一种密封式气动摩擦发电机的制作方法

本发明涉及一种发电机，尤其涉及一种密封式气动摩擦发电机。

背景技术：

物体和物体之间相互摩擦时会使一方带上负电，另一方带上正电，这种由于物体间摩擦而产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，且摩擦电的产生条件非常宽泛。依据物体摩擦发电现象研制的一类发电机称为摩擦发电机。

目前，采用纳米摩擦材料制作而成的摩擦发电机由于具有灵敏度高、适用范围广等特点，得到了较为普遍的应用且获得了广泛的好评。但现有的摩擦发电机在使用过程中，由于发电组件的材质及结构的原因，极容易受到外部空气、水及其它污染物的影响，从而对摩擦发电机的整体发电性能造成干扰。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可用于检测气流流动，同时不易受外界振动干扰的密封式气动摩擦发电机。

为实现上述目的，本发明的一种密封式气动摩擦发电机的具体技术方案为：

一种密封式气动摩擦发电机，包括：第一腔室，为密封腔室；第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件，层叠设置在第一腔室中；气动组件，与所述第一摩擦发电组件相连，所述气动组件可感知气压变化发生位移并带动所述第一摩擦发电组件相对于第二摩擦发电组件移动，使得所述第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件之间互相摩擦，以产生电能。

与现有的摩擦发电机相比，本发明的密封式气动摩擦发电机的优点在于：

1)本发明的密封式气动摩擦发电机在检测气流和利用气流发电过程中，可使内部的摩擦发电组件处于相对密闭的环境中，隔绝了外部空气、水及其它污染物，避免了其对发电性能的干扰。

2)本发明的密封式气动摩擦发电机可用于检测气流的流动和利用气流发电，且由于将摩擦发电组件处于密封的环境中，增强了摩擦发电机的稳定性，扩大了使用范围。

附图说明

图1为本发明的密封式气动摩擦发电机的立体图；

图2为本发明的密封式气动摩擦发电机的剖视图；

图3为本发明的密封式气动摩擦发电机的拆分图；

图4为图3中的透气屏蔽罩的结构示意图；

图5为图3中的上壳体部分的拆分图；

图6为图5中的上壳体的结构示意图；

图7为图5中的壳体内部组件的拆分图；

图8为图3中的下壳体部分的拆分图；

图9为本发明的密封式气动摩擦发电机中的摩擦发电组件的第一实施例的结构示意图；

图10为本发明的密封式气动摩擦发电机中的摩擦发电组件的第二实施例的结构示意图；

图11为本发明的密封式气动摩擦发电机中的摩擦发电组件的第三实施例的结构示意图；

图12为本发明的密封式气动摩擦发电机中的摩擦发电组件的第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种密封式气动摩擦发电机做进一步详细的描述。

如图1至图12所示，本发明的密封式气动摩擦发电机包括第一腔室、第一摩擦发电组件、第二摩擦发电组件和气动组件。其中，第一腔室为密封腔室，第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件层叠设置在第一腔室中。气动组件与第一腔室中的第一摩擦发电组件相连，气动组件可感知气压变化发生位移并带动第一摩擦发电组件相对于第二摩擦发电组件移动，使得第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件之间互相摩擦，以产生电能。此外，本发明的第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件相对的两个表面接触设置，在气动组件的带动下，第一摩擦组件能够和第二摩擦发电组件分离与接触，以产生电能。

进一步，本发明的摩擦发电机还包括第二腔室。其中，气动组件设置在第二腔室中，第二腔室的壁面上设置有气孔，气体可通过壁面上的气孔在第二腔室的内、外流动，以使第二腔室内的气压发生变化，气动组件能够在气压变化所产生的压差的作用下往复移动。

进一步，第二腔室的壁面上的气孔包括第一气孔和第二气孔，且气动组件将第二腔室分隔成吸气腔室与进气腔室，其中，第一气孔与吸气腔室连通，第二气孔与进气腔室连通。由此，当通过第一气孔将吸气腔室内的气体吸出时，吸气腔室内气压降低，而进气腔室通过第二气孔与外界大气压连通，所以两个腔室之间产生压差，进而会带动气动组件移动。当然，应注意的是，本发明中的气孔结构并不局限于此，任何可以实现通过气流推动气动组件移动的形式均可应用于本发明中。

本发明的密封式气动摩擦发电机在检测气流和利用气流发电过程中，可使内部的摩擦发电机组件处于相对密闭的环境中，隔绝了外部空气、水及其它污染物，避免了其对发电性能的干扰。

下面结合图1至图8对本发明的密封式气动摩擦发电机的具体结构进行描述。

如图1和图2所示，本发明的密封式气动摩擦发电机包括上壳体100和下壳体200，上壳体100和下壳体200之间设置有密封弹性薄膜300。其中，下壳体200为内部具有空腔且一端具有开口的桶状结构，密封弹性薄膜300封闭在下壳体200的开口处，以与下壳体200形成第一腔室；同理，密封弹性薄膜300与上壳体100形成第二腔室。此外，第一摩擦发电组件500和第二摩擦发电组件600位于下壳体200内部的空腔中，气动组件位于上壳体100的空腔中。

进一步，如图2、图3和图6所示，上壳体100的顶壁上形成有第一气孔110，侧壁上形成有第二气孔120，气动组件位于上壳体100上的第一气孔110和第二气孔120之间。此外，如图3所示，本实施例中，上壳体100的顶壁为可拆卸的透气屏蔽罩140，第一气孔110形成在透气屏蔽罩140上，且透气屏蔽罩140的底部向下延伸形成有防堵凸起141，以防止透气屏蔽罩140上的第一气孔110被封堵，影响气体的流通。

进一步，如图2和图7所示，气动组件包括振动片400。其中，振动片400活动设置在上壳体100的内部，且振动片400的边缘与上壳体100内部腔室的内壁之间气密性接触。此外，振动片400与密封弹性薄膜300的上端面相连，具体如图2中所示为二者通过一连接件间接连接；而密封弹性薄膜300的下端面与第一摩擦发电组件500相连，具体如图2中所示为二者也是通过一连接件间接连接。

进一步，振动片400将第二腔室分隔成吸气腔室与进气腔室，振动片400与上壳体100的顶壁之间为吸气腔室，振动片400与密封弹性薄膜300之间为进气腔室，且吸气腔室与第一气孔110连通，进气腔室与第二气孔120连通。由此，振动片400可在通过吸气腔室与进气腔室之间压差的作用下往复移动，并能够通过密封弹性薄膜300带动第一摩擦发电组件500移动，以与第二摩擦发电组件600接触与分离。此外，应注意的是，本发明中振动片的移动可以是在流动气体在第一腔室和第二腔室之间流通产生的压差压力、振动片及第一摩擦发电组件自身的重力、密封弹性薄膜形变所产生的弹力等共同作用下实现，也可以是仅利用其中的部分力组合完成。

进一步，如图5所示，上壳体100的内壁面上形成有导向凸起130，振 动片400的边缘处对应形成有导向凹槽410，导向凸起130可卡设在导向凹槽410中，以导引振动片400在上壳体100中往复移动。具体来说，上壳体100的内壁面上间隔形成有至少两个导向凸起130(本实施例中的导向凸起130为四个，如图6所示)，且导向凸起130在振动片400移动方向上的长度不同(本实施例中的两个导向凸起130与上壳体100等高，另外两个导向凸起130短于上壳体100的高度，如图6所示)。由此，在振动片400移动过程中，振动片400上的导向凹槽410可与长度最短的导向凸起130分离并形成气流通道，以使吸气腔室与进气腔室之间连通。

进一步，如图8所示，第一摩擦发电组件500和第二摩擦发电组件600相对设置在下壳体200中。其中，第一摩擦发电组件500与密封弹性薄膜300相连(根据需要，如图7所示，可以选择在第一摩擦发电组件500与密封弹性薄膜300之间设置有固定板700，以便在第一摩擦发电组件500刚性不足的情况下增强连接的牢固性)，第二摩擦发电组件600与下壳体200的底面之间设置有绝缘组件800，绝缘组件800用于消除壳体对摩擦发电组件的干扰。

进一步，本发明中的上壳体100和下壳体200的外部可采用涂镀金属层或加金属屏蔽层的方法，或者使振动片400、密封弹性薄膜300具有屏蔽功能，用以增强摩擦发电机的屏蔽效果。具体来说，当上壳体100与下壳体200选用金属材料时，它们可以组成电磁屏蔽罩，对摩擦发电机组件起到电磁屏蔽作用；而当上壳体100与下壳体200选用非金属材料时，可在上壳体100与下壳体200外侧设置电磁屏蔽层。。

由此，如图1至图8所示，本发明的密封式气动摩擦发电机的工作原理为：

当与第一气孔110连通的外部环境的气压发生改变(如气压降低)或有气流流通时，上壳体100的顶壁(透气屏蔽罩140)与振动片400之间形成的吸气腔室内的气体便会通过上壳体100顶壁上的第一气孔110导出，使吸气腔室内形成负压环境；而密封弹性薄膜300与振动片400之间形成的进气腔室通过第二气孔120与外界大气压连通，所以其气压保持不变。

此时，振动片400的上、下两侧便会形成压差，使得振动片400能够克 服密封弹性薄膜300的拉力(和/或振动片400及第一摩擦发电组件500自身的重力)沿上壳体100内部的导向凸起130向上滑动，而外部气体可以继续通过上壳体100侧壁上的第二气孔120进入密封弹性薄膜300与振动片400之间形成的进气腔室中，从而保持振动片400上、下的压差。

当振动片400向上移动，使得振动片400上的导向凹槽410与上壳体100的内壁面上较短的导向凸起130脱离时，上壳体100的顶壁(透气屏蔽罩140)与振动片400之间形成的吸气腔室和密封弹性薄膜300与振动片400之间形成的进气腔室便会流体连通，振动片400下方的气体可通过振动片400上的导向凹槽410流到振动片400的上方，从而使得振动片400上、下两侧的压差消失。

此时，振动片400会在密封弹性薄膜300的反弹力(和或振动片400及第一摩擦发电组件500自身的重力)的作用下向下运动，并使得振动片400上的导向凹槽410与上壳体100的内壁面上较短的导向凸起130再次卡合。重复上述过程便可以达到振动片400上下往复移动的效果。由此，上下往复移动的振动片400便可带动依次连接的密封弹性薄膜300、固定板700和第一摩擦发电组件500上下往复移动，从而使得初始状态下相互接触的第一摩擦发电组件500和第二摩擦发电组件600周期性的分离和接触，以产生电能。

下面结合图9至图12对本发明的密封式气动摩擦发电机中的摩擦发电组件的具体结构进行描述。

如图9所示，其为本发明中的摩擦发电组件的第一实施例。本实施例中，第一摩擦发电组件500包括层叠设置的第一电极层510和第一高分子聚合物绝缘层520，第二摩擦发电组件600包括层叠设置的第二电极层610和第二高分子聚合物绝缘层620，其中，第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620相对设置形成摩擦界面，第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620的表面相互摩擦可产生静电荷，第一电极层510和第二电极层610为摩擦发电机的输出电极。

进一步，第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620为选自聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚 邻苯二甲酸二烯丙酯、纤维素海绵、再生海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基，甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲醛苯酚、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。应注意的是，本实施例中的第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620优选采用不同的材料制作。

进一步，第一电极层510和第二电极层610所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

如图10所示，其为本发明中的摩擦发电组件的第二实施例。本实施例中，第一摩擦发电组件500包括层叠设置的第一电极层510和第一高分子聚合物绝缘层520，第二摩擦发电组件600包括第二高分子聚合物绝缘层620，其中，第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620相对设置形成摩擦界面，第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620的表面相互摩擦可产生静电荷，第一电极层510和外部接地电极如金属外壳为摩擦发电机的输出电极。应注意的是，本实施例中的第一高分子聚合物绝缘层520和第二高分子聚合物绝缘层620优选采用不同的材料制作。参考上述摩擦发电组件的第一种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本实施例的工作原理、其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。

如图11所示，其为本发明中的摩擦发电组件的第三实施例。本实施例中，第一摩擦发电组件500包括第一电极层510，第二摩擦发电组件600包括层叠设置的第二电极层610和第二高分子聚合物绝缘层620，其中，第一电极层510和第二高分子聚合物绝缘层620相对设置形成摩擦界面，第一电极层510和第二高分子聚合物绝缘层620的表面相互摩擦可产生静电荷，第一电极层510和第二电极层610为摩擦发电机的输出电极。参考上述摩擦发电组件的第一种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本实施例的工作原 理、其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。

如图12所示，其为本发明中的摩擦发电组件的第四实施例。本实施例中，第一摩擦发电组件500包括第一电极层510，第二摩擦发电组件600包括第二高分子聚合物绝缘层620，其中，第一电极层510和第二高分子聚合物绝缘层620相对设置形成摩擦界面，第一电极层510和第二高分子聚合物绝缘层620的表面相互摩擦可产生静电荷，第一电极层510和外部接地电极如金属外壳为摩擦发电机的输出电极。参考上述摩擦发电组件的第一种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本实施例的工作原理、其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。