摩擦发电装置、摩擦发电系统和照明系统的制作方法

1.本实用新型涉及发电机技术领域，具体地涉及一种摩擦发电装置、摩擦发电系统和照明系统。


背景技术：

2.发电装置是能够将原始能源转换成电能的生产设备，而电能的使用又极大地方便了我们的生活。目前的发电形式主要有火力发电、水力发电和风能发电。发电动力装置在电力工业中占据重要的地位，按能源的种类可以分为火电动力装置、水电动力装置、核电动力装置和其他能源发电动力装置。随着石化能源的日益枯竭和现代社会对电能需求的日益增大，使得对新能源的开发和利用越来越重要。其中，自然界中的风能作为一种潜力很大的新能源，自古以来就受到人们的重视，快速发展的风力发电技术成为如今风能利用的主要途径之一，而目前的风力发电主要是利用大型风车带动电磁阀电机来完成的。
3.风吹草动，树欲静而风不止，自然界里通过观察草木可以直观的感受到风能的力量。但是这样的风能是微弱且低频率的，传统的风力发电机很难对此进行收集和利用。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种摩擦发电装置，用于收集植物体摩擦产生的电能。
5.为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种摩擦发电装置，所述摩擦发电装置包括：第一摩擦层，为植物体；第二摩擦层，与所述第一摩擦层相对放置；固定装置，设置于所述第一摩擦层和所述第二摩擦层之间；以及电输出端，与所述第一摩擦层或所述第二摩擦层相接触，在外力作用下，所述两个相对放置的第一摩擦层和第二摩擦层之间发生接触和分离。
6.可选的，所述第二摩擦层由植物体或高分子聚合物构成，作为所述第一摩擦层的植物体和由所述植物体或所述高分子聚合物构成的所述第二摩擦层之间存在摩擦电极序差异。
7.可选的，所述高分子聚合物为以下中的任意一者：聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、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、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯丙二酚碳酸盐、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
8.可选的，所述固定装置设置在所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的一端，以使得所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的一端固定连接。
9.可选的，所述摩擦发电装置还包括两个所述第一摩擦层，所述第二摩擦层设置在
所述两个第一摩擦层之间。
10.可选的，所述电输出端包括两个电极层，所述两个电极层分别与所述两个第一摩擦层相连接，所述两个电极层之间耦接。
11.可选的，所述第二摩擦层为高分子薄板。
12.可选的，所述高分子薄板刻蚀有微纳结构。
13.可选的，所述第二摩擦层为聚甲基丙烯酸甲酯薄板。
14.可选的，所述固定装置为以下中的一者：胶粘剂、夹子、弹性部件或线。
15.可选的，所述植物体为叶片或花瓣。
16.可选的，所述植物体为以下任意一者中的叶片或花瓣：绿萝、荷叶、滴水莲、玉兰、玉簪、白掌、红掌、喜林芋、蔓绿绒、白杨、梧桐、榕树、樟树、芭蕉、万年青、鹤望兰、海芋、绿霸王、橡皮树、菜豆树、鹅掌木、佛手莲、琴叶榕、金钻、双线竹芋、玫瑰、月季、牡丹、荷花、马蹄莲、睡莲、郁金香、百合、兰花、蝴蝶兰、牵牛花。
17.相应的，本实用新型实施例还提供一种摩擦发电系统，所述摩擦发电系统包括多个根据上述中任一项所述的摩擦发电装置，所述多个摩擦发电装置之间整流后并联连接。
18.可选的，所述摩擦发电装置与电子器件相连接，用于为所述电子器件供电。
19.相应的，本实用新型实施例还提供一种照明系统，所述照明系统包括一个或多个根据上述中任一项所述的摩擦发电装置；以及一个或多个led灯，与所述电输出端连接。
20.本实用新型提供的摩擦发电装置直接采用植物体作为摩擦发电装置的一个摩擦层，就地取材，贴近于日常生活，因此当这种摩擦发电装置被用作教学用具或者科普展品时，其结构简单，展示效果直观且形象，可以引导学生或者参观者从现象观察到科学原理的探究，提高其对科学探究的兴趣，具有寓教于乐的优点。另外，本实用新型提供的摩擦发电装置可以实现对自然界中的微弱且低频率的风能等能量的收集和利用，突破了传统的植物发电在太阳能收集方面的局限性，弥补了大型风力发电机在微弱低频率风能收集上的不足。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例提供的摩擦发电装置的结构示意图；
22.图2是本实用新型实施例提供的摩擦发电装置的结构示意图；
23.图3是本实用新型实施例提供的摩擦发电装置的结构示意图。
24.附图标记说明
25.10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一摩擦层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
ꢀꢀꢀ
第一摩擦层
26.12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一摩擦层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
ꢀꢀꢀ
第二摩擦层
27.30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
固定装置
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31
ꢀꢀꢀ
胶带
28.40
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电输出端
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5ꢀꢀꢀꢀ
led灯
29.61
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电极层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
62
ꢀꢀꢀ
第二电极层
具体实施方式
30.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
31.摩擦起电是自然界中常见的一种现象，无论是梳头、穿衣，还是走路、开车都能遇到，而当风吹动花瓣、叶片等植物体时，植物体会在风能的作用下发生振动，也可以产生摩擦电，但是摩擦电又很难被收集和利用，导致其总是被忽视，因此，现有的对植物发电的研究多集中于光合作用，通过收集太阳能来进行发电。另外，现有的有关摩擦电的教学教具结构较为复杂难懂，不适合初学者。基于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种摩擦发电装置、摩擦发电系统和照明系统，用于收集植物体摩擦产生的电能。
32.本实用新型一实施例提供一种摩擦发电装置，其包括与电输出端相连接的两个摩擦层，且所述两个摩擦层应当相对放置，并通过固定装置使得所述两个摩擦层固定连接，当有外力作用时，所述两个摩擦层之间会发生接触和分离。在两个摩擦层的得失电荷能力不同的情况下，当两个摩擦层接触时，两个摩擦层的接触面上的电荷会从一个摩擦层转移至另一个摩擦层，并产生摩擦电，当两个摩擦层分离时，由于电输出端的存在，电荷可以定向移动，并通过电输出端输出电信号。
33.其中，所述摩擦层为植物体，例如可以为绿萝、荷叶、滴水莲、玉兰、玉簪、白掌、红掌、喜林芋、蔓绿绒、白杨、梧桐、榕树、樟树、芭蕉、万年青、鹤望兰、海芋、绿霸王、橡皮树、菜豆树、鹅掌木、佛手莲、琴叶榕、金钻、双线竹芋、玫瑰、月季、牡丹、荷花、马蹄莲、睡莲、郁金香、百合、兰花、蝴蝶兰、牵牛花等生活环境中常见的植物叶片、花瓣或树皮等。
34.可选的，所述两个摩擦层都可以为植物体，且作为所述第一摩擦层的植物体和作为所述第二摩擦层的植物体之间应该存在摩擦电极序差异。但是考虑到植物体之间的摩擦电极序差异不大，会导致能量转换效率低，且发电效果不明显，因此，优选方案为两个摩擦层中的一个摩擦层为植物体，另一个摩擦层为高分子聚合物等其他摩擦材料。例如，所述另一个摩擦层可以为由聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚、聚四氟乙烯、聚氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、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、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸脂、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯丙二酚碳酸盐、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚或聚对苯二甲酸乙二醇脂等高分子材料制成。
35.可选的，所述第二摩擦层还可以为由高分子聚合物构成的的高分子薄板。
36.进一步的，所述高分子薄板优选具有微纳结构，这样可以增大第一摩擦层与第二摩擦层之间的接触面积，提高能量转换效率。
37.其中，所述电输出端可由导体材料、半导体材料或其他能够导电的材料制成，例如其可以包括鳄鱼夹导线，连接在摩擦层与用电设备或电流计等设备之间。
38.其中，所述固定装置设置在两个摩擦层之间，例如，所述固定装置可以位于两个摩擦层的同一端，使得两个摩擦层的同一端固定连接，另一端为自由端，或者可以位于两个摩擦层的两端，使得两个摩擦层的两端都固定连接，但是需要限制所述两个摩擦层在自然状态时，两个摩擦层之间具有空隙，或者在两个摩擦层都比较大时，可以将所述固定装置设置在两个摩擦层之间的任意位置，例如位于摩擦层的中间位置，当有外力作用时，两个摩擦层的两端可以发生接触和分离。
39.可选的，所述固定装置可以为胶水或胶布等胶粘剂、弹簧等弹性部件、夹子、线或
者由线组成的绳子等，只要能使所述两个摩擦层固定连接即可。
40.可选的，所述外力可以来自于风力、水力或人力等。
41.另外，所述外力优选作用于由植物体构成的第一摩擦层，但是也可以作用于第二摩擦层、同时作用于第一摩擦层和第二摩擦层，或者可以使得外力作用于整个摩擦发电装置。
42.考虑到所述两个摩擦层中的至少一者为植物体，且在自然状态时，最常见的外力由风能提供，因此上述中将固定装置设置在两个摩擦层的一端的方案为最优选择，以下将以固定装置设置在两个摩擦层的同一端为例，详细解释本实用新型实施例提供的技术方案。
43.具体的，所述摩擦发电装置的结构示意图如图1所示，由植物体构成的第一摩擦层10和由其它材料构成的第二摩擦层20通过固定装置30连接，并通过与第一摩擦层10相连接的电输出端40输出电信号。可选的，所述电输出端40可以与用电设备或电流计等设备，以向用户展示发电效果。
44.图2是本发实用新型实施例提供的一种摩擦发电装置的结构示意图。如图2所示，展示出了一种单电极模式的摩擦发电装置。其中，第一摩擦层10选用新鲜绿萝叶片，第二摩擦层20选用聚甲基丙烯酸甲酯薄板，固定装置30选用聚丙烯酸酯双面泡绵胶带，电输出端40选用鳄鱼夹导线，用电器为led灯5。
45.将绿萝叶片的一端用聚丙烯酸酯双面泡绵胶带粘贴在聚甲基丙烯酸甲酯薄板的一端，绿萝叶片的另一端可以自由活动，在风力或其它机械力的作用下，绿萝叶片的能够自由活动的部分会与聚甲基丙烯酸甲酯薄板发生相互接触和分离。
46.另外，如果摩擦发电装置的结构为单电极结构，那么电输出端应该与等电位点相连接，例如地电位或者等电位电路等，这样电输出端40和等电位点之间有电荷流动，形成电流。如图2所示，该摩擦发电装置的电输出端40就与地电位相连接。
47.具体的，图2所示的摩擦发电装置的工作过程为：当受到外力时，绿萝叶片和聚甲基丙烯酸甲酯薄板发生相互接触和分离，在相互接触摩擦的过程中，由于绿萝叶片和聚甲基丙烯酸甲酯薄板的得失电子能力不同，在接触面上的电荷会从一种材料表面转移至另一种材料表面而产生摩擦起电，在绿萝叶片和聚甲基丙烯酸甲酯薄板分离时，绿萝叶片内部会产生感应电荷，导致绿萝叶片与地电位之间产生电势差，进而通过鳄鱼夹导线产生电信号。
48.在导线与电流计串联连接后接地电位的情况下，在绿萝叶片和聚甲基丙烯酸甲酯薄板相互接触和分离的过程中，电流计的指针会发生偏转。或者如图2所示，可以使得导线与led灯串联连接后再接地电位，在绿萝叶片和聚甲基丙烯酸甲酯薄板相互接触和分离的过程中，led灯会被点亮。其中，所述led灯还可以选择为多色发光二极管，当摩擦发电装置输出的电压值不同时，多色发光二极管会发出不同颜色的光，这样会具有更好的展示效果。
49.图3是本实用新型实施例提供的一种摩擦发电装置的结构示意图。如图3所示，本实用新型该实施例提供的摩擦发电装置包括由两个由植物体构成的第一摩擦层11和第一摩擦层12，放置在所述第一摩擦层11和第一摩擦层12之间的第二摩擦层20，第一摩擦层11与第二摩擦层20和第一摩擦层12与第二摩擦层20之间都通过胶带31固定连接，且所述第一摩擦层11和第一摩擦层12都被固定在第二摩擦层20的同一端，第一电极层61和第二电极层
62分别与第一摩擦层11和第一摩擦层12电连接，且第一电极层61和第二电极层62之间耦接。
50.可选的，所述第一电极层61和所述第二电极层62可以为电极片。
51.当图3中示出的摩擦发电装置收到外力作用时，第一摩擦层11和第一摩擦层12都会与第二摩擦层20发生接触
‑
分离，并通过第一电极层61和第二电极层62输出电信号。
52.如图3所示，在第一电极层61和第二电极层62之间可以接入led灯5，led灯5与第一电极层61和第二电极层62之间通过导线连接。所述led灯5不限于一个，可以为多个，优选为串联连接。
53.本实用新型实施例提供的摩擦发电装置突破了传统的风力电磁发电机和传统的植物发电机利用光合作用的能量的局限性，还可以实现对微弱、低频率的风能的收集，提高对微弱的能量的利用率。
54.另外，本实用新型实施例提供的摩擦发电装置取材于自然界中的植物，可以将其作为摩擦电教学教具或者科普展品，达到把科学原理直观呈现的效果，可以增强学生和参观者对摩擦发电技术的直观感受，有利于提高学习兴趣。
55.本实用新型实施例提供的摩擦发电装置，还具有结构简单，取材广泛和易于制作的优点，便于学生等参与制作，互动性效果好，可以丰富学生的学习体验。
56.相应的，本实用新型实施例还提供一种摩擦发电系统，所述摩擦发电系统包括多个上述实施例中任意的摩擦发电装置，所述多个摩擦发电装置之间整流后并联连接。
57.进一步的，所述摩擦发电系统的输出端或所述摩擦发电系统内的摩擦发电装置的输出端可以与小型分布式电子器件相连接，用于为电子器件供电。
58.可选的，所述电子器件可以为电容，电池，三极管等器件。
59.相应的，本实用新型实施例还提供一种照明系统，所述照明系统包括：一个或多个上述实施例中任意的摩擦发电装置；以及与所述摩擦发电装置的电输出端相连接的一个或多个led灯。
60.本实用新型该实施例提供的照明系统可以直接作为教学教具或者科普展品进行展示。
61.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。