一種振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置及海浪發(fā)電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置及海浪發(fā)電裝置，振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置包括：外筒，內(nèi)筒，滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)部分和／或按壓式摩擦發(fā)電機(jī)部分。其中外筒內(nèi)壁和內(nèi)筒外表面均為全面積柵格結(jié)構(gòu)的膜層，它們之間構(gòu)成滑動(dòng)式的摩擦發(fā)電機(jī)。當(dāng)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置受到外力作用時(shí)，外筒和內(nèi)筒之間會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其上的全面積柵格膜結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生摩擦作用并伴隨有表面電荷的轉(zhuǎn)移和外電路電流的流動(dòng)，形成交流電。振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置不僅可用于海浪發(fā)電領(lǐng)域，在陸地上也可使用，比如：掛在鳥(niǎo)或動(dòng)物脖子上給GPS等位置傳感器供電以便了解動(dòng)物的位置或遷徙；掛在樹(shù)上或特定的裝置上可以收集風(fēng)引起的振動(dòng)能；放在汽車(chē)上可以探測(cè)汽車(chē)的上下顛簸，收集河流流水上下波動(dòng)的能量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置及海浪發(fā)電裝 置。 一種振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置及海浪發(fā)電裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 能源問(wèn)題是21世紀(jì)以及未來(lái)面臨的最主要的問(wèn)題之一?，F(xiàn)有的可再生新能源技 術(shù)有太陽(yáng)能電池，風(fēng)能發(fā)電，燃料電池，生物質(zhì)能源等等。但是這些技術(shù)存在一定的瓶頸，t匕 如轉(zhuǎn)化效率不高，受外界環(huán)境的制約等。振動(dòng)也是一種可以收集的能量，尤其是海浪的波動(dòng) 能量，這種能量全天都有，不受環(huán)境的太大影響，是一種可利用的大能源。如果能實(shí)用新型 一種裝置來(lái)收集這部分能量，這將緩解很多地方的用電問(wèn)題，而且是一種綠色環(huán)保的能源。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種收集振動(dòng)能量的振動(dòng)式摩 擦發(fā)電裝置及海浪發(fā)電裝置。
[0004] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，其提供了一種振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，包 括：
[0005] 外筒；
[0006] 內(nèi)筒，其位于外筒內(nèi)部；
[0007] 第一彈性連接體，其連接于外筒的第一內(nèi)部底端和內(nèi)筒的第一外部底端之間，且 在外力作用下，能夠使得外筒和內(nèi)筒之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；
[0008] 滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)，其設(shè)置在外筒內(nèi)壁和內(nèi)筒外壁，用于在所述內(nèi)筒和外筒之間 相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流。
[0009] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，其提供了一種基于振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的海浪發(fā) 電裝置，其特征在于，包括：
[0010] 1個(gè)或2個(gè)以上相互并聯(lián)和/或串聯(lián)的如權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的振動(dòng)式摩擦 發(fā)電裝置；
[0011] 密封件，位于每個(gè)所述振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置外筒的至少一個(gè)端部。
[0012] 本實(shí)用新型提出的上述方案中外筒內(nèi)壁和內(nèi)筒外表面均為全面積柵格結(jié)構(gòu)的膜 層，它們之間構(gòu)成滑動(dòng)式的摩擦發(fā)電機(jī)。當(dāng)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置受到外力作用時(shí)，外筒和內(nèi) 筒之間會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其上的全面積柵格膜結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生摩擦作用并伴隨有表面電荷的 轉(zhuǎn)移和外電路電流的流動(dòng)，形成交流電。振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置不僅可用于海浪發(fā)電領(lǐng)域，在 陸地上也可使用，比如：掛在鳥(niǎo)或動(dòng)物脖子上給GPS等位置傳感器供電以便了解動(dòng)物的位 置或遷徙；掛在樹(shù)上或特定的裝置上可以收集風(fēng)引起的振動(dòng)能；放在汽車(chē)上可以探測(cè)汽車(chē) 的上下顛簸，收集河流流水上下波動(dòng)的能量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 通過(guò)附圖所示，本實(shí)用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附 圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在 于示出本實(shí)用新型的主旨。
[0014] 圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的第一種可選結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2A示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的工作方式之一；
[0016] 圖2B示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置工作方式之二；
[0017] 圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中柵格膜結(jié)構(gòu)的平面展開(kāi)示意圖；
[0018] 圖4示出了本實(shí)用新型中滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理圖；
[0019] 圖5示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中柵格膜結(jié)構(gòu)的平面展開(kāi)圖；
[0020] 圖6示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的第二種可選結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖7示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的第三種可選結(jié)構(gòu)；
[0022] 圖8A示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)下半部分的剖視圖；
[0023] 圖8B分別示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)上半部分的剖視圖；
[0024] 圖9示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的原理圖；
[0025] 圖10示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中Z字形按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖11示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖12示出了將本實(shí)用新型提出的振動(dòng)式摩擦納米發(fā)電裝置掛在鳥(niǎo)類(lèi)或其他動(dòng)物 脖子上，形成為位置傳感器提供電能的裝置；
[0028] 圖13示出了本實(shí)用新型提出的垂直振動(dòng)式海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖14示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中提出的海浪發(fā)電裝置的側(cè)視圖；
[0030] 圖15示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中提出的海浪發(fā)電裝置的頂視圖；
[0031] 圖16示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置的單排陣列結(jié)構(gòu)頂視圖；
[0032] 圖17示出了本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例中提出的海浪發(fā)電裝置的頂視圖圖；
[0033] 圖18示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置的分體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖19示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0035] 圖20示出了本實(shí)用新型上述優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 的另一結(jié)構(gòu)不意圖；
[0036] 圖21示出了本實(shí)用新型上述優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖22A示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)下半部分的剖視圖；
[0038] 圖22B示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)上半部分的剖視圖；
[0039] 圖23示出了本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí) 施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所 獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0041] 其次，本實(shí)用新型結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為便于 說(shuō)明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0042] 本實(shí)用新型提出了一種可以收集振動(dòng)能量的裝置，主要針對(duì)的應(yīng)用是收集海浪的 波動(dòng)能量，這是一種全天都有，不受環(huán)境太大影響，可持續(xù)的大能源。當(dāng)然本實(shí)用新型裝置 還有很多其他的應(yīng)用，凡是和本結(jié)構(gòu)或原理相近的應(yīng)用裝置均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之 內(nèi)。
[0043] 圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的第一種可選結(jié)構(gòu)示意圖。 參見(jiàn)圖1所示，該摩擦發(fā)電裝置包括：外筒11、內(nèi)筒12、第一彈性連接體13和滑動(dòng)式摩擦發(fā) 電機(jī)；其中，滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)包括：位于外筒11內(nèi)壁表面的第一滑動(dòng)摩擦件和位于內(nèi)筒 12外壁表面的第二滑動(dòng)摩擦件。外筒11為空心結(jié)構(gòu)，且內(nèi)筒12位于外筒11內(nèi)部，其第一 底端通過(guò)第一彈性連接體13連接至外筒11的第一底端，內(nèi)筒12可以是空心結(jié)構(gòu)也可以是 實(shí)心結(jié)構(gòu)。所述內(nèi)筒12在第一彈性連接體13的彈性回復(fù)力的作用下，可相對(duì)外筒11上下 運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中第一滑動(dòng)摩擦件和第二滑動(dòng)摩擦件的表面發(fā)生滑動(dòng)摩擦。
[0044] 所述外筒11、內(nèi)筒12材料可以為使之漂浮在水面上的剛性材料，優(yōu)選為鋼質(zhì)、合 金或PLA、PVC、ABS、PE、PVC等塑料、鋼、合金等等。
[0045] 所述第一彈性連接體13優(yōu)選為彈簧，可以根據(jù)內(nèi)筒的質(zhì)量來(lái)選擇合適的彈性系 數(shù)，保證內(nèi)筒處于懸空狀態(tài)，且內(nèi)筒可以上下振動(dòng)。
[0046] 所述第一滑動(dòng)摩擦件包括：外筒內(nèi)壁上的第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)21和置于第一層?xùn)?格膜結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)面的第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22 ;第二滑動(dòng)摩擦件包括內(nèi)筒表面上的第四層?xùn)鸥?膜結(jié)構(gòu)（圖中未顯示）和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)外表面的第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23。
[0047] 圖2A、2B示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置工作方式。如圖 2A、2B所示：當(dāng)整個(gè)發(fā)電裝置位于振動(dòng)中，可以近似認(rèn)為該振動(dòng)為上下起伏的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，當(dāng) 發(fā)電裝置位于波的波谷時(shí)，如圖2B中a圖，此時(shí)有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，也即加速向上，外筒11 向上運(yùn)動(dòng)，由于內(nèi)筒12是通過(guò)第一彈性連接體13(優(yōu)選為彈簧）連接外筒11的，當(dāng)外筒 11向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)筒12還處于原來(lái)位置，那么第一彈性連接體13就會(huì)拉伸，受到此拉伸作 用，內(nèi)筒12也向上加速運(yùn)動(dòng)，但是加速度和速度與外筒11的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相比較小，因此外筒 11和內(nèi)筒12間就會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)筒12相對(duì)外筒11有往下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，如圖2A、2B中 b圖，外筒11上第一滑動(dòng)摩擦件上的第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和內(nèi)筒12上第二滑動(dòng)摩擦件上 的第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23發(fā)生摩擦并伴隨有電荷的轉(zhuǎn)移。
[0048] 在向上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，外筒11先向上加速后減速，內(nèi)筒12受到第一彈性連接體的 拉力也是先向上加速后減速，且相比外筒11的運(yùn)動(dòng)有延遲作用。因此外筒11向上的速度 起初比內(nèi)筒12大，內(nèi)筒12相對(duì)外筒11向下運(yùn)動(dòng)；然后，外筒11向上減速運(yùn)動(dòng)，而內(nèi)筒還未 來(lái)得及減速或減速度小于外筒11時(shí)，使得內(nèi)筒12的向上的速度大于外筒11的速度，內(nèi)筒 12相對(duì)外筒11往上運(yùn)動(dòng)即內(nèi)筒12開(kāi)始做回復(fù)運(yùn)動(dòng)，直到回到初始的位置，如圖2A、2B中c 圖。
[0049] 這時(shí)，外筒11位于波峰（如海浪的最高位），如圖2A、2B中d圖，外筒11開(kāi)始往 下運(yùn)動(dòng)，速度為向下先加速后減速，內(nèi)筒12由于慣性作用來(lái)不及加速，因此第一彈性連接 體受到壓縮，這種壓縮的力傳遞給內(nèi)筒12,使得內(nèi)筒12也向下先加速后減速，但是速度沒(méi) 有外筒11的大，因此內(nèi)筒12相對(duì)外筒11向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦并伴隨有表面電荷轉(zhuǎn)移和外 電路的電流，然后外筒11向下減速，內(nèi)筒12未來(lái)得及向下減速或減速度小于外筒11，使得 內(nèi)筒12向下的速度高于外筒11，內(nèi)筒12相對(duì)外筒11向下運(yùn)動(dòng)回到初始位置，如圖2B中e 圖。
[0050] 在波動(dòng)的過(guò)程中循環(huán)上面的過(guò)程，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，速度的不同使得內(nèi)筒12和外 筒11間會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)筒12相對(duì)外筒11有運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)使其上的第二、第三層?xùn)鸥衲そY(jié) 構(gòu)發(fā)生摩擦并伴隨有表面電荷的轉(zhuǎn)移和外電路電流的流動(dòng)。
[0051] 圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中柵格膜結(jié)構(gòu)的平面展開(kāi)示意圖。如圖3所示，所 述柵格膜結(jié)構(gòu)包括相間排列的第一柵格231、第二柵格232以及連接?xùn)鸥?33,所述連接?xùn)?格233用于連接多個(gè)第一柵格231。柵格的寬度可以是厘米或毫米級(jí)，也可以使用微加工 的方法達(dá)到微米級(jí)。第一柵格231和第二柵格232的表面分別由具有摩擦電極序差異的材 料制成，可以在第一柵格231和/或第二柵格232的全部或部分表面上做物理改性或化學(xué) 改性來(lái)增大摩擦面積或提高電荷轉(zhuǎn)移效率。物理改性的方法包括：通過(guò)各種方式在柵格表 面形成微納結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)微加工的方式在絕緣物質(zhì)柵格上做金字塔形的凹陷結(jié)構(gòu)陣列或 其他形狀的陣列；使用電感耦合等離子體刻蝕方法在絕緣物質(zhì)柵格上制備納米線(xiàn)陣列，導(dǎo) 電柵格處可以沉積金屬納米粒子來(lái)提高與相對(duì)的絕緣物質(zhì)柵格的摩擦接觸面積。化學(xué)改性 的方法包括：在極性為正的材料（也即導(dǎo)電柵格處）表面引入更易失電子的官能團(tuán)（即強(qiáng) 給電子團(tuán)），或者在極性為負(fù)的材料表面（即絕緣物質(zhì)柵格處）引入更易得電子的官能團(tuán) (強(qiáng)吸電子團(tuán)），都能夠進(jìn)一步提高電荷在接觸瞬間的轉(zhuǎn)移量，從而提高接觸電荷密度和發(fā) 電機(jī)的輸出功率。強(qiáng)給電子團(tuán)包括：氨基、羥基、烷氧基等；強(qiáng)吸電子團(tuán)包括：酰基、羧基、硝 基等。另外一種方法是化學(xué)修飾方法，在極性為正的材料表面引入正電荷，而在極性為負(fù)的 材料表面引入負(fù)電荷。所述連接?xùn)鸥?33材料為金屬，作用是連接、導(dǎo)通導(dǎo)電柵格231的柵 格陣列。
[0052] 圖4示出了本實(shí)用新型中滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理圖。參見(jiàn)圖4,外筒11和 內(nèi)筒12相對(duì)靜止時(shí)，第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23相對(duì)靜止并且通過(guò)表面 互相接觸，其中第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22的導(dǎo)電柵格221與第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23的絕緣物質(zhì) 柵格232在空間位置上相對(duì)應(yīng)；第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22的絕緣物質(zhì)柵格222與第三層?xùn)鸥衲?結(jié)構(gòu)23的導(dǎo)電柵格231在空間位置上相對(duì)應(yīng)，即相應(yīng)地，第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)21和第四層?xùn)?格膜結(jié)構(gòu)24的導(dǎo)電柵格211、241在空間位置上分別與第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和第三層?xùn)鸥?膜結(jié)構(gòu)23的絕緣物質(zhì)柵格222、232相對(duì)應(yīng)，第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)21和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)24 的絕緣物質(zhì)柵格212、242在空間位置上分別與第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu) 23的導(dǎo)電柵格221、231相對(duì)應(yīng)，見(jiàn)圖4中a圖。
[0053] 當(dāng)內(nèi)筒和外筒發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如圖4中b圖箭頭所示，第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和 第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23相對(duì)滑動(dòng)，第二柵格膜結(jié)構(gòu)22中的導(dǎo)電柵格221與第三層?xùn)鸥衲そY(jié) 構(gòu)23中的絕緣物質(zhì)柵格232之間、第二柵格膜結(jié)構(gòu)22中的絕緣物質(zhì)柵格222與第三層?xùn)鸥?膜結(jié)構(gòu)23中的導(dǎo)電柵格231之間發(fā)生摩擦，并在摩擦接觸面之間形成電荷轉(zhuǎn)移。由于金屬 和絕緣物質(zhì)在摩擦電極序中位置不同，也就是得失電子能力不同，使得導(dǎo)電柵格221和231 帶正電，絕緣物質(zhì)柵格222和232帶負(fù)電，且兩種電荷的電荷量大小相等；在產(chǎn)生摩擦電荷 的同時(shí)，由于第一層和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格211和241的電勢(shì)逐漸低于第二層 和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格221和231的電勢(shì)，又因?yàn)榻饘贋閷?dǎo)電介質(zhì)，因此電子從 第一層和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格211和241流向第二層和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的 導(dǎo)電柵格221和231，形成一次電流過(guò)程，參見(jiàn)圖4中b圖小箭頭。
[0054] 當(dāng)?shù)诙訓(xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22的導(dǎo)電柵格221、絕緣物質(zhì)柵格222分別和第三層膜結(jié)構(gòu) 23的絕緣物質(zhì)柵格232、導(dǎo)電柵格231對(duì)應(yīng)時(shí)，第二層和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格 221和231上摩擦作用產(chǎn)生的正電荷完全轉(zhuǎn)移到第一層和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格 211和241，參見(jiàn)圖4中c圖。
[0055] 當(dāng)內(nèi)筒12和外筒11相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向發(fā)生變化時(shí)，也即內(nèi)筒12做回復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第 二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23摩擦并伴隨有表面電荷的轉(zhuǎn)移，第一層和第四 層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格211和241的電勢(shì)逐漸高于第二層和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo) 電柵格221和231的電勢(shì)，因此電子從第二層和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格221和231 流向第一層和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格211和241，形成一次電流過(guò)程，參見(jiàn)圖4中 d圖。
[0056] 第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)22和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)23完全回到初始位置，正電荷完全轉(zhuǎn) 移到第一層和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電柵格211和241上，參見(jiàn)圖3中e圖。
[0057] 需要注意的是絕緣物質(zhì)柵格上的負(fù)電荷不會(huì)轉(zhuǎn)移，它會(huì)積累到一定的飽和濃度。 而導(dǎo)電柵格上的電荷會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，但是正電荷總量也有一個(gè)飽和值。
[0058] 本實(shí)用新型中，柵格膜結(jié)構(gòu)21、22、23、24中的導(dǎo)電柵格211、221、231、241材料為 導(dǎo)電材料如金屬，比如Cu、A1等，絕緣物質(zhì)柵格212、222、232、242為一非導(dǎo)電材料，且該材 料與導(dǎo)電柵格材料在摩擦電極序中的極性有較大差異，可選的絕緣柵格材料包括聚四氟乙 烯（PTFE)、聚二甲基硅氧烷（PDMS)、聚酰亞胺（kapton)等。
[0059] 圖5示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中柵格膜結(jié)構(gòu)的平面展開(kāi)圖。如圖5所示，該 柵格膜結(jié)構(gòu)包括：第一薄膜層25以及沉積在其正反兩個(gè)表面上間隔排列的柵格26,且第一 薄膜層25正反兩面上的柵格26交錯(cuò)排列；其中，柵格26可以是通過(guò)磁控濺射或其他的薄 膜工藝沉積在第一薄膜層25上的，且第一薄膜層25為絕緣物質(zhì)薄膜層，可以為聚四氟乙烯 膜（PTFE)或聚酰亞胺膜（kapton)等電負(fù)性較大的絕緣材料，而柵格26為導(dǎo)電材料制成， 如金屬等。優(yōu)選的，絕緣物質(zhì)薄膜膜厚為25微米左右，導(dǎo)電柵格26的膜厚為微米級(jí)，由于 導(dǎo)電柵格膜厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于絕緣物質(zhì)薄膜厚度，所以可以近似認(rèn)為它們處于同一平面上，這也 就保證了兩個(gè)此類(lèi)結(jié)構(gòu)的鍍膜之間可以自由滑動(dòng)而不會(huì)彼此陷入導(dǎo)電柵格與絕緣物質(zhì)薄 膜形成的凹槽中去。這種結(jié)構(gòu)的柵格膜結(jié)構(gòu)的電流輸出原理和圖4中所述類(lèi)似，這里就不 再詳述。將此種柵格膜結(jié)構(gòu)分別貼在內(nèi)筒12的外壁和外筒11的內(nèi)壁上或者采用一定的工 藝直接沉積在內(nèi)外筒壁上，工作時(shí)保證內(nèi)外筒上此種結(jié)構(gòu)的薄膜互相接觸摩擦。
[0060] 圖6示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的第二種可選結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖6所示，該振動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)相比第一種可選結(jié)構(gòu)，增加了第二彈性連接 體，該第二彈性連接體連接至外筒11的第二底端和內(nèi)筒12的第二底端之間，用于保證整個(gè) 發(fā)電裝置工作在更加穩(wěn)定的狀態(tài)，且對(duì)外界的振動(dòng)反應(yīng)更加靈敏。
[0061] 圖7示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的第三種可選結(jié)構(gòu)。如圖7 所示，該振動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)相比第一種可選結(jié)構(gòu)增加了按壓式摩擦發(fā)電機(jī)（或 稱(chēng)接觸式摩擦發(fā)電機(jī)），所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)包括：第一接觸摩擦件34、第二接觸摩擦件 35 ;其中，所述第一接觸摩擦件34為絕緣薄膜層，第二接觸摩擦件35為導(dǎo)電薄膜層，且第一 接觸摩擦件34背面接觸設(shè)置有第一導(dǎo)電層33 ;第一導(dǎo)電層33和第二接觸摩擦件35分別設(shè) 置在第一基板31和第二基板32上，且第一基板31和第二基板32之間設(shè)置有第三彈性連 接體36。所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)可以與內(nèi)筒12相連也可以不相連。當(dāng)不相連時(shí)，內(nèi)筒相對(duì) 外筒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)撞擊按壓式摩擦發(fā)電機(jī)，使得第一接觸摩擦件34與第二接觸摩擦件35 接觸并伴隨電荷的轉(zhuǎn)移；當(dāng)內(nèi)筒與按壓式摩擦發(fā)電機(jī)相連時(shí)，第二基板32會(huì)隨著內(nèi)筒的上 下運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中第二基板32上的第二接觸摩擦件35會(huì)與第一接觸摩擦件34 接觸。
[0062] 圖8A和圖8B分別示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)下半部分和上半 部分的剖視圖。如圖8A和圖8B所示，第一導(dǎo)電層33上的第一接觸摩擦件34、第二接觸摩 擦件35形狀相同均為圓形，分別位于第一基板31和第二基板32上的中部。第三彈性連接 體36包括四個(gè)第三彈性連接體，分別位于第一接觸摩擦件34和第二接觸摩擦件35的四 周，四個(gè)第三彈性連接體連接第一基板31和第二基板32。四個(gè)第三彈性連接體的位置優(yōu)選 為位于圓形第一接觸摩擦件34或第二接觸摩擦件35的通過(guò)圓心的十字形對(duì)角上。本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以知道，上述部件的形狀不限于圓形，也可以是方形、長(zhǎng)方形、三角形等等。
[0063] 本實(shí)用新型中，第三彈性連接體36也可以采用圍繞第二接觸摩擦件35周?chē)诘?二基板上粘貼一圈的彈性材料，例如包圍第二接觸摩擦件的彈性橡膠或彈簧，用來(lái)連接第 一基板31和第二基板32。本實(shí)用新型中，對(duì)于彈性連接體的形狀和位置不應(yīng)限制本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍。
[0064] 圖9示出了本實(shí)用新型實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)（或稱(chēng)接觸式摩擦發(fā)電機(jī)）的 原理圖。如圖9所示，未對(duì)第一基板31或第二基板32施加外力時(shí)，第一接觸摩擦件34與 第二接觸摩擦件35分離，見(jiàn)圖9中a所示；在外力（箭頭所示）的作用下，第二接觸摩擦件 35和第一接觸摩擦件34在外力作用下相互接觸，在接觸的瞬間發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移，形成一 層表面接觸電荷，見(jiàn)圖9中b所示。由于第一接觸摩擦件34與第二接觸摩擦件35的材料 在摩擦電極序中的位置不同，第一接觸摩擦件34表面產(chǎn)生負(fù)電荷，而第二接觸摩擦件35表 面產(chǎn)生正電荷，兩種電荷的電量大小相同。當(dāng)外力消失時(shí)，由于第三彈性連接體36的回復(fù) 作用，第一接觸摩擦件34與第二接觸摩擦件35發(fā)生分離，產(chǎn)生間隙。由于間隙的存在，第 一接觸摩擦件34表面的負(fù)電荷對(duì)第一導(dǎo)電層33上電子的排斥作用力大于第二接觸摩擦件 35表面的正電荷對(duì)第一導(dǎo)電層33上電子的吸引作用。因此，電子將從第一導(dǎo)電層33經(jīng)過(guò) 外電路流向第二接觸摩擦件35,并在第一導(dǎo)電層33上產(chǎn)生正電荷，參見(jiàn)圖9中c的箭頭所 示。該過(guò)程即產(chǎn)生了通過(guò)外電路/負(fù)載的瞬時(shí)脈沖電流。當(dāng)外力再度施加時(shí)，在第一接觸 摩擦件34表面的負(fù)電荷的排斥力作用下，第二接觸摩擦件35上的電子又再度流回第一導(dǎo) 電層33,形成方向相反的瞬時(shí)電流，參見(jiàn)圖9中d的箭頭所示。如此往復(fù)，形成交流脈沖電 流。
[0065] 優(yōu)選地第一導(dǎo)電層為導(dǎo)電材料，同時(shí)作為按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的一個(gè)電極，第一導(dǎo) 電層對(duì)材料類(lèi)別無(wú)特殊要求，可以采用電子束蒸發(fā)或者等離子體濺射等方法制備的Cu、A1 等金屬薄膜。第二接觸摩擦件為導(dǎo)電材料，同時(shí)作為發(fā)電機(jī)的另一個(gè)電極，第二接觸摩擦件 對(duì)材料類(lèi)別無(wú)特殊要求，表面水平、光滑的金屬薄膜即可，可以采用電子束蒸發(fā)或者等離子 體濺射等方法制備的Cu、A1等金屬薄膜。第一接觸摩擦件為一非導(dǎo)電材料，該材料要求與 第二接觸摩擦件在摩擦電極序中的極性有較大的差異，可選的絕緣薄膜材料包括但不限于 聚四氟乙烯薄膜、聚二甲基硅氧烷（PDMS)薄膜等。
[0066] 按壓式摩擦發(fā)電機(jī)中，第一基板和第二基板采用不可變形的硬性材料，本實(shí)用新 型中對(duì)第一基板和第二基板的材料無(wú)特殊要求，只要是能夠承受機(jī)械沖擊的剛性材料即 可，例如有機(jī)玻璃板材、PE板材、PVC板材等。第一基板和第二基板之間通過(guò)彈性連接體相 連接和支撐，未在基板上施加外力時(shí)，保持第二接觸摩擦件和第一接觸摩擦件分離，互相之 間留有間隙，該間隙即第二接觸摩擦件與第一接觸摩擦件之間的距離一般比第一接觸摩擦 件的厚度大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。彈性連接體可以采用一個(gè)或多個(gè)彈簧、彈性有機(jī)物等彈性材 料，圖7中的第三彈性連接體36只是一個(gè)彈性連接體的示意圖，根據(jù)第一基板、第一導(dǎo)電 層、第一接觸摩擦件、第二基板或第二接觸摩擦件的形狀，決定彈性連接體的形狀和位置。 可以采用多個(gè)彈簧圍繞在第一接觸摩擦件的周?chē)姆绞健?br> [0067] 彈性連接體36也可以采用圍繞第二接觸摩擦件35周?chē)诘诙迳险迟N一圈的 彈性材料，例如包圍第二接觸摩擦件的彈性橡膠或彈簧，用來(lái)連接第一基板和第二基板。本 實(shí)用新型中，對(duì)于彈性連接體的形狀和位置不應(yīng)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0068] 與前面柵格膜結(jié)構(gòu)類(lèi)似，可以在第一接觸摩擦件34或第二接觸摩擦件35上做表 面物理改性或化學(xué)改性來(lái)增大按壓時(shí)的摩擦面積。物理改性的方法包括：通過(guò)微加工的方 式在第一接觸摩擦件34上做金字塔形的凹陷結(jié)構(gòu)陣列或其他形狀的陣列；使用電感耦合 等離子體刻蝕方法在第一接觸摩擦件34上制備納米線(xiàn)陣列，第二接觸摩擦件35可以沉積 金屬納米粒子來(lái)提高與第一接觸摩擦件34的摩擦接觸面積?；瘜W(xué)改性的方法包括：在極性 為正的材料（也即第二接觸摩擦件）表面引入更易失電子的官能團(tuán)（即強(qiáng)給電子團(tuán)），或者 在極性為負(fù)的材料表面（即第一接觸摩擦件）引入更易得電子的官能團(tuán)（強(qiáng)吸電子團(tuán)），都 能夠進(jìn)一步提高電荷在接觸瞬間的轉(zhuǎn)移量，從而提高接觸電荷密度和按壓式發(fā)電機(jī)的輸出 功率。強(qiáng)給電子團(tuán)包括：氨基、羥基、烷氧基等；強(qiáng)吸電子團(tuán)包括：?；?、羧基、硝基等。另外 一種方法是化學(xué)修飾方法，在極性為正的材料表面引入正電荷，而在極性為負(fù)的材料表面 引入負(fù)電荷。
[0069] 上述方案中，所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)還可以做成按壓式摩擦發(fā)電機(jī)陣列，多個(gè)所 述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)上下堆疊在一起形成發(fā)電機(jī)組。其中，兩個(gè)上下相鄰的所述發(fā)電機(jī) 中，第一按壓式摩擦發(fā)電機(jī)位于第二按壓式摩擦發(fā)電機(jī)上，其中，第一按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的 所述第二基板可以做為第二按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的所述第一基板；多個(gè)所述按壓式摩擦發(fā)電 機(jī)之間形成串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。將多個(gè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)在上下方向疊加，并且將多個(gè) 按壓式摩擦發(fā)電機(jī)之間進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，這樣獲得的發(fā)電機(jī)組與單個(gè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)相 t匕，可以提高器件的輸出功率。
[0070] 上述方案中，所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)還可以做成Z字形的按壓式摩擦發(fā)電機(jī)。如 圖10所示，Z字形是由一層層彎曲的柔性基底組成，可以通過(guò)將一整塊材料壓制而成，借助 材料受壓時(shí)的回復(fù)力來(lái)實(shí)現(xiàn)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的分離過(guò)程，其兩端分別與外筒的一個(gè)內(nèi)部 底端和內(nèi)筒的一個(gè)外部底端相對(duì)固定。每一層的柔性基底正面是第一導(dǎo)電層和第一接觸摩 擦件，反面是第二接觸摩擦件；基底是由柔性材料制成，可以彎曲，且材料有一定的剛度，兩 層間的第一接觸摩擦件和第二接觸摩擦件相對(duì)。工作原理與所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)類(lèi)似， 這里就不在詳述。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以做成任意層數(shù)的陣列，且制作簡(jiǎn)單，輸出功率大； 與前面所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)不同的是這種結(jié)構(gòu)是借助基底材料的回復(fù)力，而不是彈簧或 彈性連接體的回復(fù)力。
[0071 ] Z字形按壓式摩擦發(fā)電機(jī)最上面一層可以貼在內(nèi)筒下底面上，也可以不貼在其上， 工作方式與前面所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī)類(lèi)似。
[0072] 本實(shí)用新型中用于導(dǎo)出摩擦發(fā)電機(jī)上電流的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以為導(dǎo)線(xiàn)、金屬薄膜等常 用導(dǎo)電材料，各部分的電流輸出可以通過(guò)全橋整流電路變成直流電。
[0073] 圖11示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 11所示，該實(shí)施例中，振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的外筒為方形結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用該振動(dòng)式摩 擦發(fā)電裝置還可以為很多形狀，比如三角形等等；以方形為例，可以放在書(shū)包或衣服上，當(dāng) 然內(nèi)筒也要做成方形結(jié)構(gòu)，在內(nèi)筒最大的兩個(gè)表面貼上或使用鍍膜機(jī)鍍上柵格膜結(jié)構(gòu)，相 應(yīng)的方形外筒最大面的內(nèi)壁上也要做出此種結(jié)構(gòu)。
[0074] 本實(shí)用新型的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置有很多應(yīng)用，這里僅舉幾個(gè)例子加以說(shuō)明，凡 是利用該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0075] 圖12示出了將本實(shí)用新型提出的振動(dòng)式摩擦納米發(fā)電裝置掛在鳥(niǎo)類(lèi)或其他動(dòng)物 脖子上，形成為位置傳感器提供電能的裝置。如圖12所示，該裝置包括連接體41、掛環(huán)42、 掛繩43和振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置。動(dòng)物的遷徙以及珍惜保護(hù)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)都是需要定位跟蹤 的，需要在動(dòng)物身上安放類(lèi)似GPS的定位系統(tǒng)，但最大的問(wèn)題是供電問(wèn)題無(wú)法解決，因?yàn)楝F(xiàn) 有的電池都不足以使定位系統(tǒng)長(zhǎng)期工作，所以需要一種收集自然界能量，能持續(xù)供電的裝 置，本實(shí)用新型便可以作為一種解決方案。當(dāng)鳥(niǎo)類(lèi)起飛、飛翔過(guò)程中會(huì)有上下的起伏波動(dòng)， 這是一種可以收集的能量，動(dòng)物的跑動(dòng)過(guò)程中也有類(lèi)似的過(guò)程，收集這部分能量便可以為 GPS定位系統(tǒng)提供電能。所述連接體41優(yōu)選為圓柱形狀，通過(guò)焊接的方法與掛環(huán)42相連， 連接體41和掛環(huán)42材料優(yōu)選為鋼質(zhì)材料也可以是合金或PLA、PVC、ABS、PE、PVC等塑料， 當(dāng)然連接體41和掛環(huán)42的結(jié)構(gòu)不限于以上敘述，只要是能保證掛繩43能系到鳥(niǎo)類(lèi)或其他 動(dòng)物脖子或其他位置上即可，掛繩43的材料有很多種選擇，能保證一定的強(qiáng)度和耐久性的 材料均可。
[0076] 圖13示出了本實(shí)用新型提出的垂直振動(dòng)式海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖13 所示，在上面描述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的外筒11第一外部底端設(shè)置密封蓋15，密封蓋15 和外筒11第一外部底部設(shè)置有密封圈14，為了平衡發(fā)電裝置的重量分布，外筒11第二外部 底端連接有配重桿51，配重桿51的另一端設(shè)置配重體52，以保證該發(fā)電裝置單體穩(wěn)定的漂 浮在海面上。所述配重桿51可以有多種形狀，優(yōu)選為圓柱形狀，兩端帶有外螺紋結(jié)構(gòu)，一端 擰在振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置外筒11第二外部底端上的內(nèi)螺紋中，一端擰在配重體52的內(nèi)螺 紋結(jié)構(gòu)中；配重體52也可以有很多形狀優(yōu)選為球形，配重桿51和配重體52材料可以是鋼 質(zhì)、合金或PLA、PVC、ABS、PE、PVC等塑料，優(yōu)選為不銹鋼質(zhì)材料。
[0077] 優(yōu)選地，外筒的兩個(gè)外部底端均設(shè)置所述密封蓋15。
[0078] 優(yōu)選地，所述密封圈14位于密封蓋15和外筒之間，起到防水作用。
[0079] 優(yōu)選地，所述密封蓋15為圓柱形，側(cè)面上有外螺紋結(jié)構(gòu)便于旋進(jìn)外筒11第一外部 底端的內(nèi)螺紋上，構(gòu)成一個(gè)封閉的防水系統(tǒng)。密封蓋的另外一種結(jié)構(gòu)是：沒(méi)有外螺紋結(jié)構(gòu)， 但是通過(guò)螺釘?shù)姆绞焦潭ㄔ谕馔采稀?br> [0080] 優(yōu)選地，所述密封蓋為鋼質(zhì)、合金或PLA、PVC、ABS、PE、PVC等塑料。
[0081] 優(yōu)選地，所述密封圈材料優(yōu)選為橡膠等柔性材料，其他類(lèi)的柔性材料也可。
[0082] 優(yōu)選地，配重桿和配重體的結(jié)構(gòu)和材料不限于上面所述，結(jié)構(gòu)可以很多，只要能保 證振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置漂浮在水面上即可，如果自身的重心很穩(wěn)定也可以不加配重桿、配 重體。
[0083] 同樣的，前面所述對(duì)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的改進(jìn)也適用于垂直振動(dòng)式海浪發(fā)電裝 置單體。
[0084] 圖14示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中提出的海浪發(fā)電裝置的側(cè)視圖。圖15示出 了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中提出的海浪發(fā)電裝置的頂視圖。如圖14和15所示，海浪發(fā)電 裝置包括一個(gè)或2個(gè)以上振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置1，所述多個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置1通過(guò)連接 體2串聯(lián)和/或并聯(lián)而成，所述連接體2優(yōu)選為柔性的材質(zhì)比如鋼索，或者中空的柔性連接 體便于芯部放置連接電纜（可以將單個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能導(dǎo)出），當(dāng)然也可以 是分段式剛性結(jié)構(gòu)。連接體2需要有一定的強(qiáng)度能耐受住海浪的沖擊。所述海浪發(fā)電裝置 可以通過(guò)一定的裝置固定在海底或海岸邊，比如錨定、固定在浮標(biāo)上的方法，凡是能保證垂 直振動(dòng)式海浪發(fā)電裝置陣列穩(wěn)定在海面的固定裝置均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0085] 所述連接體2連接在相鄰兩個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置之間。具體地，所述連接體2 的兩端分別連接兩個(gè)相鄰的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的外筒外壁，使得多個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝 置構(gòu)成單排陣列結(jié)構(gòu)的海浪發(fā)電裝置。
[0086] 另外，為保證所述振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置能夠漂浮在海面上，在所述振動(dòng)式摩擦發(fā) 電裝置的外筒一端固定連接一浮球，所述浮球通過(guò)連桿與振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的外筒連 接。
[0087] 圖16示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置的單排陣列結(jié)構(gòu)頂視圖。如 圖16所示，該海浪發(fā)電裝置包括單排相互連接的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其順著水流方向延 伸，用于收集河流中流水的上下起伏引起的振動(dòng)能量。當(dāng)然陣列的排列形式不僅限于以上 兩種。
[0088] 圖17示出了本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例中提出的海浪發(fā)電裝置的頂視圖。圖18 示出了本實(shí)用新型上述實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置的分體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖17和18所示，該 海浪發(fā)電裝置包括多個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置3、浮球4和連接桿5,其中四個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā) 電裝置3和一個(gè)浮球4組成一個(gè)海浪發(fā)電裝置單體組成，每個(gè)海浪發(fā)電裝置單體包括四個(gè) 振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置3和一個(gè)浮球4。其中，所述浮球4與所述四個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 外筒的一個(gè)端部連接，且所述四個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置對(duì)稱(chēng)分布在浮球4的四周。其中，所 述振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的外筒端部通過(guò)螺紋桿與浮球固定連接，且浮球上的四個(gè)內(nèi)螺紋孔 位于同一平面。浮球4可以為空心結(jié)構(gòu)也可以是實(shí)心結(jié)構(gòu)，只要能保證海浪發(fā)電裝置單體 能漂浮在海面上即可，浮球的材質(zhì)為塑料或鋼質(zhì)。連接件5用于連接振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 1的連接桿，其優(yōu)選為柔性的材質(zhì)比如鋼索，或者中空的柔性連接體便于芯部放置連接電纜 (可以將發(fā)電單體產(chǎn)生的電能導(dǎo)出），當(dāng)然連接件5也可以是分段式剛性結(jié)構(gòu)。連接件5需 要有一定的強(qiáng)度能耐受住海浪的沖擊。海浪發(fā)電裝置陣列可以通過(guò)一定的裝置固定在海底 或海岸邊，比如錨定、固定在浮標(biāo)上的方法，凡是能保證海浪發(fā)電裝置陣列穩(wěn)定在海面的固 定裝置均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0089] 圖19示出了本實(shí)用新型上述優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖19所示，振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)除前面介紹過(guò)的部件之外還1包 括：螺紋桿20和連桿30所述連桿30設(shè)置在內(nèi)筒第一內(nèi)部底端，且延伸至外筒外部；所述螺 紋桿20 -端與外筒第二外部底端通過(guò)螺紋連接，另一端通過(guò)螺紋與浮球4連接。
[0090] 優(yōu)選的，所述螺紋桿20的兩端有螺紋結(jié)構(gòu)，一端擰在發(fā)電浮筒上，另一端擰在浮 球上，凡是滿(mǎn)足以上條件的任何結(jié)構(gòu)和材料均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。連桿30既可以 和內(nèi)筒做在一起也可以作為獨(dú)立單元，當(dāng)是獨(dú)立單元時(shí)，連桿30靠近內(nèi)筒的一側(cè)有外螺紋 結(jié)構(gòu)，此時(shí)內(nèi)筒也有相應(yīng)的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
[0091] 密封蓋要做相應(yīng)的改進(jìn)，需要中心加入通孔結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)。
[0092] 優(yōu)選的工作方式：當(dāng)E振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置1處于海浪的波峰附近時(shí)，在拉伸力 的作用下連桿30往外移動(dòng)也即圖18中右側(cè)方向，連桿帶動(dòng)內(nèi)筒也往右側(cè)移動(dòng)，這時(shí)滑動(dòng)式 摩擦發(fā)電機(jī)中第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)接觸摩擦并伴隨有電荷間的轉(zhuǎn)移；按 壓式摩擦發(fā)電機(jī)中第一接觸摩擦件與第二接觸摩擦件分離。當(dāng)處于海浪的波谷附近時(shí)，拉 伸的作用力消失，在彈性連接體的作用下內(nèi)筒做回復(fù)運(yùn)動(dòng)即向左側(cè)運(yùn)動(dòng)回到初始位置。這 時(shí)滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)中第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)又產(chǎn)生摩擦作用伴隨有電 荷間的轉(zhuǎn)移；按壓式摩擦發(fā)電機(jī)中第一接觸摩擦件與第二接觸摩擦件接觸并伴隨有電荷的 轉(zhuǎn)移，需要指出的是，電荷的轉(zhuǎn)移并不需要兩種材料之間的相對(duì)摩擦，只要存在相互接觸即 可。在海浪的作用下重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)。
[0093] 圖20示出了本實(shí)用新型上述優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖20所示，該結(jié)構(gòu)中，發(fā)電浮筒不包括按壓式摩擦發(fā)電機(jī)，其它結(jié)構(gòu) 與上述第一種結(jié)構(gòu)相同。
[0094] 圖21示出了本實(shí)用新型上述優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置中振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置 的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。如圖21所示，該結(jié)構(gòu)中，所述振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置兩側(cè)均有按壓式 摩擦發(fā)電機(jī)。與第一種結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于右側(cè)的彈性連接體改為按壓式摩擦發(fā)電機(jī)。當(dāng)受到 海浪的拉伸作用時(shí)左側(cè)的按壓式摩擦發(fā)電機(jī)中第一接觸摩擦件和第二接觸摩擦件分離，彈 性連接體（優(yōu)選為彈簧）拉伸；右側(cè)的按壓式摩擦發(fā)電機(jī)中第一接觸摩擦件和第二接觸摩 擦件接觸，彈性連接體壓縮。當(dāng)海浪的拉伸力消失時(shí)由于彈簧的回復(fù)作用使得內(nèi)筒向左運(yùn) 動(dòng)，左側(cè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)中彈簧逐漸由拉伸態(tài)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)，第一接觸摩擦件和第二接 觸摩擦件接觸發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移，而右側(cè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)中第一接觸摩擦件和第二接觸 摩擦件分離。也即左右兩側(cè)的按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)正好相反，此時(shí)右側(cè)的按壓式 摩擦發(fā)電機(jī)需要稍作改動(dòng)。
[0095] 圖22A和圖22B示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例中按壓式摩擦發(fā)電機(jī)的下半部分和 上半部分的剖視圖。參見(jiàn)圖22A和圖22B，因?yàn)橛羞B桿30,所以需要在按壓式摩擦發(fā)電機(jī)上 做出孔洞結(jié)構(gòu)，直徑稍微比連桿30大點(diǎn)，便于連桿的運(yùn)動(dòng)。
[0096] 圖23示出了本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例中海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖23 所示，該結(jié)構(gòu)中不使用浮球，采用連接件如鋼索或鋼質(zhì)軟管連接相鄰的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝 置，其一端連接振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的連桿30,另一端連接振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的螺紋桿 20;或者振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置不設(shè)置螺紋桿，連接件一端連接連桿，一端直接連接振動(dòng)式摩 擦發(fā)電裝置的另一端。這種結(jié)構(gòu)將多個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置連接成多排，進(jìn)而構(gòu)成海浪發(fā) 電裝置。此處僅優(yōu)選列出這兩種結(jié)構(gòu)，凡是僅對(duì)陣列排布形式做改進(jìn)，而原理相近的行為均 視為侵權(quán)行為。
[0097] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí) 用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，包括： 外筒； 內(nèi)筒，其位于外筒內(nèi)部； 第一彈性連接體，其連接于外筒的第一內(nèi)部底端和內(nèi)筒的第一外部底端之間，且在外 力作用下，能夠使得外筒和內(nèi)筒之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)； 滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)，其設(shè)置在外筒內(nèi)壁和內(nèi)筒外壁，用于在所述內(nèi)筒和外筒之間相對(duì) 滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述滑動(dòng)式摩擦發(fā)電機(jī)包 括：位于外筒內(nèi)壁表面的第一滑動(dòng)摩擦件和位于內(nèi)筒外壁表面的第二滑動(dòng)摩擦件，所述第 一滑動(dòng)摩擦件和/或第二滑動(dòng)摩擦件具有柵格膜結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求2所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一滑動(dòng)摩擦件包括 外筒內(nèi)壁上的第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)；第二滑動(dòng)摩 擦件包括內(nèi)筒外壁上的第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)上的第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述柵格膜結(jié)構(gòu)包括相間 排列的第一柵格、第二柵格以及連接?xùn)鸥?；所述第一柵格和第二柵格分別由具有摩擦電極 序差異的材料制成，所述連接?xùn)鸥裼糜谶B接多個(gè)第一柵格。
5. 如權(quán)利要求4所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一柵格由導(dǎo)電材料 制成，所述第二柵格由絕緣物質(zhì)制成，連接?xùn)鸥裼蓪?dǎo)電材料制成，第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第四 層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)的第一柵格在空間位置上分別與第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)的 第二柵格相對(duì)應(yīng)，第一層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第四層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)的第二柵格在空間位置上分別與 第二層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)和第三層?xùn)鸥衲そY(jié)構(gòu)的第一柵格相對(duì)應(yīng)。
6. 如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述柵格膜結(jié)構(gòu) 的全部或部分表面進(jìn)行物理改性或化學(xué)改性。
7. 如權(quán)利要求3所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述柵格膜結(jié)構(gòu)包括第一 薄膜層以及沉積在其正反兩面上間隔排列的多個(gè)柵格，且位于第一薄膜層正反兩面的多個(gè) 柵格交錯(cuò)排列；所述第一薄膜層和柵格分別由具有摩擦電極序差異的材料制成。
8. 如權(quán)利要求7所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一薄膜層由絕緣物 質(zhì)制成，所述柵格由導(dǎo)電材料制成。
9. 如權(quán)利要求1-5、7-8任一項(xiàng)所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，該振動(dòng)式摩 擦發(fā)電裝置還包括： 第二彈性連接體，其連接于外筒的第二內(nèi)部底端和內(nèi)筒的第二外部底端之間。
10. 如權(quán)利要求6所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，該振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置還 包括： 第二彈性連接體，其連接于外筒的第二內(nèi)部底端和內(nèi)筒的第二外部底端之間。
11. 如權(quán)利要求1-5、7-8、10任一項(xiàng)所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，該振動(dòng) 式摩擦發(fā)電裝置還包括： 至少一個(gè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)，其位于外筒的至少一個(gè)內(nèi)部底端和內(nèi)筒的至少一個(gè)外部 底端之間，且在外筒和內(nèi)筒相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流。
12. 如權(quán)利要求6所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，該振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置還 包括： 至少一個(gè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)，其位于外筒的至少一個(gè)內(nèi)部底端和內(nèi)筒的至少一個(gè)外部 底端之間，且在外筒和內(nèi)筒相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流。
13. 如權(quán)利要求9所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，該振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置還 包括： 至少一個(gè)按壓式摩擦發(fā)電機(jī)，其位于外筒的至少一個(gè)內(nèi)部底端和內(nèi)筒的至少一個(gè)外部 底端之間，且在外筒和內(nèi)筒相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流。
14. 如權(quán)利要求11所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī) 包括： Z字形柔性基板，其兩端分別與外筒的一個(gè)內(nèi)部底端和內(nèi)筒的一個(gè)外部底端相對(duì)固 定； 第一接觸摩擦件，其設(shè)置于所述Z字形柔性基板的部分表面上； 第二接觸摩擦件，其設(shè)置于所述Z字形柔性基板的部分表面上，且與所述第一接觸摩 擦件面對(duì)面； 其中，所述Z字形柔性基板在外力作用下能夠發(fā)生形變，使得第一接觸摩擦件和第二 接觸摩擦件發(fā)生相互接觸-分離動(dòng)作，并產(chǎn)生電流。
15. 如權(quán)利要求12或13所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述按壓式摩擦發(fā) 電機(jī)包括： Z字形柔性基板，其兩端分別與外筒的一個(gè)內(nèi)部底端和內(nèi)筒的一個(gè)外部底端相對(duì)固 定； 第一接觸摩擦件，其設(shè)置于所述Z字形柔性基板的部分表面上； 第二接觸摩擦件，其設(shè)置于所述Z字形柔性基板的部分表面上，且與所述第一接觸摩 擦件面對(duì)面； 其中，所述Z字形柔性基板在外力作用下能夠發(fā)生形變，使得第一接觸摩擦件和第二 接觸摩擦件發(fā)生相互接觸-分離動(dòng)作，并產(chǎn)生電流。
16. 如權(quán)利要求11所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī) 的一個(gè)接觸摩擦件與內(nèi)筒相對(duì)固定。
17. 如權(quán)利要求11所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述按壓式摩擦發(fā)電機(jī) 為2個(gè)以上。
18. 如權(quán)利要求17所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置，其特征在于，所述2個(gè)以上的按壓式摩 擦發(fā)電機(jī)排列成陣列結(jié)構(gòu)。
19. 一種基于振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，包括： 1個(gè)或2個(gè)以上相互并聯(lián)和/或串聯(lián)的如權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)所述的振動(dòng)式摩擦發(fā)電 裝置； 密封件，位于每個(gè)所述振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置外筒的至少一個(gè)端部。
20. 如權(quán)利要求19所述的一種海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述密封件通過(guò)螺紋或螺 釘固定在所述外筒端部。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述密封件包括密封蓋和 密封圈，所述密封蓋為剛性材料制成，所述密封圈由柔性材料制成。
22. 如權(quán)利要求19-或20所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述外筒一端的外部還設(shè) 置有配重件。
23. 如權(quán)利要求19或20所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于， 串聯(lián)和/或并聯(lián)的所述振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置為2個(gè)以上，并且相鄰2個(gè)所述振動(dòng)式摩 擦發(fā)電裝置之間通過(guò)第一連接件連接。
24. 如權(quán)利要求23所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述海浪發(fā)電裝置還包括第一 浮球，其連接在所述外筒的一端，所述第一連接件為柔性連接件，其固定連接相鄰振動(dòng)式摩 擦發(fā)電裝置的外筒外壁。
25. 如權(quán)利要求23所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一連接件包括第二浮球 和連接體；其中，所述第二浮球通過(guò)螺紋桿連接多個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置的一端，所述振動(dòng) 式摩擦發(fā)電裝置的另一端的所述內(nèi)筒端部固定有連桿，且至少部分地延伸至外筒的外側(cè)， 相鄰兩個(gè)振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置上固定的連桿通過(guò)連接體連接。
26. 如權(quán)利要求25所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，連接在第二浮球上的多個(gè)振動(dòng) 式摩擦發(fā)電裝置對(duì)稱(chēng)分布。
27. 如權(quán)利要求23所述的海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一連接件為柔性連接件， 其通過(guò)設(shè)置在所述外筒端部的連桿連接相鄰振動(dòng)式摩擦發(fā)電裝置。
【文檔編號(hào)】F03B13/14GK203851063SQ201420045287
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】王中林, 朱光, 孟憲松 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心