[发明专利]三维空间发电车轮

说明书

本发明涉及静电摩擦领域、车轮技术领域，特指基于静电摩擦的新型三维空间发电车轮。本发明在新型三维空间发电机车轮设计中充分利用车轮在滚动过程中的机械能，根据静电摩擦生电和静电感应的复合原理，利用内轮与摩擦弹性球接触/分离模式和滑动模式复合所产生的能量，有效地将在机械能作用下所产生的电信号通过电压转换电路与负载相连接，从而实现对移动负载和自身供电系统的充电。

技术领域

本发明涉及静电摩擦领域、车轮技术领域，特指基于静电摩擦的三维空间发电车轮。

背景技术

自1882年，英国维姆胡斯创造了圆盘式静电感应起电机起，静电摩擦生电这个无处不在的能量不断被人们所重视和广泛关注。基于摩擦电效应以及静电感应原理的静电摩擦发电机在王中林团队等众多科学团队不断努力下取得了大量的研究成果，通过周期性垂直接触/分离，面内滑动/转动或者压电效应的静电摩擦发电机已经成功地用于收集机械能。本发明承接了该研究理念，巧妙地将其应用于发电车轮的设计中。申请号为201520337205.9的中国专利申请公开了一种接触/分离模式的自行车发电车轮。在骑行过程中，贴合于车轮外侧的发电膜与车架内侧的发电膜采集车轮滚动摩擦而产生的能量并将其转换为电能。但该专利只能在一个方向上进行能量收集工作，而来自其他方向上的能量被浪费掉了，没有充分利用车轮转动过程中产生的能量。申请号为00126903.8的中国专利申请公开了一种压力发电车轮，它主要是把环形磁钢及线圈绕组分别装入车轮内构成定子与动子，利用车辆行驶时的压力作用使动子和定子中间上下运动而产生电流。但该专利所采用的环形磁钢及线圈绕组的成本高，且环形磁钢固定在轮胎内两侧，在转动压缩过程中会产生刚性摩擦，缩短环形磁钢的寿命，从而降低发电车轮整体的寿命。

而在本发明中，我们基于接触/分离与滑动的复合模式设计了一种全新的三维空间发电车轮，能收集车轮在转动过程中全空间的机械能，提高了能量的收集效率，推动了发电车轮在实际生活中的应用和发展。另外，本专利利用静电摩擦生电的研究成果对环境无污染，承接了保护环境，提倡低碳生活的思想。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种基于静电摩擦的三维空间发电车轮的设计方法。在三维空间发电机车轮设计中充分利用车轮在滚动过程中的机械能，根据静电摩擦生电和静电感应的复合原理，利用内轮与摩擦弹性球接触/分离模式和滑动模式复合所产生的能量，有效地将在机械能作用下所产生的电信号通过电压转换电路与负载相连接，从而实现对移动负载和自身供电系统的充电。

基于静电摩擦的三维空间发电车轮，其特征在于：所述发电车轮包括8～12个摩擦弹性球，外轮，内轮，金属电极，电压转换电路。上述摩擦弹性球是由高分子聚合物材料制成的空心球体，其外表面用微加工的方法制作各种规则的模型阵列，该摩擦弹性球放置于发电车轮的内轮中；上述内轮其内表面以内轮中心为基点，圆周阵列安装8～12个金属电极，上述电压转换电路包括降压变压器和交直流转换器两部分，其中交直流转换器包括依次连接的整流电路、滤波电路和稳压电路。