本實(shí)用新型涉及智能球技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球內(nèi)封裝電子器件的薄膜發(fā)電球。

背景技術(shù)：

球體，例如足球、籃球、橄欖球等，其作為運(yùn)動(dòng)載體的同時(shí)被不斷地通過(guò)拍打、撞擊等方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)輔助功能。然而，現(xiàn)有的球體其功能定位僅限于運(yùn)動(dòng)輔助，而球體本身由于被外部勢(shì)能的作用而產(chǎn)生的形變和震動(dòng)的本身能量，卻沒(méi)有被很好的利用。現(xiàn)有技術(shù)中有通過(guò)在球體內(nèi)部設(shè)置感應(yīng)線圈和永磁體，通過(guò)永磁體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)切割感應(yīng)線圈，來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)發(fā)電。電磁感應(yīng)發(fā)電其涉及到在球體內(nèi)部部署永磁體及感應(yīng)線圈，其大大增加整個(gè)球體的重量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，需要提供一種球內(nèi)封裝電子器件的薄膜發(fā)電球，通過(guò)一種全新的方式來(lái)獲得高效球內(nèi)發(fā)電的同時(shí)并不過(guò)多增加球體的重量，同時(shí)將電子電路設(shè)置在球體中心薄膜上，實(shí)現(xiàn)對(duì)球體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)于球體形變及運(yùn)動(dòng)勢(shì)能的高效捕捉，并最大程度地轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行存儲(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種球內(nèi)封裝電子器件的薄膜發(fā)電球，包括球體，所述球體內(nèi)中部區(qū)域設(shè)有第一電極薄膜層，所述第一電極薄膜層由兩片發(fā)電薄膜貼合構(gòu)成，兩片發(fā)電薄膜中間設(shè)有一絕緣基板，所述絕緣基板上設(shè)有電路組件，兩片發(fā)電薄膜中間避開絕緣基板的部分設(shè)有第一電極層，所述第一電極層與電路組件通過(guò)導(dǎo)線電性連接，所述球體內(nèi)還設(shè)有第二電極薄膜層和第三電極薄膜層，所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層分別設(shè)置在第一電極薄膜層的兩側(cè)面，所述第一電極薄膜層與第二電極薄膜層的兩相對(duì)面分別設(shè)有第一摩擦增益層，所述第一電極薄膜層與第三電極薄膜層的兩相對(duì)面分別設(shè)有第二摩擦增益層，所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層的兩背離面分別設(shè)有第二電極層，所述第二電極層與電路組件通過(guò)導(dǎo)線電性連接。

進(jìn)一步的，所述兩第一摩擦增益層之間的垂直距離d滿足以下條件： 0≤d≤1cm，所述兩第二摩擦增益層之間的垂直距離d滿足以下條件： 0≤d≤1cm。

進(jìn)一步的，所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層上開設(shè)有通孔，所述通孔正對(duì)所述電路組件。

進(jìn)一步的，所述第一電極薄膜層選自聚四氟乙烯、聚酯纖維、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯材料經(jīng)氧氣以及四氟化碳混合氣體所產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行表面改性后的材質(zhì)中的一種，所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層選自聚四氟乙烯、聚酯纖維、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯材料經(jīng)氧氣以及四氟化碳混合氣體所產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行表面改性后的材質(zhì)中的一種，但所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層的材質(zhì)不同，所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層的材質(zhì)相同。

更進(jìn)一步的，第一電極薄膜層選用聚酯纖維材質(zhì)制作而成，所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層均采用聚二甲基硅氧烷材質(zhì)制作而成。

進(jìn)一步的，所述第一電極層采用金屬導(dǎo)電材料通過(guò)真空濺射法或化學(xué)氣相沉積工藝，在第一電極薄膜層的兩片發(fā)電薄膜中間避開絕緣基板的部分制作出完整的金屬電極。

進(jìn)一步的，所述第二電極層采用金屬導(dǎo)電材料通過(guò)真空濺射法或化學(xué)氣相沉積工藝，在所述第二電極薄膜層和第三電極薄膜層的兩背離面制作出完整的金屬電極。

優(yōu)選的，所述金屬電極為圓形或非圓形金屬電極。

優(yōu)選的，所述金屬導(dǎo)電材料選自金、銀、銅、鋁、鈦、鎢、烙及其合金中的一種，金屬電極厚度優(yōu)選為100nm-4000nm。

進(jìn)一步的，所述第一摩擦增益層包括設(shè)置在第一電極薄膜層與第二電極薄膜層的兩相對(duì)面的第一微粒狀凸起層，以及覆蓋在第一微粒狀凸起層上且分別與第一電極薄膜層與第二電極薄膜層緊密貼合的第一納米金屬層。

進(jìn)一步的，所述第二摩擦增益層包括設(shè)置在第一電極薄膜層與第三電極薄膜層的兩相對(duì)面的第一微粒狀凸起層，以及覆蓋在第一微粒狀凸起層上且分別與第一電極薄膜層與第三電極薄膜層緊密貼合的第一納米金屬層。

優(yōu)選的，所述第一微粒狀凸起層或第二微粒狀凸起層均采用納米級(jí)SiO 2和納米級(jí)Al2O3材料混合制作而成。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案具有的有益效果如下：通過(guò)在球體內(nèi)設(shè)置一組電極薄膜層，該組電極薄膜層包括一在中部的第一電極薄膜層，以及分別設(shè)置在第一電極薄膜層兩側(cè)的第二電極薄膜層和第三電極薄膜層，第一電極薄膜層本身也是由兩片發(fā)電薄膜構(gòu)成，該兩片電極薄膜層中間設(shè)有第一電極層以及絕緣基板上設(shè)置的電路組件，這些結(jié)構(gòu)組合構(gòu)成摩擦發(fā)電裝置，借助一種分離技術(shù)，當(dāng)摩擦發(fā)生時(shí)，第二和第三電極薄膜層分別與第一電極薄膜層之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢(shì)差，經(jīng)由外部電路即可形成電流。在摩擦中，第一電極薄膜層產(chǎn)生電子，第二和第三電極薄膜層則負(fù)責(zé)接收電子，從將產(chǎn)生的電流和電壓通過(guò)導(dǎo)線輸出到電路組件中，并通過(guò)整流濾波過(guò)程為摩擦發(fā)電智能球的電路組件的其他電子器件供電。

2、第一電極薄膜層的兩側(cè)面均設(shè)有摩擦增益層，而第二電極薄膜層和第三電極薄膜層相對(duì)第一電極薄膜層的一側(cè)面也設(shè)有摩擦增益層，該摩擦增益層結(jié)構(gòu)采用微粒狀凸起層和納米金屬層結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩個(gè)電極薄膜層發(fā)生摩擦?xí)r，該微粒狀凸起層能夠在豎直方向上增加摩擦，而納米金屬層能夠在水平方向上增加摩擦，從而從兩個(gè)維度極大地增加了摩擦表面的摩擦力度，進(jìn)一步提高輸出電壓電流。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的剖視圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的電極薄膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1的工作狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說(shuō)明技術(shù)方案的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實(shí)施例并配合附圖詳予說(shuō)明。

實(shí)施例：

請(qǐng)參閱圖1至圖4，本實(shí)施例1的一種球內(nèi)封裝電子器件的薄膜發(fā)電球，包括球體1，所述球體1內(nèi)中部區(qū)域設(shè)有電極薄膜層10，所述電極薄膜層10由兩片發(fā)電薄膜101、102貼合構(gòu)成，兩片發(fā)電薄膜101、102中間設(shè)有一絕緣基板20，在本實(shí)施例中該絕緣基板20為兩層，分別與兩片發(fā)電薄膜101、102中間貼合固定連接，兩層絕緣基板20中間夾設(shè)有電路組件40，也就是說(shuō)該電路組件40是被絕緣基板包圍絕緣后再設(shè)置在兩片發(fā)電薄膜101、102中間的。在其他實(shí)施例中，也可以只在其中一片發(fā)電薄膜101上設(shè)置一塊絕緣基板20，再將電路組件40設(shè)置在該絕緣基板20上，從而將整個(gè)絕緣基板和電路組件40作為一個(gè)整體組件設(shè)置在兩片發(fā)電薄膜101、102之間。

具體參考圖2所示，兩片發(fā)電薄膜101、102中間避開絕緣基板20的部分設(shè)有電極層30，所述電極層30與電路組件40通過(guò)導(dǎo)線電性連接，所述球體1內(nèi)還設(shè)有電極薄膜層11和電極薄膜層12，所述電極薄膜層11和電極薄膜層12分別設(shè)置在電極薄膜層10的兩側(cè)，所述發(fā)電薄膜102與電極薄膜層11的兩相對(duì)面分別設(shè)有摩擦增益層103，所述發(fā)電薄膜101與電極薄膜層12的兩相對(duì)面分別設(shè)有摩擦增益層104，所述電極薄膜層11和電極薄膜層12的兩背離面分別設(shè)有電極層50，所述電極層50與電路組件40通過(guò)導(dǎo)線電性連接。

所述發(fā)電薄膜102與電極薄膜層11的兩相對(duì)面是分別設(shè)置摩擦增益層103，也就是說(shuō)有兩摩擦增益層103。兩摩擦增益層103之間的垂直距離為d，同樣的，兩摩擦增益層104之間的垂直距離也為d，并滿足以下條件： 0≤d≤1cm。所述電極層30和電極層50作為電壓和電流輸出電極，并通過(guò)導(dǎo)線60與電路組件40電性連接，從而將電極薄膜層10分別與電極薄膜層11、發(fā)電薄膜102與電極薄膜層11、發(fā)電薄膜101與電極薄膜層12之間距離設(shè)置符合以下條件：當(dāng)球體球受碰撞或在滾動(dòng)過(guò)程中使薄膜產(chǎn)生形變能夠接觸并發(fā)生摩擦，當(dāng)球體恢復(fù)形變后，該對(duì)電極薄膜層能夠分離。

本實(shí)施例中，所述電極薄膜層11和電極薄膜層12上開設(shè)有通孔111、121，所述通孔正對(duì)所述電路組件40。

本實(shí)施例中，所述電極薄膜層10選自聚四氟乙烯（PTFE）材質(zhì)制作而成，所述電極薄膜層11和電極薄膜層12采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料經(jīng)氧氣以及四氟化碳混合氣體所產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行表面改性后的材質(zhì)制作而成。聚四氟乙烯（PTFE或Teflon），俗稱“塑料王”，是一種柔性高分子材料，具有優(yōu)良的綜合性能。PTFE的優(yōu)良性能使其在化工、機(jī)械、電子、電器、軍工、航天、環(huán)保和橋梁行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。PTFE的可加工性較強(qiáng)，可以通過(guò)多種改性方法獲得所需的PTFE材料，如表面改性、填充改性、共混改性等。PTFE薄膜是一種工程塑料，一半應(yīng)用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達(dá)、高頻通訊器材、無(wú)線電器材等。其具有以下特性：

耐高溫：使用工作溫度達(dá)250℃，耐低溫：具有良好的機(jī)械韌性，即使溫度下降到-196℃，也可保持5%的伸長(zhǎng)率，無(wú)毒害：具有生理惰性，作為人工血管和臟器長(zhǎng)期植入體內(nèi)無(wú)不良反應(yīng)，力學(xué)性能，不粘附：光滑異常，連冰都比不過(guò)它，是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)。它的摩擦系數(shù)極小，僅為聚乙烯的1/5，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性，絕緣性能優(yōu)異：報(bào)紙厚的一層薄膜，便足以抵擋1500V的高壓電。耐化學(xué)腐蝕和耐候性：除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕。例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無(wú)變化，也幾乎不溶于所有的溶劑，只在300℃以上稍溶于全烷烴（約0.1g/100g），優(yōu)異的耐候性：不吸潮，不燃，對(duì)氧、紫外線均極穩(wěn)定，有塑料中最佳的老化壽命。電性能：聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。耐輻射性能：聚四氟乙烯的耐輻射性能較差（104拉德），受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學(xué)性能均明顯下降。

另一實(shí)施例中，電極薄膜層10選用聚酯纖維材質(zhì)制作而成，所述電極薄膜層11和電極薄膜層12均采用聚二甲基硅氧烷材質(zhì)制作而成。所述電極薄膜層10和電極薄膜層12的厚度為500-5000μm。

本實(shí)施例，所述電極層30采用金屬導(dǎo)電材料通過(guò)真空濺射法或化學(xué)氣相沉積工藝，在第一電極薄膜層的兩片發(fā)電薄膜中間避開絕緣基板20的部分制作出完整的金屬電極。所述電極層50采用金屬導(dǎo)電材料通過(guò)真空濺射法或化學(xué)氣相沉積工藝，在所述電極薄膜層11和電極薄膜層12的兩背離面制作出完整的金屬電極。所述金屬電極為圓形或非圓形金屬電極。所述金屬導(dǎo)電材料選自金、銀、銅、鋁、鈦、鎢、烙及其合金中的一種，金屬電極厚度優(yōu)選為100nm-4000nm。

參考圖2所示，所述摩擦增益層103包括設(shè)置在發(fā)電薄膜102和電極薄膜層11兩相對(duì)面的微粒狀凸起層1031，以及覆蓋在微粒狀凸起層1031上且與電極薄膜層10和電極薄膜層11兩相對(duì)面緊密貼合的納米金屬層1032。所述摩擦增益層104包括設(shè)置在發(fā)電薄膜101和電極薄膜層12兩相對(duì)面的微粒狀凸起層1041，以及覆蓋在微粒狀凸起層1041上且與電極薄膜層10和電極薄膜層12兩相對(duì)面緊密貼合的納米金屬層1042。所述微粒狀凸起層1031或微粒狀凸起層1041均采用納米級(jí)SiO 2和納米級(jí)Al2O3材料混合制作而成。其制作工藝如下：在電極薄膜層101上采用粘合劑涂覆一層螺旋狀形態(tài)納米級(jí)SiO 2和納米級(jí)Al2O3材料混合材料，該粘合劑采用溶膠SiO 2粘合劑。干燥后，利用濺射或蒸發(fā)工藝，將納米級(jí)金屬材料涂覆至所有納米級(jí)SiO 2和納米級(jí)Al2O3材料混合材料上以及電極薄膜層101其他沒(méi)有涂覆上混合材料的部分。

電極層30和電極層50通過(guò)導(dǎo)線60與電路組件40電性連接構(gòu)成閉合回路，電路組件40包括依次電性連接的整流電路401、電源控制電路402、蓄電池403及其他電路404，所述整流電路401為橋式整流電路將發(fā)電產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)為直流電，電源控制電路402為升降壓控制并對(duì)電池充電，其中升降壓控制為電池充電提供穩(wěn)定的輸入電壓，包含基於PWM控制的升降壓芯片(buck-boost voltage regulator)，還有對(duì)蓄電池403進(jìn)行充電管理的充電芯片，其他電路404為智能球相關(guān)的其他智能電路。

本實(shí)施例的工作原理如下：

在本實(shí)施例中，電極薄膜層10分別與電極薄膜層11、12之間的距離均為d=4㎜，如圖4所示，當(dāng)球體1收到外力碰撞發(fā)生形變時(shí)，電極薄膜層10和電極薄膜層11及12的中部會(huì)貼合在一起，而碰撞的力度越大，則其貼合的力度也越大，撞擊后由于薄膜本身的彈性形變會(huì)又分開，則在撞擊和分開的過(guò)程中，電極薄膜層10分別和電極薄膜層11、12由于不斷摩擦產(chǎn)生了電勢(shì)變化，生成等量但電性相反的移動(dòng)電荷。而電極層30和電極層40作為整個(gè)發(fā)電薄膜的正負(fù)電極與外部的電路組件電路連接，從而所述電極層30和電極層50作為電壓和電流輸出電極，并通過(guò)導(dǎo)線與電路組件電性連接，從而將發(fā)電薄膜層摩擦產(chǎn)生的電壓和電流輸出至電路組件進(jìn)行存儲(chǔ)。

在電極薄膜層11和發(fā)電薄膜102上設(shè)置摩擦增益層103，電子薄膜層12和發(fā)電薄膜101上設(shè)置摩擦增益層104，則可以增大接觸區(qū)域面積，在摩擦增益層103、104的摩擦力作用下使得電極薄膜層10、11、12發(fā)生豎直和水平方向上的相對(duì)滑動(dòng)，具體地，而螺旋狀凸起1031、1041增加豎直方向上的摩擦接觸，而納米金屬層1032、1042則增加了水平方向上的摩擦滑動(dòng)，且納米金屬層1032、1042的設(shè)置，能夠增加電荷的產(chǎn)生，從而使得三個(gè)電極薄膜層10和電極薄膜層11、12之間的內(nèi)電勢(shì)大大增強(qiáng)。從而使得電極層30和電極層50產(chǎn)生更多的自由電荷，并在外電路導(dǎo)通情況下發(fā)生中和，形成外電流進(jìn)入電路組件負(fù)載，對(duì)電流進(jìn)行存儲(chǔ)，并為球體1其他部件提供工作電壓。

本實(shí)施例的有益效果如下：

通過(guò)在球體1內(nèi)設(shè)置一組電極薄膜層，該組電極薄膜層包括一在中部的電極薄膜層10，以及分別設(shè)置在電極薄膜層10兩側(cè)的電極薄膜層11和電極薄膜層12，電極薄膜層10本身也是由兩片發(fā)電薄膜構(gòu)成，該兩片電極薄膜層中間設(shè)有電極層30以及絕緣基板20上設(shè)置的電路組件40，這些結(jié)構(gòu)組合構(gòu)成摩擦發(fā)電裝置，借助一種分離技術(shù)，當(dāng)摩擦發(fā)生時(shí)，第二和第三電極薄膜層分別與電極薄膜層10之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢(shì)差，經(jīng)由外部電路即可形成電流。在摩擦中，第一電極薄膜層產(chǎn)生電子，第二和第三電極薄膜層則負(fù)責(zé)接收電子，從將產(chǎn)生的電流和電壓通過(guò)導(dǎo)線輸出到電路組件40中，并通過(guò)整流濾波過(guò)程為摩擦發(fā)電智能球的電路組件40的其他電子器件供電。

2、電極薄膜層10的兩側(cè)面均設(shè)有摩擦增益層，而電極薄膜層11和電極薄膜層12相對(duì)電極薄膜層10的一側(cè)面也設(shè)有摩擦增益層，該摩擦增益層結(jié)構(gòu)采用微粒狀凸起層和納米金屬層結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩個(gè)電極薄膜層發(fā)生摩擦?xí)r，該微粒狀凸起層能夠在豎直方向上增加摩擦，而納米金屬層能夠在水平方向上增加摩擦，從而從兩個(gè)維度極大地增加了摩擦表面的摩擦力度，進(jìn)一步提高輸出電壓電流。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者終端設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者終端設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者終端設(shè)備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超過(guò)”等理解為不包括本數(shù)；“以上”、“以下”、“以內(nèi)”等理解為包括本數(shù)。

盡管已經(jīng)對(duì)上述各實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改，所以以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。