基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機(jī)，包括普通地板，在地板下方安裝有與地板接觸在一起的導(dǎo)電電極。地板為現(xiàn)有的木制地板、地板磚或者其他類型地面。導(dǎo)電電極為有較強(qiáng)導(dǎo)電能力的金屬如鋁、鐵、銅、銀、金，或?yàn)榘雽?dǎo)體材料。本發(fā)明與傳統(tǒng)的發(fā)電地板相比，不需使用額外的功能材料與器件，僅需在現(xiàn)有地板下面加一導(dǎo)電電極即可構(gòu)成。本發(fā)明制造方法簡(jiǎn)單、成本低、易于制作、可用性高、生產(chǎn)周期短，而且具有高電壓輸出和很強(qiáng)的充電能力，可以大批量大面積鋪設(shè)。本發(fā)明可用于安防、智能家居等領(lǐng)域，可作為一種自驅(qū)動(dòng)報(bào)警、主動(dòng)式可動(dòng)目標(biāo)活動(dòng)監(jiān)測(cè)的傳感器。
【專利說(shuō)明】基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機(jī)，具體涉及一種基于摩擦起電及靜電 感應(yīng)原理，可作為自驅(qū)動(dòng)報(bào)警、探測(cè)器的功能地板。

【背景技術(shù)】
[0002] 從生活環(huán)境中采集能量，被廣泛視為實(shí)現(xiàn)綠色能源和能源可持續(xù)發(fā)展的有效途 徑，將有望在無(wú)線傳輸系統(tǒng)、植入式醫(yī)療器件、乃至消費(fèi)類電子的供能中發(fā)揮重要作用。而 基于摩擦起電與靜電感應(yīng)原理的單表面摩擦發(fā)電機(jī)以其體積小、應(yīng)用便捷開始受到人們的 關(guān)注，并在壓力探測(cè)等傳感領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用。同時(shí)，基于人類運(yùn)動(dòng)發(fā)電的發(fā)電地板開始 受到人們關(guān)注。而現(xiàn)有發(fā)電地板設(shè)計(jì)大多基于電磁、壓電原理，成本高，制作過(guò)程復(fù)雜，且體 積太大，實(shí)用性不高。如何改進(jìn)發(fā)電地板，并將其應(yīng)用到從生活環(huán)境中采集能量的設(shè)計(jì)中， 是一項(xiàng)節(jié)約能量并具有環(huán)保意義的研究課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種基于現(xiàn)有地板構(gòu)成的摩擦式 發(fā)電地板。
[0004] 本發(fā)明利用可動(dòng)物體（包括人、小動(dòng)物及其他可動(dòng)物體）與地板磚間在摩擦?xí)r得 失電子的差異，通過(guò)在地板的導(dǎo)電電極將電荷傳導(dǎo)出去，利用簡(jiǎn)單合理的外電路設(shè)計(jì)，可高 效的為電容器充電，并可提供高達(dá)幾百伏的電壓輸出。通過(guò)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，還可用于安防 與智能家居領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)可動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了基于現(xiàn)有地板形成的摩擦式發(fā)電地板，該結(jié)構(gòu) 為：
[0006] -種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機(jī)，包括普通地板，在地板下方安裝有與地板接觸 在一起的導(dǎo)電電極。
[0007] 地板為現(xiàn)有的木制地板、地板磚或者其他類型地面。導(dǎo)電電極為有較強(qiáng)導(dǎo)電能力 的金屬如鋁、鐵、銅、銀、金，或?yàn)榘雽?dǎo)體材料。
[0008] 本發(fā)明提供的大面積柔性發(fā)電地板的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0009] 1、本發(fā)明提出的基于摩擦發(fā)電原理的發(fā)電地板，與傳統(tǒng)的電磁式、壓電式發(fā)電地 板相比，不需使用額外的功能材料與器件，僅需在現(xiàn)有地板下面加一導(dǎo)電電極即可構(gòu)成。
[0010] 2、本發(fā)明提出的自驅(qū)動(dòng)的發(fā)電地板，相對(duì)于傳統(tǒng)的壓力傳感器式監(jiān)控措施，具有 成本低、面積大、不需外加電源驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，并且可實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)控。
[0011] 3、本發(fā)明提出的制造方法簡(jiǎn)單、成本低、易于制作、可用性高、生產(chǎn)周期短，而且具 有高電壓輸出和很強(qiáng)的充電能力，可以大批量大面積鋪設(shè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的摩擦式發(fā)電地板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明操作原理示意圖。
[0014] 圖3為人踩在本發(fā)明上的輸出波形圖。
[0015] 圖4為人在本發(fā)電地板上單步運(yùn)動(dòng)時(shí)，一步輸出為一 447nF充電波形圖。
[0016] 圖中：1.地板,2.導(dǎo)電電極，3.鞋底，4.負(fù)載。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制。
[0018] 下面以人在上行走的地板為實(shí)例，結(jié)合附圖1-圖4闡述本發(fā)明提供的摩擦式發(fā)電 地板及其制備方法的具體步驟。
[0019] 圖1為本發(fā)明的摩擦式發(fā)電地板結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)包括：普通地板1和安裝在地 板1下方、與地板1接觸在一起的導(dǎo)電電極2。參照?qǐng)D2,圖2為本發(fā)明原理示意圖，利用圖 1中所示結(jié)構(gòu)，從導(dǎo)電電極2上引出導(dǎo)線通過(guò)負(fù)載4與地相連。當(dāng)人在地板上走動(dòng)時(shí)，由于 人的鞋底3與地板1得失電子能力的不同，人鞋底3會(huì)與地板1有相對(duì)電子的得失，從而在 導(dǎo)電電極2上感應(yīng)出相應(yīng)電子，這會(huì)在導(dǎo)電電極2與地板1之間形成電位差，這個(gè)電位差會(huì) 驅(qū)動(dòng)電子在負(fù)載電路和地中流動(dòng)，形成電流，從而將人運(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0020] 所述現(xiàn)有地板1為現(xiàn)有的木制地板、地板磚、或者其他類型地面，其厚度為 100um_20cm ;
[0021] 所述導(dǎo)電電極2為有較強(qiáng)導(dǎo)電能力的金屬如鋁、鐵、銅、銀、金或半導(dǎo)體材料，所述 的半導(dǎo)體材料包括銦錫金屬氧化物（ΙΤ0)等電阻率小于1000Ω ·πι的導(dǎo)電材料，其厚度為 20nm-5mm ；
[0022] 所述的負(fù)載4的電阻值為1M Ω -100G Ω。
[0023] 圖3為人踩在本發(fā)明上的輸出波形，從圖3可以看出，當(dāng)人在本發(fā)電地板上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，便形成交流的信號(hào)的輸出，運(yùn)動(dòng)速度不同，輸出信號(hào)也不相同，從而可以用于探測(cè)人的 運(yùn)動(dòng)。
[0024] 圖4為人在本發(fā)電地板上單步運(yùn)動(dòng)時(shí)，一步輸出為一 447nF充電波形，可以看出本 發(fā)明提供發(fā)電地板有很好的充電能力。
[0025] 本發(fā)明所提供的發(fā)電地板可以應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
[0026] 1、該發(fā)電地板成本低、制作方便、安全耐用，可大量鋪設(shè)在地面上，用于收集人或 其他動(dòng)物等可動(dòng)物體行動(dòng)時(shí)能量。
[0027] 2、該發(fā)電地板對(duì)人體或其他動(dòng)物的移動(dòng)十分敏感，因此可用于安防、智能家居等 領(lǐng)域，可作為一種自驅(qū)動(dòng)報(bào)警、主動(dòng)式可動(dòng)目標(biāo)活動(dòng)監(jiān)測(cè)的傳感器，省去了復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路 設(shè)計(jì)。
[0028] 3、通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，本發(fā)電地板輸出信號(hào)可與常用TTL和CMOS電路信號(hào)兼 容，使用單片機(jī)控制，不僅可以監(jiān)測(cè)的人的位置，也可方便測(cè)出物體移動(dòng)速度。
[0029] 以上對(duì)本發(fā)明提出的一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機(jī)及其在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn) 行了詳細(xì)說(shuō)明，并通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了具體詮釋，以幫助理解本方 面的核心原理及方法。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明 的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的前提下，所做的任何改進(jìn)、替換等均 屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機(jī)，包括普通地板（1)，其特征在于： 在地板（1)下方安裝有與地板（1)接觸在一起的導(dǎo)電電極（2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述的地板（1)為現(xiàn)有的木制地 板、地板磚或者其他類型地面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于：地板（1)厚度為100um-20cm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述導(dǎo)電電極（2)為有較強(qiáng)導(dǎo)電 能力的金屬如鋁、鐵、銅、銀或金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述導(dǎo)電電極（2)或?yàn)榘雽?dǎo)體材 料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述的半導(dǎo)體材料包括銦錫金屬 氧化物的電阻率小于1000Ω · m的導(dǎo)電材料，其厚度為20nm-5mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于：從導(dǎo)電電極（2)上引出導(dǎo)線通過(guò) 負(fù)載（4)與地相連。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK104065297SQ201410189091
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】張海霞, 程曉亮, 孟博, 張曉升, 韓夢(mèng)迪, 劉雯, 朱福運(yùn) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)