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，包括普通地板，在地板下方安裝有與地板接觸在一起的導電電極。地板為現(xiàn)有的木制地板、地板磚或者其他類型地面。導電電極為有較強導電能力的金屬如鋁、鐵、銅、銀、金，或為半導體材料。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)有地板下面加一導電電極即可構成。本發(fā)明制造方法簡單、成本低、易于制作、可用性高、生產周期短，而且具有高電壓輸出和很強的充電能力，可以大批量大面積鋪設。本發(fā)明可用于安防、智能家居等領域，可作為一種自驅動報警、主動式可動目標活動監(jiān)測的傳感器。
【專利說明】基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機，具體涉及一種基于摩擦起電及靜電 感應原理，可作為自驅動報警、探測器的功能地板。
【背景技術】
[0002] 從生活環(huán)境中采集能量，被廣泛視為實現(xiàn)綠色能源和能源可持續(xù)發(fā)展的有效途 徑，將有望在無線傳輸系統(tǒng)、植入式醫(yī)療器件、乃至消費類電子的供能中發(fā)揮重要作用。而 基于摩擦起電與靜電感應原理的單表面摩擦發(fā)電機以其體積小、應用便捷開始受到人們的 關注，并在壓力探測等傳感領域有了一定的應用。同時，基于人類運動發(fā)電的發(fā)電地板開始 受到人們關注。而現(xiàn)有發(fā)電地板設計大多基于電磁、壓電原理，成本高，制作過程復雜，且體 積太大，實用性不高。如何改進發(fā)電地板，并將其應用到從生活環(huán)境中采集能量的設計中， 是一項節(jié)約能量并具有環(huán)保意義的研究課題。
【發(fā)明內容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種基于現(xiàn)有地板構成的摩擦式 發(fā)電地板。
[0004] 本發(fā)明利用可動物體（包括人、小動物及其他可動物體）與地板磚間在摩擦時得 失電子的差異，通過在地板的導電電極將電荷傳導出去，利用簡單合理的外電路設計，可高 效的為電容器充電，并可提供高達幾百伏的電壓輸出。通過簡單的電路設計，還可用于安防 與智能家居領域，實現(xiàn)對可動目標的實時監(jiān)測。
[0005] 為達到上述目的，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，該結構 為：
[0006] -種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機，包括普通地板，在地板下方安裝有與地板接觸 在一起的導電電極。
[0007] 地板為現(xiàn)有的木制地板、地板磚或者其他類型地面。導電電極為有較強導電能力 的金屬如鋁、鐵、銅、銀、金，或為半導體材料。
[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)有地板下面加一導電電極即可構成。
[0010] 2、本發(fā)明提出的自驅動的發(fā)電地板，相對于傳統(tǒng)的壓力傳感器式監(jiān)控措施，具有 成本低、面積大、不需外加電源驅動的優(yōu)點，并且可實現(xiàn)無死角監(jiān)控。
[0011] 3、本發(fā)明提出的制造方法簡單、成本低、易于制作、可用性高、生產周期短，而且具 有高電壓輸出和很強的充電能力，可以大批量大面積鋪設。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的摩擦式發(fā)電地板結構示意圖。
[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)電地板上單步運動時，一步輸出為一 447nF充電波形圖。
[0016] 圖中：1.地板,2.導電電極，3.鞋底，4.負載。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合實施例進一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限制。
[0018] 下面以人在上行走的地板為實例，結合附圖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)電地板結構示意圖，其結構包括：普通地板1和安裝在地 板1下方、與地板1接觸在一起的導電電極2。參照圖2,圖2為本發(fā)明原理示意圖，利用圖 1中所示結構，從導電電極2上引出導線通過負載4與地相連。當人在地板上走動時，由于 人的鞋底3與地板1得失電子能力的不同，人鞋底3會與地板1有相對電子的得失，從而在 導電電極2上感應出相應電子，這會在導電電極2與地板1之間形成電位差，這個電位差會 驅動電子在負載電路和地中流動，形成電流，從而將人運動時的機械能轉化為電能。
[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] 所述導電電極2為有較強導電能力的金屬如鋁、鐵、銅、銀、金或半導體材料，所述 的半導體材料包括銦錫金屬氧化物（ΙΤ0)等電阻率小于1000Ω ·πι的導電材料，其厚度為 20nm-5mm ；
[0022] 所述的負載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，當人在本發(fā)電地板上運動 時，便形成交流的信號的輸出，運動速度不同，輸出信號也不相同，從而可以用于探測人的 運動。
[0024] 圖4為人在本發(fā)電地板上單步運動時，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)電地板可以應用于以下領域：
[0026] 1、該發(fā)電地板成本低、制作方便、安全耐用，可大量鋪設在地面上，用于收集人或 其他動物等可動物體行動時能量。
[0027] 2、該發(fā)電地板對人體或其他動物的移動十分敏感，因此可用于安防、智能家居等 領域，可作為一種自驅動報警、主動式可動目標活動監(jiān)測的傳感器，省去了復雜的驅動電路 設計。
[0028] 3、通過合理的電路設計，本發(fā)電地板輸出信號可與常用TTL和CMOS電路信號兼 容，使用單片機控制，不僅可以監(jiān)測的人的位置，也可方便測出物體移動速度。
[0029] 以上對本發(fā)明提出的一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機及其在傳感領域的應用進 行了詳細說明，并通過實例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了具體詮釋，以幫助理解本方 面的核心原理及方法。本發(fā)明并不限于上述實施方式，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明 的限制，本領域技術人員在不背離本發(fā)明的實質內容的前提下，所做的任何改進、替換等均 屬于本發(fā)明范圍內。
【權利要求】
1. 一種基于現(xiàn)有地板的摩擦發(fā)電機，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)接觸在一起的導電電極（2)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的摩擦發(fā)電機，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)權利要求1或2所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于：地板（1)厚度為100um-20cm。
4. 根據(jù)權利要求1所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于：所述導電電極（2)為有較強導電 能力的金屬如鋁、鐵、銅、銀或金。
5. 根據(jù)權利要求1所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于：所述導電電極（2)或為半導體材 料。
6. 根據(jù)權利要求5所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于：所述的半導體材料包括銦錫金屬 氧化物的電阻率小于1000Ω · m的導電材料，其厚度為20nm-5mm。
7. 根據(jù)權利要求1所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于：從導電電極（2)上引出導線通過 負載（4)與地相連。
【文檔編號】H02N1/04GK104065297SQ201410189091
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權日:2014年5月6日
【發(fā)明者】張海霞, 程曉亮, 孟博, 張曉升, 韓夢迪, 劉雯, 朱福運 申請人:北京大學