[发明专利]三维空间发电车轮

摘要

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。

主权项

1.三维空间发电车轮，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，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，利用导线将各金属电极串联连接并导出，与电压转换电路的降压变压器的输入端相连接；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；前述摩擦弹性球的直径为内轮充气后内圈直径的1/3；所述摩擦弹性球与内轮之间存在两种工作模式：在内轮充足气静止状态下，摩擦弹性球由于重力作用处于内轮内壁底部，此时摩擦弹性球与金属电极接触，摩擦弹性球和金属电极之间由于摩擦电效应而产生表面电荷，根据摩擦电序列，金属电极在此接触过程中更易失电子带正电，摩擦弹性球更易得电子带负电，此时金属电极与摩擦弹性球之间处于电场平衡状态，无电势差产生，外电路无电流输出；当发电车轮运动并受到沿着竖直方向的振动时，摩擦弹性球向上弹起并与金属电极分离，发电车轮静止时电场的平衡被打破，使得金属电极具有较高的电势，电子会通过外电路负载从地流向导电的金属电极，在摩擦弹性球向上弹起上升的过程中，感应的电子流将持续产生直到新的电平衡被建立，当摩擦弹性球上升结束后，会由于重力的作用向下运动，直到摩擦弹性球再次回到内轮内壁底部，并与金属电极接触，随着发电车轮的持续运动，上述过程循环进行，实现了接触‑分离模式，完成了发电车轮运动并受到沿着竖直方向的振动时，机械能转换为电能的一个循环；当发电车轮运动时，摩擦弹性球由于发电车轮的转动，将从内轮内壁底部的金属电极上滑出，发电车轮静止时电场的平衡被打破，由于边缘电场泄露，界面处的电势差推动电子从地流向金属电极，随着摩擦弹性球与金属电极分离，感应的电子流将持续产生直到新的电平衡被建立，由于发电车轮的持续运动，摩擦弹性球将在内轮内壁持续滑动，并与内轮内壁底部相邻的金属电极接触，此时上述电平衡建立过程将循环进行，从而实现了滑动模式，完成了发电车轮在转动过程中将机械能转换为电能的一个循环，发电车轮转动过程中，内轮内壁顶部的金属电极将随着车轮转动，由原来的顶部变为底部，而内轮内壁底部的金属电极将随着车轮转动，由原来的底部变为顶部；利用导线将各金属电极串联连接并导出，此时摩擦弹性球与内轮之间产生的电信号将沿着导线被输出形成信号输出端，该输出端与电压转换电路的降压变压器的输入端相连接，用于对发电车轮所产生的交流电信号进行降压处理，再将降压变压器的输出端与交直流转换器相连，将降压后的交流电信号转换为直流电，最后与移动负载和自身供电系统相连接，对移动负载和自身供电系统进行充电。