基于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的自供電避震彈簧的制作方法

本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的自供電避震彈簧。

背景技術(shù)：

當(dāng)今汽車，飛機(jī)等各種交通設(shè)施以及諸如坦克等軍事設(shè)施，基于考慮使用者舒適度以及儀器使用可以保證一定準(zhǔn)確度的出發(fā)點(diǎn)，減震器由此應(yīng)運(yùn)而生。迄今減震器的類型主要有：如圖1，簡(jiǎn)式避震器，它是在技術(shù)上頗為成熟的一種重量輕、外形小、阻尼力穩(wěn)定、性能良好的減震器，但防護(hù)性差，散熱不好。

如圖2，是葉片式減震器，它是一種利用縫隙和小孔節(jié)流的液力減震器，雖然其散熱情況較第一種好，但是從使用情況看，油液的粘溫特性和端面密封的結(jié)構(gòu)對(duì)減震器的性能的影響較大，阻力與速度之間不能保證恒定的函數(shù)關(guān)系，容易失敗。

如圖3，是摩擦片式減震器，它散熱性能尚好卻阻尼力不穩(wěn)定，若出現(xiàn)小振幅的情況則阻尼力略顯過(guò)大，而振幅大時(shí)阻尼力又偏小，容易是共振振幅過(guò)大，此外動(dòng)摩擦和靜摩擦差異過(guò)大會(huì)引起震動(dòng)工作極不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有減震器的性能差等技術(shù)問(wèn)題，從而提供一種基于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的自供電避震彈簧。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的自供電避震彈簧，包括摩擦電納米發(fā)電機(jī)、外彈簧、線圈和磁柱，摩擦電納米發(fā)電機(jī)設(shè)置在外彈簧內(nèi)，線圈設(shè)置在摩擦電納米發(fā)電機(jī)的第一電極套筒ⅰ內(nèi)，磁柱設(shè)置在摩擦電納米發(fā)電機(jī)的第一電極套筒ⅱ內(nèi)并與插入線圈內(nèi)。

還包括整流器，摩擦電納米發(fā)電的第一電極套筒ⅰ、第二電極套筒ⅰ和第三電極套筒ⅰ分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的一個(gè)輸入端連接，摩擦電納米發(fā)電的第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的另一個(gè)輸入端連接，整流器的輸出端與外彈簧連接。

在外彈簧外包裹有絕緣層。絕緣層的設(shè)置使得外彈簧可作為普通彈簧使用。

所述摩擦電納米發(fā)電機(jī)，包括插接配合的第一套筒組件和第二套筒組件，所述第一套筒組件包括導(dǎo)電基板ⅰ，在導(dǎo)電基板ⅰ上由內(nèi)向外依次設(shè)置有第一電極套筒ⅰ、第一摩擦套筒、第二電極套筒ⅰ、第二摩擦套筒、第三摩擦套筒和第三電極套筒ⅰ，第一電極套筒ⅰ、第一摩擦套筒、第二電極套筒ⅰ、第二摩擦套筒、第三摩擦套筒和第三電極套筒ⅰ的軸線重合；第一摩擦套筒與第一電極套筒ⅰ之間設(shè)置有空隙ⅰ，且第一摩擦套筒設(shè)置在第二電極套筒ⅰ的內(nèi)壁，第二摩擦套筒設(shè)置在第二電極套筒ⅰ的外壁且第二摩擦套筒與第三摩擦套筒之間設(shè)置有空隙ⅱ，第三摩擦套筒設(shè)置在第三電極套筒ⅰ的內(nèi)壁；所述第二套筒組件包括導(dǎo)電基板ⅱ，在導(dǎo)電基板ⅱ上由外向內(nèi)設(shè)置有第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ，第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ的軸線重合且第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ之間設(shè)置有空隙ⅲ，且第一電極套筒ⅱ插入空隙ⅰ內(nèi)將第一電極套筒ⅰ罩設(shè)且第一電極套筒ⅱ的外壁與第一摩擦套筒的內(nèi)壁相接觸；第二電極套筒ⅱ插入空隙ⅱ內(nèi)將第一摩擦套筒、第二電極套筒ⅰ和第二摩擦套筒罩設(shè)，且第一摩擦套筒、第二電極套筒ⅰ和第二摩擦套筒插入空隙ⅲ內(nèi)，第二電極套筒ⅱ的內(nèi)壁與第二摩擦套筒的外壁相接觸，第二電極套筒ⅱ的外壁與第三摩擦套筒的內(nèi)壁相接觸。

在第三電極套筒ⅰ-上套設(shè)有第一鋁合金圓環(huán)，第一鋁合金圓環(huán)-朝向第二鋁合金圓環(huán)-的端面設(shè)置有壓電材料層，第一鋁合金圓環(huán)-背向第二鋁合金圓環(huán)-的端面通過(guò)小彈簧連接在導(dǎo)電基板ⅰ上；在第二電極套筒ⅱ-外套設(shè)有第二鋁合金圓環(huán)，第二鋁合金圓環(huán)通過(guò)小彈簧連接在導(dǎo)電基板ⅱ上。第一鋁合金圓環(huán)和第二鋁合金圓環(huán)受到壓力后相互接觸，使得壓電材料層產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

所述第一電極套筒ⅱ的外壁與第一摩擦套筒內(nèi)壁、第二電極套筒ⅱ的內(nèi)壁與第二摩擦套筒的外壁以及所述第二電極套筒ⅱ的外壁與第三摩擦套筒的內(nèi)壁均設(shè)置有空隙，空隙的設(shè)置是為了使其可以滑動(dòng)配合。

所述第一電極套筒ⅰ、第二電極套筒ⅰ、第三電極套筒ⅰ、第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ均為鋁合金套筒，且第一電極套筒ⅰ、第二電極套筒ⅰ和第三電極套筒ⅰ并聯(lián)連接，第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ并聯(lián)連接。

還包括整流器，第一電極套筒ⅰ、第二電極套筒ⅰ和第三電極套筒ⅰ分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的一個(gè)輸入端連接，第一電極套筒ⅱ和第二電極套筒ⅱ分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的另一個(gè)輸入端連接，整流器的輸出端與外部負(fù)載連接。

所述第一摩擦套筒、第二摩擦套筒和第三摩擦套筒均為由高分子材料制成的套筒。

所述高分子材料為聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈和聚雙苯酚碳酸酯中的一種或幾種。

所述第一摩擦套筒、第二摩擦套筒和第三摩擦套筒的厚度均為1~2㎜。

在第二摩擦套筒的外壁上和第三摩擦套筒的內(nèi)壁上設(shè)置有用于增加電輸出量的微小凹凸結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選方式，包括若干個(gè)所述的摩擦電納米發(fā)電機(jī)，摩擦電納米發(fā)電機(jī)之間上下疊加并聯(lián)設(shè)置在外彈簧（4）內(nèi)，且摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出整流后與壓電材料層的輸出整流后相并聯(lián)。所述壓電材料層使用的是pvdf即聚偏氟乙烯，當(dāng)外彈簧下壓時(shí)候相鄰摩擦電納米發(fā)電機(jī)的第一鋁合金圓環(huán)和第二鋁合金圓環(huán)受到壓力后相互接觸，使得壓電材料層形成壓力。

本發(fā)明通過(guò)第二套筒組件的電極套筒與第一套筒組件的摩擦套筒摩擦，使其產(chǎn)生電，進(jìn)而使電極套筒和摩擦套筒之間形成感應(yīng)電場(chǎng)，且通過(guò)整流器引出，而且，由于第一電極套筒ⅰ內(nèi)設(shè)置有線圈，第一電極套筒ⅱ內(nèi)設(shè)置有磁鐵，在外彈簧伸縮的過(guò)程中，線圈會(huì)切割磁鐵的磁力線，從而產(chǎn)生電能，從而使外彈簧帶電，外彈簧在磁鐵的磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生電磁力，產(chǎn)生的電磁力與外彈簧的受力方向相反，起到減震作用。本發(fā)明自身產(chǎn)電，并將外部的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，進(jìn)而再將電能轉(zhuǎn)換為與外部施加的機(jī)械能相反的機(jī)械能，進(jìn)一步改進(jìn)避震效果。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中第一種減震器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中第二種減震器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中第三種減震器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖1。

圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2。

圖6為本發(fā)明第一套筒組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明第二套筒組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明摩擦電納米發(fā)電機(jī)壓縮產(chǎn)生電磁力的狀態(tài)示意圖。

圖9為本發(fā)明摩擦電納米發(fā)電機(jī)拉伸產(chǎn)生電磁力的狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖4-9所示，一種基于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的自供電避震彈簧，包括摩擦電納米發(fā)電機(jī)、外彈簧4、線圈和磁柱5，摩擦電納米發(fā)電機(jī)設(shè)置在外彈簧4內(nèi)，線圈設(shè)置在摩擦電納米發(fā)電的第一電極套筒ⅰ1-2內(nèi)，磁柱5設(shè)置在摩擦電納米發(fā)電的第一電極套筒ⅱ2-2內(nèi)并與插入線圈內(nèi)。

所述摩擦電納米發(fā)電機(jī)的第三電極套筒ⅰ1-7和第二電極套筒ⅱ2-3的體積均與小于外彈簧內(nèi)體積，而導(dǎo)電基板ⅰ1-1和導(dǎo)電基板ⅱ2-1與彈簧內(nèi)體積相當(dāng)，以便于安裝在外彈簧內(nèi)部，并且不影響外彈簧本身的使用。

優(yōu)選地，還包括整流器，摩擦電納米發(fā)電的第一電極套筒ⅰ1-2、第二電極套筒ⅰ1-4和第三電極套筒ⅰ1-7分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的一個(gè)輸入端連接，摩擦電納米發(fā)電的第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的另一個(gè)輸入端連接，整流器的輸出端與外彈簧4連接。特別地，在外彈簧4外包裹有絕緣層，使得外彈簧還可充當(dāng)正常的彈簧使用。

所述摩擦電納米發(fā)電機(jī)，包括插接配合的第一套筒組件1和第二套筒組件2，所述第一套筒組件1包括導(dǎo)電基板ⅰ1-1，在導(dǎo)電基板ⅰ1-1上由內(nèi)向外依次設(shè)置有第一電極套筒ⅰ1-2、第一摩擦套筒1-3、第二電極套筒ⅰ1-4、第二摩擦套筒1-5、第三摩擦套筒1-6和第三電極套筒ⅰ1-7，第一電極套筒ⅰ1-2、第一摩擦套筒1-3、第二電極套筒ⅰ1-4、第二摩擦套筒1-5、第三摩擦套筒1-6和第三電極套筒ⅰ1-7的軸線重合；第一摩擦套筒1-3與第一電極套筒ⅰ1-2之間設(shè)置有空隙ⅰ1-8，空隙ⅰ1-8很小，只要達(dá)到滑動(dòng)配合的程度即可，且第一摩擦套筒1-3設(shè)置在第二電極套筒ⅰ1-4的內(nèi)壁，第二摩擦套筒1-5設(shè)置在第二電極套筒ⅰ1-4的外壁且第二摩擦套筒1-5與第三摩擦套筒1-6之間設(shè)置有空隙ⅱ1-9，空隙ⅱ1-9很小，只要達(dá)到滑動(dòng)配合的程度即可，第三摩擦套筒1-6設(shè)置在第三電極套筒ⅰ1-7的內(nèi)壁；所述第二套筒組件2包括導(dǎo)電基板ⅱ2-1，在導(dǎo)電基板ⅱ2-1上由外向內(nèi)設(shè)置有第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3，第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3的軸線重合且第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3之間設(shè)置有空隙ⅲ2-4，且第一電極套筒ⅱ2-2插入空隙ⅰ1-8內(nèi)將第一電極套筒ⅰ1-2罩設(shè)且第一電極套筒ⅱ2-2的外壁與第一摩擦套筒1-3的內(nèi)壁相接觸；第二電極套筒ⅱ2-3插入空隙ⅱ1-9內(nèi)將第一摩擦套筒1-3、第二電極套筒ⅰ1-4和第二摩擦套筒1-5罩設(shè)，且第一摩擦套筒1-3、第二電極套筒ⅰ1-4和第二摩擦套筒1-5插入空隙ⅲ2-4內(nèi)，第二電極套筒ⅱ2-3的內(nèi)壁與第二摩擦套筒1-5的外壁相接觸，第二電極套筒ⅱ2-3的外壁與第三摩擦套筒1-6的內(nèi)壁相接觸。而且，所述第一電極套筒ⅱ2-2的外壁與第一摩擦套筒1-3內(nèi)壁、第二電極套筒ⅱ2-3的內(nèi)壁與第二摩擦套筒1-5的外壁以及所述第二電極套筒ⅱ2-3的外壁與第三摩擦套筒1-6的內(nèi)壁均設(shè)置有空隙，空隙的設(shè)置是為了使其可以滑動(dòng)配合。

為提高電流輸出，在第三電極套筒ⅰ1-7上套設(shè)有第一鋁合金圓環(huán)1-10，第一鋁合金圓環(huán)1-10朝向第二鋁合金圓環(huán)2-5的端面設(shè)置有壓電材料層1-11，第一鋁合金圓環(huán)1-10背向第二鋁合金圓環(huán)2-5的端面通過(guò)小彈簧3連接在導(dǎo)電基板ⅰ1-1上；在第二電極套筒ⅱ2-3外套設(shè)有第二鋁合金圓環(huán)2-5，第二鋁合金圓環(huán)2-5通過(guò)小彈簧3連接在導(dǎo)電基板ⅱ2-1上。第一鋁合金圓環(huán)和第二鋁合金圓環(huán)受到壓力后相互接觸，使得壓電材料層產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

所述第一電極套筒ⅰ1-2、第二電極套筒ⅰ1-4、第三電極套筒ⅰ1-7、第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3均為鋁合金套筒，且第一電極套筒ⅰ1-2、第二電極套筒ⅰ1-4和第三電極套筒ⅰ1-7并聯(lián)連接，第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3并聯(lián)連接。

在本實(shí)施例中，所述第一電極套筒ⅰ1-2、第二電極套筒ⅰ1-4、第三電極套筒ⅰ1-7、第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3的材料優(yōu)選為鋁合金，是因?yàn)槠渚哂休p質(zhì)耐磨導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。所適用的材料還可以為導(dǎo)電薄膜、導(dǎo)電高分子、金屬材料，金屬材料包括純金屬和合金,純金屬選自金、銀、鉑、把、鋁、鎳、銅、欽、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢、釩等,合金可以選自輕合金鋁合金、欽合金、鎂合金、被合金等、重有色合金銅合金、鋅合金、錳合金、鎳合金等、低熔點(diǎn)合金鉛、錫、福、秘、錮、稼及其合金、難熔合金鎢合金、鑰合金、妮合金、擔(dān)合金等。

摩擦電納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)可單獨(dú)充當(dāng)發(fā)電裝置，只需設(shè)置整流器，第一電極套筒ⅰ1-2、第二電極套筒ⅰ1-4和第三電極套筒ⅰ1-7分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的一個(gè)輸入端連接，第一電極套筒ⅱ2-2和第二電極套筒ⅱ2-3分別通過(guò)導(dǎo)線與整流器的另一個(gè)輸入端連接，整流器的輸出端與外部負(fù)載連接。

所述第一摩擦套筒1-3、第二摩擦套筒1-5和第三摩擦套筒1-6均為由高分子材料制成的套筒。

所述高分子材料為聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈和聚雙苯酚碳酸酯中的一種或幾種。

所述第一摩擦套筒1-3、第二摩擦套筒1-5和第三摩擦套筒1-6的厚度均為1-2㎜。

在第二摩擦套筒1-5的外壁上和第三摩擦套筒1-6的內(nèi)壁上設(shè)置有用于增加電輸出量的微凹凸結(jié)構(gòu)。

若干個(gè)所述的摩擦電納米發(fā)電機(jī)，摩擦電納米發(fā)電機(jī)之間上下疊加并聯(lián)設(shè)置在外彈簧4內(nèi)，形成摩擦電納米發(fā)電機(jī)組，且各摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出經(jīng)整流后與壓電材料層的輸出整流后相并聯(lián)。所述壓電材料層使用的是pvdf即聚偏氟乙烯，當(dāng)外彈簧下壓時(shí)候相鄰摩擦電納米發(fā)電機(jī)的第一鋁合金圓環(huán)和第二鋁合金圓環(huán)受到壓力后相互接觸，使得壓電材料層形成壓力。

第二套筒組件的電極套筒與第一套筒組件的摩擦套筒摩擦，使其產(chǎn)生電，進(jìn)而使電極套筒和摩擦套筒之間形成感應(yīng)電場(chǎng)，且通過(guò)整流器引出，而且，由于第一電極套筒ⅰ內(nèi)設(shè)置有線圈，第一電極套筒ⅱ2-2內(nèi)設(shè)置有磁鐵，在外彈簧伸縮的過(guò)程中，線圈會(huì)切割磁鐵的磁力線，從而產(chǎn)生電能，從而使外彈簧帶電，外彈簧在磁鐵的磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生電磁力，產(chǎn)生的電磁力與外彈簧的受力方向相反，如圖7-8所示，起到減震作用。