不固定连接，当动体与发电单元接触并与该发电单元产生相互作用力时，发电单元能够将动体对其产生的作用力做的功转化为电能。通过检测不同发电单元产生的电信号，能够确定惯性方向和整个装置的加速方向。本发明专利技术能够将自然界普遍存在的强度较小且不稳定的机械能转化为电能，具有广阔应用前景。
【技术实现步骤摘要】
具有发电单元的惯性发电装置和加速方向检测装置
本专利技术属于与纳米发电及其应用相关的
，具体涉及一种具有发电单元的惯性发电装置和加速方向检测装置。
技术介绍
在微电子和材料技术高速发展的今日，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。然而，和这些微型电子器件所匹配的电源系统的研究却相对滞后，一般说来，这些微型电子器件的电源都是直接或者间接来自于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。 为了将自然界中以各种形式存在的能量转化为电能，最常用的方法是利用电磁感应原理。按照这种原理设计的专利技术装置，需要事先将各种形式的能量先转化为机械能，通过电磁感应转化为电能。例如由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能后传给电磁感应式发电机，再由发电机转换为电能。然而，这种发电机都需要相对集中、大强度的能量输入，对于人们日常活动中产生的以及自然界存在的强度较小的能量，基本都无法将其有效的转化为电能。同时，传统发电机的体积较大、结构复杂，无法作为微型电子器件的供电元件使用。因此，若能将运动、振动等自然存在的强度较小的机械能转化为电能，将具有极其重要的意义。 此外，现有的加速度测量装置往往需要外接电源，这限制了加速度计的应用。如果能够设计一种不依靠外部电源而直接能够检测加速度的加速度测量装置，则将大大提高其应用价值。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题 本专利技术所要解决的一个技术问题是目前的发电装置无法有效地利用自然界中由震动、冲击、风力或海潮等强度较小且不稳定的机械能。 本专利技术所要解决的另一个问题是现有的加速方向检测装置必须依赖外部电源，因而导致其应用受外界环境的制约。 ( 二 )技术方案 本专利技术提出一种惯性发电装置，包括基座、发电单元，还包括动体，所述发电单元与所述基座固定连接，所述动体与所述基座不固定连接，其中，当所述动体与所述发电单元接触并与该发电单元产生相互作用力时，所述发电单元能够将所述动体对其产生的作用力做的功的至少一部分转化为电能。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，当所述动体受到一个相对于所述基座的惯性力时，该动体与所述发电单元接触并与该发电单元产生相互作用力。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述发电单元和所述动体之间的距离被限制于一个范围内，以便二者能够在随机发生的不同方向的惯性力的作用下而发生随机的多次触碰。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述基座是中空的腔体结构，所述发电单元和所述动体均位于所述基座的内部。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述基座是中空的密闭腔体。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述基座是一个圆筒形的壳体，所述动体是一个圆柱形的滚柱，所述发电单元具有多个，它们均匀设置在所述壳体的内侧表面上。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述基座是中空的球体壳体，所述动体是一个滚球，所述发电单元具有多个，并且以等间隔分布的形式固定于该壳体的内壁。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述发电单元包括纳米发电材料。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述发电单元包括从上至下依次叠置的顶电极、第一摩擦层、弹性隔离件、第二摩擦层和底电极，其中，所述顶电极和所述第一摩擦层紧密相接构成上部分，所述底电极和所述第二摩擦层紧密相接构成下部分；所述第一摩擦层和第二摩擦层在摩擦电极序中处于不同的位置；所述弹性隔离件分别与上部分与下部分相连，并使得:在无外力作用于所述上部分时，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层相互分隔以一定的距离；当上部分受到朝向所述下部分的作用力时，所述上部分能够朝向所述下部分移动并接触所述下部分；并且，当所述上部分受到的朝向所述下部分的作用力减小或消失时，所述上部分能够远离所述下部分移动。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述弹性隔离件是由绝缘材料构成的弹性体。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述弹性隔离件连接于所述第一摩擦层与所述第二摩擦层的接触面上，或者连接于所述上部分或下部分的侧面。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述弹性隔离件容纳于开设于所述第一摩擦层和/或所述第二摩擦层的沉孔中。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述发电单元包括从上至下层叠紧密接触的顶电极、介质层、压电层和底电极。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述压电层包括压电薄膜或压电纳米结构材料。 本专利技术还提出一种加速方向检测装置，其特征在于，包括所述的惯性发电装置，该惯性发电装置包括多个设置于所述基座的不同位置的发电单元，通过测量不同发电单元产生的电信号来确定所述动体受到的惯性力的方向，从而测得该加速方向检测装置的加速度方向。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述加速方向检测装置用于检测二维的加速方向，所述基座是一个中空的壳体，所述多个发电单元平面对称地分布在所述壳体的内表面上，所述动体在壳体内部的一个平面内运动。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述加速方向检测装置用于检测三维的加速方向，所述基座是一个中空的壳体，所棕多个发电单元以中心对称的方式设置在所述壳体的内表面上,所述动体在所述壳体内部可以作三维空间运动。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述动体和壳体之间具有多个弹性连接件，所述多个所述弹性连接件均匀分布在所述动体与壳体之间。 根据本专利技术的一种【具体实施方式】，在未受到外力作用时，所述动体位于所述壳体内表面围成的结构的中心位置。 (三)有益效果 本专利技术利用了静电及压电发电原理，能够将自然界普遍存在的强度较小且不稳定的机械能转化为电能。 本专利技术的结构简单，成本低廉，并且适用面广，不受外界环境的制约。 [0031 ] 本专利技术的加速方向检测装置不需要外部电源，能够应用于各种复杂的环境。 【附图说明】 图1是本专利技术的具有发电单元的惯性发电装置的原理示意图； 图2是本专利技术的发电单元的结构示意图； 图3是本专利技术的发电单元的上、下两个部分在垂直于层叠面的方向移动时产生电能的原理图； 图4是本专利技术的发电单元的另一种工作状态产生电能的原理图； 图5是压电发电单元的原理结构图； 图6是本专利技术的第一实施例的筒形发电装置的截面剖视图； 图7是本专利技术的第一实施例的筒形发电装置的发电单元为摩擦发电单元的示意图； 图8是本专利技术的第二实施例的惯性发电装置的结构图。 【具体实施方式】 不同摩擦电极序的材料在相对运动时会产生静电电荷，利用这种电荷，我们就能将这种相对运动时的机械能转换为电能。因此，静电发电技术能够利用自然界中存在的各种机械能来产生电能。 根据上述静电发电的基本原理，本专利技术构造了一种惯性发电装置，其中包括有发电单元。当外力对惯性发电装置做功时，该惯性发电装置将该外力转化为对发电单元的惯性力，该惯性力对发电单元产生作用而产生电能。 进一步，通过进一步的构造，本专利技术利用发电单元产生的电能而发出电信号，并使该电信号与惯性力的方向存在对应关系，从而能够根据惯性力的方向确定外力的方向(惯性力的反方向或接近于惯性力的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种惯性发电装置，包括基座(10)、发电单元(20)，其特征在于，还包括动体(30)，所述发电单元(20)与所述基座(10)固定连接，所述动体(30)与所述基座(10)不固定连接，其中，当所述动体(30)与所述发电单元(20)接触并与该发电单元(20)产生相互作用力时，所述发电单元(20)能够将所述动体(30)对其产生的作用力做的功的至少一部分转化为电能。
【技术特征摘要】
1.一种惯性发电装置，包括基座(10)、发电单元(20)，其特征在于，还包括动体(30)，所述发电单元(20)与所述基座(10)固定连接，所述动体(30)与所述基座(10)不固定连接，其中， 当所述动体(30)与所述发电单元(20)接触并与该发电单元(20)产生相互作用力时，所述发电单元(20)能够将所述动体(30)对其产生的作用力做的功的至少一部分转化为电倉泛。2.如权利要求1所述的惯性发电装置，其特征在于，当所述动体(30)受到一个相对于所述基座(10)的惯性力时，该动体(30)与所述发电单元(20)接触并与该发电单元(20)产生相互作用力。3.如权利要求1或2所述的惯性发电装置，其特征在于，所述发电单元(20)和所述动体(30)之间的距离被限制于一个范围内，以便二者能够在随机发生的不同方向的惯性力的作用下而发生随机的多次触碰。4.如权利要求1-3任一项所述的惯性发电装置，其特征在于，所述基座(10)是中空的腔体结构，所述发电单元(20)和所述动体(30)均位于所述基座(10)的内部。5.如权利要求4所述的惯性发电装置，其特征在于，所述基座(10)是中空的密闭腔体。6.如权利要求4或5所述的惯性发电装置，其特征在于，所述基座(10)是一个圆筒形的壳体(11)，所述动体是一个圆柱形的滚柱(31)，所述发电单元(21)具有多个，它们均匀设置在所述壳体(11)的内侧表面上。7.如权利要求4或5所述的惯性发电装置，其特征在于，所述基座(10)是中空的球体壳体(11)，所述动体(30)是一个滚球，所述发电单元具有多个，并且以等间隔分布的形式固定于该壳体(11)的内壁。8.如权利要求1-7任一项所述的惯性发电装置，其特征在于，所述发电单元(20)包括从上至下依次叠置的顶电极(211)、第一摩擦层(212)、弹性隔离件(210)、第二摩擦层(213)和底电极(214)，其中， 所述顶电极(211)和所述第一摩擦层(212)紧密相接构成上部分，所述底电极(214)和所述第二摩擦层(213)紧密相接构成下部分； 所述第一摩擦层(212)和第二摩擦层(213)在摩擦电极序中处于不同的位置； 所述弹性隔离件(210)分别与所述上部分与下部分相连，并使得:在无外力作用于所述上部分时，所述第一摩擦层...
【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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