摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種摩擦發(fā)電機(jī)，該摩擦發(fā)電機(jī)包括：殼體，由高分子聚合物材料制成，具有彈性，內(nèi)部形成有容置空腔；電極板，置放在殼體內(nèi)部的容置空腔中，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間存在摩擦間隙，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面相互摩擦可產(chǎn)生電能；外置電極，設(shè)置在容置空腔的外部，電極板與外置電極為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。本實(shí)用新型還公開(kāi)了一種應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器。本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器工藝簡(jiǎn)單，成本低，使用壽命長(zhǎng)，容易密封，不易損壞。
【專利說(shuō)明】摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種摩擦發(fā)電裝置，尤其涉及一種摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，物體和物體之間相互摩擦?xí)r會(huì)使一方帶上負(fù)電，另一方帶上正電，這種由于物體間摩擦而產(chǎn)生的電叫摩擦電。摩擦電是自然界最常見(jiàn)的現(xiàn)象之一，且摩擦電的產(chǎn)生條件非常寬泛，因此，如果能夠?qū)⒛Σ岭姂?yīng)用到發(fā)電領(lǐng)域，勢(shì)必會(huì)給人們的生活帶來(lái)更多的便利。
[0003]但目前根據(jù)摩擦發(fā)電原理制作出的摩擦發(fā)電機(jī)及應(yīng)用該摩擦發(fā)電機(jī)的壓力感應(yīng)電纜普遍存在制作工藝復(fù)雜、制造成本較高、摩擦面積小，觸壓感應(yīng)不靈敏等問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種制作工藝簡(jiǎn)單、摩擦面積大、感應(yīng)靈敏的摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的一種摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的具體技術(shù)方案為:
[0006]一種摩擦發(fā)電機(jī)，包括:殼體，由高分子聚合物材料制成,具有彈性，內(nèi)部形成有容置空腔；電極板，置放在殼體內(nèi)部的容置空腔中，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間存在摩擦間隙，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面相互摩擦可產(chǎn)生電能；外置電極，設(shè)置在容置空腔的外部，電極板與外置電極為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
[0007]進(jìn)一步，殼體上形成有開(kāi)口，電極板可從殼體的開(kāi)口處置放到容置空腔中，殼體的開(kāi)口處設(shè)置有堵頭。
[0008]進(jìn)一步，殼體為密閉式結(jié)構(gòu)，電極板直接密封在容置空腔中。
[0009]進(jìn)一步，容置空腔中填充有隔離物，以在電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間形成摩擦間隙。
[0010]進(jìn)一步，填充在容置空腔中的隔離物為氣體或絕緣液體。
[0011]進(jìn)一步，殼體內(nèi)部的容置空腔的側(cè)壁中埋設(shè)有可作為外置電極的電極層，或者殼體的外側(cè)設(shè)置有可作為外置電極的電極層。
[0012]一種應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器,包括上述摩擦發(fā)電機(jī),摩擦發(fā)電機(jī)的殼體外側(cè)設(shè)置有用于屏蔽干擾信號(hào)的屏蔽層，觸壓傳感器受到外力時(shí)可通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)，并通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極輸出。
[0013]進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)的外置電極為埋設(shè)在殼體內(nèi)部的容置空腔的側(cè)壁中的電極層，或設(shè)置在殼體外側(cè)的屏蔽層。
[0014]進(jìn)一步，觸壓傳感器的截面形狀為圓形或多邊形。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)中的一個(gè)摩擦組件制作成內(nèi)部中空的框架結(jié)構(gòu)，另一摩擦組件置放在其內(nèi)部，使得摩擦面積增大，從而電極之間的電勢(shì)差增大，相應(yīng)的，應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的感應(yīng)也就更靈敏，極大提高了傳感器的精度，尤其可以用于感測(cè)微小壓力。
[0017]本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器制作工藝簡(jiǎn)單，成本低，使用壽命長(zhǎng)，容易密封，不易損壞。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第一實(shí)施例的橫向剖視圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第一實(shí)施例的縱向剖視圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第二實(shí)施例的橫向剖視圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第二實(shí)施例的縱向剖視圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第三實(shí)施例的橫向剖視圖；
[0023]圖6為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第三實(shí)施例的縱向剖視圖；
[0024]圖7為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第四實(shí)施例的橫向剖視圖；
[0025]圖8為本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第四實(shí)施例的縱向剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]為了更好的了解本實(shí)用新型的目的、結(jié)構(gòu)及功能，下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的一種摩擦發(fā)電機(jī)和應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0027]本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)包括殼體和電極板。其中，殼體由高分子聚合物材料制成，具有彈性，內(nèi)部形成有容置空腔；電極板置放在殼體內(nèi)部的容置空腔中，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間存在摩擦間隙，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面相互摩擦可產(chǎn)生電能。
[0028]此外，本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)還包括外置電極，外置電極設(shè)置在容置空腔的外部，電極板與外置電極為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。應(yīng)注意的是，本實(shí)用新型中的外置電極可以是殼體內(nèi)部的容置空腔的側(cè)壁中埋設(shè)的電極層，或者是殼體外側(cè)設(shè)置的電極層。
[0029]進(jìn)一步，本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器包括上述的摩擦發(fā)電機(jī)，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體外側(cè)設(shè)置有用于屏蔽干擾信號(hào)的屏蔽層，觸壓傳感器受到外力時(shí)可通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)，并通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極輸出。
[0030]具體來(lái)說(shuō)，如圖1和圖2所示，其示出了本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第一實(shí)施例的剖面圖。
[0031]本實(shí)施例中，觸壓傳感器中的摩擦發(fā)電機(jī)包括殼體I和電極板2。其中，殼體I具有彈性，內(nèi)部形成有容置空腔11 ;電極板2置放在殼體I內(nèi)部的容置空腔11中，且電極板2與容置空腔11的內(nèi)壁面之間存在摩擦間隙，電極板2與容置空腔11的內(nèi)壁面之間相互摩擦可產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)。
[0032]進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體I的外側(cè)纏繞有可用于屏蔽干擾信號(hào)的屏蔽層4。其中，屏蔽層4可作為本實(shí)施例中的摩擦發(fā)電機(jī)的外置電極。也即，本實(shí)施例中，電極板2和屏蔽層4為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
[0033]進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體I上形成有開(kāi)口，電極板2可從殼體I的開(kāi)口處置放到容置空腔11中。此外，殼體I的開(kāi)口處還設(shè)置有堵頭5，以防止水及其他有害物質(zhì)的進(jìn)入。其中，如圖1所示，本實(shí)施例中的殼體I上形成有兩個(gè)開(kāi)口，但根據(jù)實(shí)際需要，也可僅設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)口。
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例中的觸壓傳感器的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明:當(dāng)觸壓傳感器受到外力作用而使摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，殼體I內(nèi)部的容置空腔11中的電極板2與容置空腔11的內(nèi)壁面之間會(huì)相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，從而在電極板2和屏蔽層4上分別感應(yīng)出正負(fù)電荷，由此便會(huì)導(dǎo)致電極板2和屏蔽層4之間出現(xiàn)電勢(shì)差。由于電極板2和屏蔽層4之間電勢(shì)差的存在，自由電子將通過(guò)外電路由電勢(shì)低的一側(cè)流向電勢(shì)高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在電極板2和屏蔽層4之間的內(nèi)電勢(shì)消失，此時(shí)已平衡的電極板2和屏蔽層4之間將再次產(chǎn)生反向的電勢(shì)差，則自由電子通過(guò)外電路形成反向電流。在具體應(yīng)用中，上述摩擦發(fā)電機(jī)在受力條件下，通過(guò)電極板2與容置空腔11的內(nèi)壁面之間的摩擦，能夠產(chǎn)生與施加到觸壓傳感器上的壓力大小一一對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，壓力與電壓信號(hào)的關(guān)系優(yōu)選為單調(diào)遞增關(guān)系或線性關(guān)系。
[0035]進(jìn)一步，本實(shí)施例中，殼體I的材料可為選自聚酰亞胺、苯胺甲醛樹(shù)脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、纖維素海綿、再生海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纖維、聚甲基，甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、甲醛苯酚、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯和聚乙烯丙二酚碳酸鹽中的任意一種，優(yōu)選為PDMS材料。
[0036]電極板2的材料為選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金中的任意一種，其中，金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、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。
[0037]屏蔽層4可以采用編織銅網(wǎng)、銅屏蔽帶、鋁塑復(fù)合帶或銅塑復(fù)合帶等來(lái)制作，具體材料可以參照電極板2的材料進(jìn)行選擇，此處不再贅述。
[0038]進(jìn)一步，屏蔽層4的外側(cè)還可設(shè)置保護(hù)層(圖中未示)，以用于對(duì)整個(gè)觸壓傳感器起到保護(hù)作用，防止尖銳物品劃傷觸壓傳感器。此外，如圖1所示，本實(shí)施例中的觸壓傳感器的截面形狀為矩形。當(dāng)然，本實(shí)用新型中并不局限于此，其截面形狀也可為圓形或多邊形。
[0039]如圖3和圖4所示，其示出了本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第二實(shí)施例的剖面圖。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體I內(nèi)部的容置空腔11的側(cè)壁中埋設(shè)有電極層3，該電極層3可作為本實(shí)施例中的外置電極。也即，本實(shí)施例中，設(shè)置在殼體I內(nèi)部的容置空腔11中的電極板2和設(shè)置在容置空腔11的側(cè)壁中的電極層3為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。與第一實(shí)施例相比，此種方式的抗干擾性能更好。
[0040]如圖5和圖6所示，其示出了本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第三實(shí)施例的剖面圖。與第一實(shí)施例相比，本實(shí)施例中，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體I為密閉式結(jié)構(gòu)，電極板2直接密封在殼體I內(nèi)部的容置空腔11中。
[0041]進(jìn)一步，殼體I內(nèi)部的容置空腔11中還可填充有隔離物，以在電極板2與容置空腔11的內(nèi)壁面之間形成摩擦間隙。具體來(lái)說(shuō)，容置空腔11中填充的隔離物可為氣體或絕緣液體等，其中，絕緣液體可為甘油等常用的具有絕緣性能的液體。
[0042]本實(shí)施例的觸壓傳感器的原理和各組件的材料選擇可參考第一實(shí)施例中所示，此處不再詳述。
[0043]本實(shí)施例中由于摩擦發(fā)電機(jī)的殼體I為密閉式結(jié)構(gòu),且殼體I內(nèi)部的容置空腔11中還填充有隔離物，故與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例相比，由于采用氣體或絕緣液體進(jìn)行填充空腔，所以殼體I的側(cè)壁厚進(jìn)一步減小，從而可以用于感測(cè)微小壓力，整個(gè)觸壓傳感器的感應(yīng)靈敏度明顯提高。
[0044]如圖7和圖8所示，其示出了本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的第四實(shí)施例的剖面圖。本實(shí)施例與第三實(shí)施例的區(qū)別在于，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體I內(nèi)部的容置空腔11的側(cè)壁中埋設(shè)有電極層3，該電極層3可作為本實(shí)施例中的外置電極。也即，本實(shí)施例中，設(shè)置在殼體I內(nèi)部的容置空腔11中的電極板2和設(shè)置在容置空腔11的側(cè)壁中的電極層3為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。與第三實(shí)施例相比，此種方式的抗干擾性能更好。
[0045]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的制作工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。
[0046]本實(shí)用新型的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器的制造方法包括制作摩擦發(fā)電機(jī)和在摩擦發(fā)電機(jī)殼體的外部纏繞屏蔽層的過(guò)程。其中，制作摩擦發(fā)電機(jī)包括以下步驟:
[0047]第一種方式:
[0048]采用擠壓成型或注塑成型的方式加工具有開(kāi)口的摩擦發(fā)電機(jī)的殼體，殼體內(nèi)部形成有容置空腔。其中，殼體的截面形狀可通過(guò)更換擠壓設(shè)備的成型噴嘴進(jìn)行改變。
[0049]從制作完成的殼體的開(kāi)口處將電極板放入到殼體內(nèi)部的容置空腔中，其中，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間要具有摩擦間隙。
[0050]用堵頭將殼體的開(kāi)口處密封，以防止水及其他有害物質(zhì)的進(jìn)入。其中，堵頭和殼體的連接形式可采用粘結(jié)或利用殼體與堵頭的擠壓變形方式進(jìn)行夾緊。
[0051]第二種方式:
[0052]采用注塑成型和模壓成型的方式制作密閉的摩擦發(fā)電機(jī)的殼體，殼體內(nèi)部形成有容置空腔。
[0053]在制作摩擦發(fā)電機(jī)的殼體的同時(shí)將電極板直接密封在殼體內(nèi)部的容置空腔中，其中，容置空腔中可填充有隔離物，如氣體或絕緣液體等，以在電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間形成摩擦間隙。
[0054]進(jìn)一步，在摩擦發(fā)電機(jī)制作完成后，可在摩擦發(fā)電機(jī)的殼體外側(cè)纏繞用于屏蔽干擾信號(hào)的屏蔽層?；蛘吒鶕?jù)需要，還可在屏蔽層的外側(cè)設(shè)置保護(hù)層，以防止尖銳物品劃傷觸壓傳感器。
[0055]應(yīng)注意的是，通過(guò)上述方式制作的觸壓傳感器，摩擦發(fā)電機(jī)可直接使用屏蔽層作為外置電極，也即摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極為電極板和屏蔽層。此外，在制作具有開(kāi)口的摩擦發(fā)電機(jī)的殼體或密閉的摩擦發(fā)電機(jī)的殼體的過(guò)程中，還可在殼體內(nèi)部的容置空腔的側(cè)壁中埋設(shè)電極層，以作為外置電極，也即摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極為電極板和電極層，此種方式制作的觸壓傳感器抗干擾性能更好。
[0056]以上借助具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做了進(jìn)一步描述，但是應(yīng)該理解的是，這里具體的描述，不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍的限定，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員在閱讀本說(shuō)明書(shū)后對(duì)上述實(shí)施例做出的各種修改，都屬于本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括: 殼體，由高分子聚合物材料制成，具有彈性，內(nèi)部形成有容置空腔； 電極板，置放在殼體內(nèi)部的容置空腔中，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間存在摩擦間隙，電極板與容置空腔的內(nèi)壁面相互摩擦可產(chǎn)生電能； 外置電極，設(shè)置在容置空腔的外部，電極板與外置電極為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，殼體上形成有開(kāi)口，電極板可從殼體的開(kāi)口處置放到容置空腔中，殼體的開(kāi)口處設(shè)置有堵頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，殼體為密閉式結(jié)構(gòu)，電極板直接密封在容置空腔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，容置空腔中填充有隔離物，以在電極板與容置空腔的內(nèi)壁面之間形成摩擦間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，填充在容置空腔中的隔離物為氣體或絕緣液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，殼體內(nèi)部的容置空腔的側(cè)壁中埋設(shè)有可作為外置電極的電極層，或者殼體的外側(cè)設(shè)置有可作為外置電極的電極層。
7.一種應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器，其特征在于，包括上述任一權(quán)利要求中的摩擦發(fā)電機(jī)，摩擦發(fā)電機(jī)的殼體外側(cè)設(shè)置有用于屏蔽干擾信號(hào)的屏蔽層，觸壓傳感器受到外力時(shí)可通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)，并通過(guò)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器，其特征在于，摩擦發(fā)電機(jī)的外置電極為埋設(shè)在殼體內(nèi)部的容置空腔的側(cè)壁中的電極層，或設(shè)置在殼體外側(cè)的屏蔽層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)的觸壓傳感器，其特征在于，觸壓傳感器的截面形狀為圓形或多邊形。
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK204258659SQ201420316541
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】刁海豐, 鐘強(qiáng), 孫利佳, 王珊, 趙豪 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司