振動摩擦發(fā)電機(jī)以及振動傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種振動摩擦發(fā)電機(jī)以及振動傳感器。該振動摩擦發(fā)電機(jī)包括：內(nèi)部具有腔室的屏蔽罩；位于腔室中的往復(fù)運(yùn)動件，往復(fù)運(yùn)動件的第一端與屏蔽罩的內(nèi)壁固定連接，第二端被構(gòu)造成能夠在外力作用下做往復(fù)運(yùn)動；若干組摩擦發(fā)電組件，每組摩擦發(fā)電組件包括第一和第二摩擦發(fā)電部，其中，第一摩擦發(fā)電部與往復(fù)運(yùn)動件的第二端固定連接，第二摩擦發(fā)電部絕緣地設(shè)置在屏蔽罩的內(nèi)壁上，第一和第二摩擦發(fā)電部二者的表面相互對應(yīng)；在外力作用下，往復(fù)運(yùn)動件的第二端帶動第一摩擦發(fā)電部做往復(fù)運(yùn)動，使第一和第二摩擦發(fā)電部相互對應(yīng)的表面之間接觸和分離從而產(chǎn)生電荷。該振動摩擦發(fā)電機(jī)可以收集微小震動能量，結(jié)構(gòu)簡單，制作、安裝、養(yǎng)護(hù)成本低。
【專利說明】振動摩擦發(fā)電機(jī)以及振動傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于摩擦發(fā)電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種振動摩擦發(fā)電機(jī)以及振動傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]為了將機(jī)械能有效地轉(zhuǎn)化為電能，傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化機(jī)械基本上都是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的。例如:先通過水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)分別將水流，氣流，燃料燃燒的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能加以利用。這些發(fā)電機(jī)都需要相對集中、大強(qiáng)度的能量輸入，而對于人們?nèi)粘；顒又挟a(chǎn)生的以及自然界存在的強(qiáng)度較小的動能，基本都無法將其有效的轉(zhuǎn)化為電能。同時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法作為微型電子器件的供電元件使用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本實(shí)用新型的第一個(gè)目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠利用環(huán)境中微小能量的振動摩擦發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型的第二個(gè)目的在于提出一種靈敏度高的振動傳感器。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種振動摩擦發(fā)電機(jī)，可以包括:內(nèi)部具有腔室的屏蔽罩；位于所述腔室中的往復(fù)運(yùn)動件，所述往復(fù)運(yùn)動件的第一端與所述屏蔽罩的內(nèi)壁固定連接，第二端被構(gòu)造成能夠在外力作用下做往復(fù)運(yùn)動；若干組摩擦發(fā)電組件，每組摩擦發(fā)電組件包括第一摩擦發(fā)電部和第二摩擦發(fā)電部，其中，所述第一摩擦發(fā)電部與所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端固定連接，所述第二摩擦發(fā)電部絕緣地設(shè)置在所述屏蔽罩的內(nèi)壁上，所述第一摩擦發(fā)電部和第二摩擦發(fā)電部二者的表面相互對應(yīng)，在外力作用下，所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端帶動所述第一摩擦發(fā)電部做往復(fù)運(yùn)動，使所述第一摩擦發(fā)電部和所述第二摩擦發(fā)電部相互對應(yīng)的表面之間接觸和分離從而產(chǎn)生電荷。
[0005]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)能夠廣泛地收集微小震動能量，具有結(jié)構(gòu)簡單，制作、安裝、養(yǎng)護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]可選地，還包括:質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊位于所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端與所述第一摩擦發(fā)電部之間。
[0007]可選地，所述往復(fù)運(yùn)動件為懸臂梁，所述懸臂梁的第二端往復(fù)運(yùn)動方向與所述懸臂梁的延伸方向垂直。
[0008]可選地，所述摩擦發(fā)電組件數(shù)目為多組時(shí)，多個(gè)所述第一摩擦發(fā)電部設(shè)置在所述懸臂梁的兩側(cè)或同側(cè)。
[0009]可選地，所述往復(fù)運(yùn)動件為彈簧，所述彈簧的第二端往復(fù)運(yùn)動方向與所述彈簧的延伸方向一致。
[0010]可選地，所述屏蔽罩的材料為金屬，或所述屏蔽罩的材料為金屬和非金屬材料的組合，所述非金屬材料作為所述屏蔽罩的支撐結(jié)構(gòu)，所述金屬材料包覆在所述非金屬材料的外表層或內(nèi)表層。
[0011]可選地，所述屏蔽罩內(nèi)壁涂有絕緣涂層。
[0012]可選地，所述第一摩擦發(fā)電部包括第一高分子聚合物層，其中，所述第一高分子聚合物層與所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端相連，并且所述第二摩擦發(fā)電部包括第二電極層，其中，所述第二電極層的第一側(cè)面與所述屏蔽罩的內(nèi)壁絕緣接觸。
[0013]可選地，所述第二摩擦發(fā)電部還包括第二高分子聚合物層，其中，所述第二高分子聚合物層與所述第二電極層的第二側(cè)面接觸。
[0014]可選地，所述第一摩擦發(fā)電部還包括第一電極層，其中，所述第一電極層位于所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端與所述第二高分子聚合物層之間。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的振動傳感器，可以包括:上文公開的任一種不具有第一電極層的振動摩擦發(fā)電機(jī)和感應(yīng)記錄裝置，其中，所述振動摩擦發(fā)電機(jī)中的所述屏蔽罩和所述第二電極層分別連接至所述感應(yīng)記錄裝置的兩個(gè)輸入端；所述第一摩擦發(fā)電部和所述第二摩擦發(fā)電部互相接觸和分離并產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電信號被所述感應(yīng)記錄裝置記錄。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的振動傳感器，可以包括:上文公開的任一種具有第一電極層的振動摩擦發(fā)電機(jī)和感應(yīng)記錄裝置，其中，所述振動摩擦發(fā)電機(jī)中的所述第一電極層和所述第二電極層分別連接至所述感應(yīng)記錄裝置的兩個(gè)輸入端；所述第一摩擦發(fā)電部和所述第二摩擦發(fā)電部互相接觸和分離并產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電信號被所述感應(yīng)記錄裝置記錄。
[0017]本實(shí)用新型實(shí)施例的振動傳感器具有能夠監(jiān)測微小震動、靈敏度高、自屏蔽抗干擾、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0018]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0020]圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本實(shí)用新型第四實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本實(shí)用新型第五實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是本實(shí)用新型第六實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是本實(shí)用新型第七實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8是本實(shí)用新型第八實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖9是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的振動傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。
[0030]本實(shí)用新型第一方面提出了一種振動摩擦發(fā)電機(jī)，包括:內(nèi)部具有腔室的屏蔽罩1、位于腔室中的往復(fù)運(yùn)動件2，以及若干組摩擦發(fā)電組件3。屏蔽罩1能夠?qū)ζ渌M件進(jìn)行密封，對外界干擾進(jìn)行屏蔽，以及可以作為部分組件的支撐結(jié)構(gòu)。往復(fù)運(yùn)動件2的第一端與屏蔽罩1的內(nèi)壁固定連接，第二端被構(gòu)造成能夠在外力作用下做往復(fù)運(yùn)動。每組摩擦發(fā)電組件3包括第一摩擦發(fā)電部31和第二摩擦發(fā)電部32。其中，第一摩擦發(fā)電部31與往復(fù)運(yùn)動件2的第二端固定連接，第二摩擦發(fā)電部32絕緣地設(shè)置在屏蔽罩1的內(nèi)壁上，第一摩擦發(fā)電部31和第二摩擦發(fā)電部32 二者的表面相互對應(yīng)。在外力作用下，往復(fù)運(yùn)動件2的第二端帶動第一摩擦發(fā)電部31做往復(fù)運(yùn)動，使第一摩擦發(fā)電部31和第二摩擦發(fā)電部32相互對應(yīng)的表面之間接觸和分離從而產(chǎn)生電荷。
[0031]本實(shí)用新型上述實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、能有效利用微小能源等優(yōu)點(diǎn)。
[0032]可選地，為了增大往復(fù)運(yùn)動件2的第二端和第一摩擦發(fā)電部31的運(yùn)動慣性，還可以在往復(fù)運(yùn)動件2的第二端與第一摩擦發(fā)電部31之間設(shè)置質(zhì)量塊4。
[0033]可選地，屏蔽罩1的材料可以為金屬。屏蔽罩1的材料還可以為金屬和非金屬材料的組合，其中非金屬材料作為屏蔽罩1的支撐結(jié)構(gòu)，金屬材料包覆在非金屬材料的外表層或內(nèi)表層。
[0034]可選地，為了實(shí)現(xiàn)較好的絕緣效果，屏蔽罩1內(nèi)壁涂有絕緣涂層5。
[0035]可選地，振動摩擦發(fā)電機(jī)中往復(fù)運(yùn)動件2可以采用懸臂梁21，下面結(jié)合圖1至圖5進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036]圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)中往復(fù)運(yùn)動件2采用懸臂梁21。懸臂梁21可以水平設(shè)置，其第一端(即圖中示出的左端)固定在屏蔽罩1的內(nèi)壁上，其第二端(即圖中示出的右端)可以自由地做上下方向往復(fù)運(yùn)動，即第二端往復(fù)運(yùn)動方向與懸臂梁21自身延伸方向基本垂直。振動摩擦發(fā)電機(jī)中包括一組摩擦發(fā)電組件3，該摩擦發(fā)電組件3可以設(shè)置在懸臂梁21的下方。摩擦發(fā)電組件3包括第一摩擦發(fā)電部31和第二發(fā)電部32。其中，第一摩擦發(fā)電部31包括第一高分子聚合物層311，第二摩擦發(fā)電部32包括第二電極層322。第一高分子聚合物層311通過質(zhì)量塊4與懸臂梁21的第二端相連。第二電極層322絕緣地設(shè)置在屏蔽罩1的內(nèi)壁上。第一高分子聚合物層311的下表面與第二電極層322的上表面相對。該實(shí)施例中，屏蔽罩1和第二電極層322作為振動摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出端。
[0037]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程為:在受到外力作用(例如受到振動)時(shí)，懸臂梁21發(fā)生彈性形變，懸臂梁21的第二端做垂直方向上下往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)懸臂梁21的第二端向下運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向下運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向下運(yùn)動到與第二電極層322接觸并且摩擦產(chǎn)生靜電荷，第二電極層322與屏蔽罩1(相當(dāng)于零電位)之間出現(xiàn)電勢差，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)懸臂梁21的第二端向上運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向上運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向上運(yùn)動到與第二電極層322分離，此時(shí)已平衡的第二電極層322與屏蔽罩1之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。
[0038]圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)包括兩組摩擦發(fā)電組件3。這兩組摩擦發(fā)電組件3可以通過串聯(lián)或并聯(lián)的形式進(jìn)行電學(xué)連接，以增大振動摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電壓和/或輸出電流，從而增大振動摩擦發(fā)電機(jī)的輸出功率。需要說明的是，本實(shí)用新型的振動摩擦發(fā)電機(jī)可以包括若干組摩擦發(fā)電組件3，此處兩組僅是出于示例的方便而非限制。圖2所示實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程與圖1所示的實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程相同，此處不贅述。
[0039]圖3是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該振動摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦發(fā)電組件3中:第一摩擦發(fā)電部31包括第一高分子聚合物層311，第二摩擦發(fā)電部32包括第二高分子聚合物層321和第二電極層322。第一高分子聚合物層311通過質(zhì)量塊4與懸臂梁21的第二端相連。第二電極層322的下表面與屏蔽罩1的內(nèi)壁絕緣地接觸。第二電極層322之上設(shè)有第二高分子聚合物層321。第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面相對。該實(shí)施例中，第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面摩擦生電，屏蔽罩1和第二電極層322作為振動摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出端。
[0040]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程為:在受到外力作用(例如受到振動)時(shí)，懸臂梁21發(fā)生彈性形變，懸臂梁21的第二端做上下往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)懸臂梁21的第二端向下運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向下運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向下運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321接觸并且摩擦產(chǎn)生靜電荷，第二電極層322與屏蔽罩1(相當(dāng)于零電位)之間出現(xiàn)電勢差，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)懸臂梁21的第二端向上運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向上運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向上運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321分離，此時(shí)已平衡的第二電極層322與屏蔽罩1之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。
[0041 ] 圖4是本實(shí)用新型第四實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該振動摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦發(fā)電組件3中:第一摩擦發(fā)電部31包括第一電極層312和第一高分子聚合物層311，第二摩擦發(fā)電部32包括第二高分子聚合物層321和第二電極層322。第一電極層312的上表面通過質(zhì)量塊4與懸臂梁21的第二端相連。第一電極層312之下設(shè)有第一高分子聚合物層311。第二電極層322的下表面與屏蔽罩1的內(nèi)壁絕緣地接觸。第二電極層322之上設(shè)有第二高分子聚合物層321。第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面相對。該實(shí)施例中，第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面摩擦生電，第一電極層312和第二電極層322作為振動摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出端。
[0042]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程為:在受到外力作用(例如受到振動)時(shí)，懸臂梁21發(fā)生彈性形變，懸臂梁21的第二端做上下往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)懸臂梁21的第二端向下運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4、第一電極層312和第一高分子聚合物層311也跟隨地向下運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向下運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321接觸并且摩擦產(chǎn)生靜電荷，第一電極層312和第二電極層322之間出現(xiàn)電勢差，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)懸臂梁21的第二端向上運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4、第一電極層312和第一高分子聚合物層311也跟隨地向上運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向上運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321分離，此時(shí)已平衡的第一電極層312和第二電極層322之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。
[0043]圖5是本實(shí)用新型第五實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該振動摩擦發(fā)電機(jī)與圖3所示的振動摩擦發(fā)電機(jī)類似，均包括多組(圖中顯示兩組)摩擦發(fā)電組件3。需要說明的是，由于采用懸臂梁21具有結(jié)構(gòu)對稱特性，多組摩擦發(fā)電組件3可以基本對稱地設(shè)置在懸臂梁21的兩側(cè)，即多個(gè)第一摩擦發(fā)電部31可以分別設(shè)置在懸臂梁21的兩側(cè)。在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，多組摩擦發(fā)電組件3也可以都設(shè)置在懸臂梁21的同側(cè)。圖5所示實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程與圖4所示的實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程相同，此處不贅述。
[0044]可選地，振動摩擦發(fā)電機(jī)中往復(fù)運(yùn)動件2可以采用彈簧22，下面結(jié)合圖6至圖8進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0045]圖6是本實(shí)用新型第六實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該振動摩擦發(fā)電機(jī)中往復(fù)運(yùn)動件2采用彈簧22。彈簧22可以垂直設(shè)置，其第一端(即圖中示出的上端)固定在屏蔽罩1的內(nèi)壁上，其第二端(即圖中示出的下端)可以自由地做上相往復(fù)運(yùn)動，即第二端往復(fù)運(yùn)動方向與彈簧22自身延伸方向基本一致。振動摩擦發(fā)電機(jī)僅中包括一組摩擦發(fā)電組件3，該摩擦發(fā)電組件3可以設(shè)置在彈簧22的下方。其中，第一摩擦發(fā)電部31包括第一高分子聚合物層311，第二摩擦發(fā)電部32包括第二電極層322。第一高分子聚合物層311通過質(zhì)量塊4與彈簧22的第二端相連。第二電極層322絕緣地設(shè)置在屏蔽罩1的內(nèi)壁上。第一高分子聚合物層311的下表面與第二電極層322的上表面相對。該實(shí)施例中，屏蔽層1和第二電極層322作為振動摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出端。
[0046]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程為:在受到外力作用(例如受到振動)時(shí)，彈簧22發(fā)生彈性形變，彈簧22的第二端做上下往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)彈簧22的第二端向下運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向下運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向下運(yùn)動到與第二電極層322接觸并且摩擦產(chǎn)生靜電荷，第二電極層322與屏蔽罩1 (相當(dāng)于零電位)之間出現(xiàn)電勢差，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)彈簧22的第二端向上運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向上運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向上運(yùn)動到與第二電極層322分離，此時(shí)已平衡的第二電極層322與屏蔽罩1之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。
[0047]需要說明的是，本實(shí)用新型的采用彈簧22作為往復(fù)運(yùn)動件2的振動摩擦發(fā)電機(jī)中也可以包括若干組摩擦發(fā)電組件3，若干組摩擦發(fā)電組件3的分布也可以根據(jù)需要靈活設(shè)置，本文不贅述。
[0048]圖7是本實(shí)用新型第七實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該振動摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦發(fā)電組件3中:第一摩擦發(fā)電部31包括第一高分子聚合物層311，第二摩擦發(fā)電部32包括第二高分子聚合物層321和第二電極層322。第一高分子聚合物層311通過質(zhì)量塊4與彈簧22的第二端相連。第二電極層322的下表面與屏蔽罩1的內(nèi)壁絕緣地接觸。第二電極層322之上設(shè)有第二高分子聚合物層321。第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面相對。該實(shí)施例中，第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面摩擦生電，屏蔽層1和第二電極層322作為振動摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出端。
[0049]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程為:在受到外力作用(例如受到振動)時(shí)，彈簧22發(fā)生彈性形變，彈簧22的第二端做垂直方向上下往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)彈簧22的第二端向下運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向下運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向下運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321接觸并且摩擦產(chǎn)生靜電荷，第二電極層322與屏蔽罩1(相當(dāng)于零電位)之間出現(xiàn)電勢差，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)彈簧22的第二端向上運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4和第一高分子聚合物層311也跟隨地向上運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向上運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321分離，此時(shí)已平衡的第二電極層322與屏蔽罩1之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。
[0050]圖8是本實(shí)用新型第八實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該振動摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦發(fā)電組件3中:第一摩擦發(fā)電部31包括第一電極層312和第一高分子聚合物層311，第二摩擦發(fā)電部32包括第二高分子聚合物層321和第二電極層322。第一電極層312的上表面通過質(zhì)量塊4與彈簧22的第二端相連。第一電極層312之下設(shè)有第一高分子聚合物層311。第二電極層322的下表面與屏蔽罩1的內(nèi)壁絕緣地接觸。第二電極層322之上設(shè)有第二高分子聚合物層321。第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面相對。該實(shí)施例中，第一高分子聚合物層311的下表面與第二高分子聚合物層321的上表面摩擦生電，第一電極層312和第二電極層322作為振動摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出端。
[0051]該實(shí)施例的振動摩擦發(fā)電機(jī)的工作過程為:在受到外力作用(例如受到振動)時(shí)，彈簧22發(fā)生彈性形變，彈簧22的第二端做上下往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)彈簧22的第二端向下運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4、第一電極層312和第一高分子聚合物層311也跟隨地向下運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向下運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321接觸并且摩擦產(chǎn)生靜電荷，第一電極層312和第二電極層322之間出現(xiàn)電勢差，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)彈簧22的第二端向上運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊4、第一電極層312和第一高分子聚合物層311也跟隨地向上運(yùn)動。第一高分子聚合物層311向上運(yùn)動到與第二高分子聚合物層321分離，此時(shí)已平衡的第一電極層312和第二電極層322之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。
[0052]需要說明的是，上文中的高分子聚合物絕緣層的材料可以為下列物質(zhì)中的一種或多種的組合:聚二甲基硅氧烷、丁腈橡膠、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維素海綿薄膜、再生海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚四氟乙烯、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜。
[0053]需要說明的是，上文中的電極層的材料可以為下列物質(zhì)中的一種或多種的組合:銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0054]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的振動傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。如圖9所示，該振動傳感器包括上文公開的任一種振動摩擦發(fā)電機(jī)1000和振動感應(yīng)裝置2000。其中，振動感應(yīng)裝置2000可以為電壓測量裝置和/或電流測量裝置。在一個(gè)具體實(shí)施例中，振動感應(yīng)裝置可以選用示波器，型號為RIG0LDS1204B。
[0055]其中，當(dāng)振動摩擦發(fā)電機(jī)1000以屏蔽罩1和第二電極層322為輸出端時(shí)(參考圖
1、圖2、圖3、圖6、圖7所示的實(shí)施例)，可以將振動摩擦發(fā)電機(jī)1000中的兩個(gè)輸出端(即屏蔽罩1和第二電極層322)分別連接至感應(yīng)記錄裝置2000的兩個(gè)輸入端。這相當(dāng)于通過接地的方法測量一個(gè)電極的電荷量變化，這樣干擾會更少，波形與振動的對應(yīng)度高，檢測準(zhǔn)確度高。該振動傳感器中，振動摩擦發(fā)電機(jī)1000中的第一摩擦發(fā)電部31和第二摩擦發(fā)電部32互相接觸和分離并產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電信號被感應(yīng)記錄裝置2000記錄。
[0056]其中，當(dāng)振動摩擦發(fā)電機(jī)1000以第一電極層312和第二電極層322為輸出端時(shí)(參考圖4、圖5、圖8所示的實(shí)施例)，可以將振動摩擦發(fā)電機(jī)1000中的第一電極層312和第二電極層322分別連接至感應(yīng)記錄裝置2000的兩個(gè)輸入端。該振動傳感器中，振動摩擦發(fā)電機(jī)1000中的第一摩擦發(fā)電部31和第二摩擦發(fā)電部32互相接觸和分離并產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電信號被感應(yīng)記錄裝置2000記錄。
[0057]上述實(shí)施例的振動傳感器可以測試出振動的頻率高低、振幅大小等特性，具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高、體積小、自供電等優(yōu)點(diǎn)。
[0058]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。
[0059]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0060]在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0061]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0062]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括: 內(nèi)部具有腔室的屏蔽罩； 位于所述腔室中的往復(fù)運(yùn)動件，所述往復(fù)運(yùn)動件的第一端與所述屏蔽罩的內(nèi)壁固定連接，第二端被構(gòu)造成能夠在外力作用下做往復(fù)運(yùn)動； 若干組摩擦發(fā)電組件，每組摩擦發(fā)電組件包括第一摩擦發(fā)電部和第二摩擦發(fā)電部，其中，所述第一摩擦發(fā)電部與所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端固定連接，所述第二摩擦發(fā)電部絕緣地設(shè)置在所述屏蔽罩的內(nèi)壁上，所述第一摩擦發(fā)電部和第二摩擦發(fā)電部二者的表面相互對應(yīng)， 在外力作用下，所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端帶動所述第一摩擦發(fā)電部做往復(fù)運(yùn)動，使所述第一摩擦發(fā)電部和所述第二摩擦發(fā)電部相互對應(yīng)的表面之間接觸和分離從而產(chǎn)生電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括:質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊位于所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端與所述第一摩擦發(fā)電部之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述往復(fù)運(yùn)動件為懸臂梁，所述懸臂梁的第二端往復(fù)運(yùn)動方向與所述懸臂梁的延伸方向垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述摩擦發(fā)電組件數(shù)目為多組時(shí)，多個(gè)所述第一摩擦發(fā)電部設(shè)置在所述懸臂梁的兩側(cè)或同側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述往復(fù)運(yùn)動件為彈簧，所述彈簧的第二端往復(fù)運(yùn)動方向與所述彈簧的延伸方向一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述屏蔽罩的材料為金屬，或所述屏蔽罩的材料為金屬和非金屬材料的組合，所述非金屬材料作為所述屏蔽罩的支撐結(jié)構(gòu)，所述金屬材料包覆在所述非金屬材料的外表層或內(nèi)表層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述屏蔽罩內(nèi)壁涂有絕緣涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于， 所述第一摩擦發(fā)電部包括第一高分子聚合物層，其中，所述第一高分子聚合物層與所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端相連，并且 所述第二摩擦發(fā)電部包括第二電極層，其中，所述第二電極層的第一側(cè)面與所述屏蔽罩的內(nèi)壁絕緣接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于， 所述第二摩擦發(fā)電部還包括第二高分子聚合物層，其中，所述第二高分子聚合物層與所述第二電極層的第二側(cè)面接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于， 所述第一摩擦發(fā)電部還包括第一電極層，其中，所述第一電極層位于所述往復(fù)運(yùn)動件的第二端與所述第二高分子聚合物層之間。
11.一種振動傳感器，其特征在于，包括權(quán)利要求8或9所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)和感應(yīng)記錄裝置，其中， 所述振動摩擦發(fā)電機(jī)中的所述屏蔽罩和所述第二電極層分別連接至所述感應(yīng)記錄裝置的兩個(gè)輸入端； 所述第一摩擦發(fā)電部和所述第二摩擦發(fā)電部互相接觸和分離并產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電信號被所述感應(yīng)記錄裝置記錄。
12.—種振動傳感器，其特征在于，包括權(quán)利要求10所述的振動摩擦發(fā)電機(jī)和感應(yīng)記錄裝置，其中， 所述振動摩擦發(fā)電機(jī)中的所述第一電極層和所述第二電極層分別連接至所述感應(yīng)記錄裝置的兩個(gè)輸入端； 所述第一摩擦發(fā)電部和所述第二摩擦發(fā)電部互相接觸和分離并產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電信號被所述感應(yīng)記錄裝置記錄。
【文檔編號】H02N1/04GK204156750SQ201420542756
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】刁海豐, 鐘強(qiáng), 程馳, 趙豪 申請人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司