CN118137879A - 摩擦发电装置、服务器系统和服务器机柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机技术领域，公开了一种摩擦发电装置、服务器系统和服务器机柜，摩擦发电装置包括：第一绝缘基体；正极起电材料，连接于绝缘基体的一侧，正极起电材料包括混合有金属的纺织纤维；第二绝缘基体，与第一绝缘基体相对设置，并位于正极起电材料远离第一绝缘基体的一侧；第一电极片，连接于第二绝缘基体接近第一绝缘基体的一侧，第二电极片，连接于第二绝缘基体接近第一绝缘基体的一侧；负极起电材料，连接于第一电极片和第二电极片朝向正极起电材料的一侧。本发明的摩擦发电装置能够降低正极起电材料和负极起电材料之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

Description

摩擦发电装置、服务器系统和服务器机柜

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种摩擦发电装置、服务器系统和服务器机柜。

背景技术

摩擦发电装置具有微型轻量化、结构精简、电荷密度和能量密度高，机械能转化为电能的效率高等优势，近年来受到了广泛的关注。

相关技术中，摩擦发电装置包括正极、正极起电材料、负极和负极起电材料，正极起电材料和负极起电材料能够相互摩擦，通过摩擦和感应电势驱动位移电流并转化为电能，然而，摩擦发电装置在工作过程中，正极起电材料和负极起电材料容易产生磨损，降低摩擦发电装置的输出性能，降低摩擦发电装置的耐久性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种摩擦发电装置、服务器系统和服务器机柜，以解决摩擦发电装置在工作过程中，正极起电材料和负极起电材料容易产生磨损，降低摩擦发电装置的输出性能，降低摩擦发电装置的耐久性的问题。

第一方面，本发明提供了一种摩擦发电装置，包括：

第一绝缘基体；

正极起电材料，其连接于第一绝缘基体的一侧，正极起电材料包括混合有金属的纺织纤维；

第二绝缘基体，其与第一绝缘基体相对设置，并位于正极起电材料远离第一绝缘基体的一侧；

第一电极片，其连接于第二绝缘基体接近第一绝缘基体的一侧；

第二电极片，其连接于第二绝缘基体接近第一绝缘基体的一侧，并与第一电极片间隔开，第一电极片与第二电极片通过负载导电连接；

负极起电材料，第一电极片和第二电极片朝向正极起电材料的一侧分别连接有负极起电材料，第一绝缘基体和/或第二绝缘基体能够在外力下发生运动，以使得正极起电材料和负极起电材料发生摩擦。

有益效果：本发明的摩擦发电装置使用混合有金属的纺织纤维作为正极起电材料，纺织纤维质地柔软，能够减小正极起电材料与负极起电材料之间的接触应力，进而减小正极起电材料和负极起电材料之间的摩擦力。又由于纺织纤维自身具有多层纤维，在摩擦发电装置使用过程中，即使第一层纤维严重磨损，第二层纤维也能够补充上去，保证正极起电材料和负极起电材料之间具有足够的接触面积，以使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

因此，本发明的摩擦发电装置能够降低正极起电材料和负极起电材料之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

在一种可选的实施方式中，正极起电材料包括涤纶纤维和金属丝，涤纶纤维和金属丝通过纺织形成片状的正极起电材料。

有益效果：经验证，由涤纶纤维和金属丝纺织而成的导电涤纶作为起电材料具有更优异的输出性能和减摩效果。

在一种可选的实施方式中，摩擦发电装置还包括间隔设置的第一压紧件和第二压紧件，第一绝缘基体和第二绝缘基体夹设在第一压紧件和第二压紧件之间，以使得正极起电材料和负极起电材料相互抵接。

有益效果：第一压紧件和第二压紧件能够向摩擦发电装置施加一定的外部载荷，在一定的外部载荷条件下，能增大正极起电材料和负极起电材料之间的有效接触面积，能够提升摩擦发电装置的输出性能。

在一种可选的实施方式中，第一压紧件和第二压紧件向第一绝缘基体和第二绝缘基体上施加的载荷为P，4g≤P≤6g。

有益效果：

上述范围为经过试验的最佳载荷范围，既能够保证正极起电材料和负极起电材料之间能够充分的接触，又不会因载荷过大而增大正极起电材料和负极起电材料之间的阻尼，造成起电材料磨损。

在一种可选的实施方式中，摩擦发电装置还包括：

壳体；

传动轴，可转动地设置在壳体内，一组正极起电材料、第一电极片、第二电极片和负极起电材料为一个摩擦起电单元，壳体内设置有多组摩擦起电单元，传动轴依次穿过多组起电单元，第一绝缘基体与传动轴相连，能够在传动轴的驱动下转动，第二绝缘基体与壳体限位配合，第一压紧件包括弹簧，弹簧套设在传动轴外，并支撑在壳体的一端与摩擦起电单元之间，壳体的另一端与摩擦起电单元相抵并作为第二压紧件。

有益效果：

弹簧能够保证每组正极起电材料和负极起电材料之间保持一定的压力，以使得正极起电材料和负极起电材料能够充分地接触。在弹簧的初始预紧力下，第一绝缘基体和第二绝缘基体的轴向位置自适应，保证各组摩擦起电单元的正极起电材料和负极起电材料均匀接触起电。

在一个可选的实施方式中，第一绝缘基体的两侧分别设置有正极起电材料，所述第二绝缘基体的两侧各设置有第一电极片和第二电极片。

有益效果：通过如此设置，第一绝缘基体和第二绝缘基体交替层叠设置，任一对相对面均能够用于承载正极起电材料和负极起电材料，极大地增加了摩擦发电装置的有效接触面积。

多个所述摩擦起电单元相互并联。

有益效果：由于摩擦起电单元具有产生的电压高，电流低的特性，本实施例的摩擦发电装置包括多组相互并联的摩擦起电单元，能够提高摩擦发电装置的短路电流。

在一种可选的实施方式中，摩擦发电装置还包括：

磁性联轴器，其与传动轴同轴设置，磁性联轴器的主动盘设置在壳体外，并与壳体转动连接，磁性联轴器的从动盘设置在壳体内，并与主动盘相对设置，从动盘与传动轴相连；

风轮，其设置在壳体外，并与主动盘相连。

有益效果：

风轮能够在外界的风力作用下发生转动，并携带磁性联轴器的主动盘同步转动，主动盘与从动盘在磁场作用下形成磁耦合，能够带动从动盘转动，以使得从动盘携带传动轴旋转，进而驱动第一绝缘基板携带正极起电材料转动，正极起电材料与负极起电材料发生摩擦。

需要注意的是，本实施例的摩擦发电装置的输入能量可选为旋转动能，但不限于此，其他形式的机械能可通过适当的传动结构转化为旋转动能，例如振动能、波浪能。因此本发明的摩擦发电装置可进一步扩展为其他能量的回收装置。

通过磁性联轴器对风轮和传动轴之间进行传动，这使得壳体上无需设置供风轮与传动轴相连的开口就能够实现传动，避免了因设置开口而破坏壳体的密封性，增强了摩擦发电装置对环境的适应性，能够在不同的温度、湿度条件下稳定的工作，具备全天候，高稳定性发电的能力。

在一种可选的实施方式中，摩擦发电装置还包括：

第一支撑座和第二支撑座，其分别设置在壳体的两端处；

第一轴承，连接于壳体外，并与传动轴同轴设置；

第一转轴，其穿过第一支撑座与第一轴承相连，风轮套设在第一转轴远离第一轴承一端上，磁性联轴器的主动盘连接于第一转轴；

第二轴承，其设置在壳体内，并与第一轴承同轴设置，传动轴的第一端与第二轴承连接；

第三轴承，其连接于壳体内，并位于壳体远离磁性联轴器的一端处，第二轴承的第二端与第三轴承相连，壳体远离磁性联轴器的一端与第二支撑座相连。

有益效果：

本发明的摩擦发电装置在使用过程中，风轮能够将风能转化为旋转动能，第一转轴能够相对于第一支撑座转动，磁性联轴器的主动盘与第一转轴相连，能够通过第一轴承相对于壳体转动。磁性联轴器的从动盘能够被主动盘驱动，从而通过第二轴承和第三轴承相对于壳体转动，并驱动第一绝缘基体相对于第二绝缘基体转动，正极起电材料与负极起电材料相互摩擦。

在一种可选的实施方式中，壳体包括：

筒状主体，传动轴和摩擦发电装置均设置在筒状主体内；

第一法兰，其形成在筒状主体的外周上，并位于筒状主体的第一端处；

第一端盖，其通过第一法兰可拆卸地盖设在筒状主体的第一端处，第一轴承和第二轴承与第一端盖相连；

第二法兰，其形成在筒状主体的外周上，并位于筒状主体的第二端处；

第二端盖，其通过第二法兰可拆卸地盖设在筒状主体的第二端处，第三轴承连接于第二端盖，第二端盖连接第二支撑座。

有益效果：

第一法兰和第二法兰不仅能够对筒状主体起到支撑作用，加强筒状主体的结构强度，还能够用于与端盖相连，并起到密封作用。

在一种可选的实施方式中，第一绝缘基体包括多个扇状基体，多个扇状基体呈环形阵列分布并相互连接，扇状基体上形成有正极起电材料，多个扇状基体之间形成传动孔，传动轴穿过传动孔，传动孔与传动轴之间形成有止转面。

在一种可选的实施方式中，第一电极片包括多个第一扇状电极，其形成在第二绝缘基体的表面上，多个第一扇状电极呈环形阵列分布，并相互连通；

多个第二扇状电极，形成在第二绝缘基体的表面上，并与第一扇状电极交替设置，多个第二扇状电极相互连通。

有益效果：

通过如此设置，第一转动基板转动过程中，扇形基体上的正极起电材料能够交替与第一扇状电极和第二扇状电极相接触，从而产生交变电流。

在一种可选的实施方式中，第二绝缘基体的中部形成有避让口，传动轴可转动地穿设在避让口处。

有益效果：

通过如此设置，传动轴能够带动第一绝缘基体转动，并使得第二绝缘基体不动，以使得正极起电材料和负极起电材料能够发生相对摩擦。

在一种可选的实施方式中，摩擦发电装置还包括第四轴承，第四轴承的内圈套设在传动轴上，第四轴承的外圈于避让口处与第二绝缘基体相连。

有益效果：

第四轴承能够对传动轴起到对中的作用，并且有效地避免传动轴在转动过程中与第二绝缘基体发生摩擦，减少传动轴的摩擦能量损耗。

在一种可选的实施方式中，第二绝缘基体的外周和壳体的内周两者中的之一上形成有限位凹槽，第二绝缘基体的外周和壳体的内周两者中的另一上形成有设置在限位凹槽内的限位凸部。

有益效果：

限位凹槽和限位凸部能够相互配合，并对第二绝缘基体实施限位。

在一种可选的实施方式中，摩擦发电装置包括润滑层，其形成在负极起电材料与正极起电材料之间。

有益效果：

润滑剂加入后附着在起电材料的表面上，形成润滑层，能够提升介质的击穿电压，抑制正极起电材料和负极起电材料之间的空气击穿现象，以使得摩擦发电装置的表面电荷密度提高，同时有效减少了正极起电材料和负极起电材料磨损，有效提高摩擦发电装置的耐久性。

第二方面，本发明还提供了一种服务器系统，包括：

服务器；

风冷机构，用于向服务器吹风；

本发明第一方面所提供的摩擦发电装置，用于回收风冷机构输出的风能。

有益效果：

本发明第二方面的服务器系统包括或使用了本发明第一方面的摩擦发电装置，因此具有了其有益效果，即能够降低正极起电材料和负极起电材料之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

此外，本发明的服务器系统通过摩擦发电装置对服务器内的风能进行回收，能够对服务器散热过程中产生的风能进行二次利用，能量利用率高，且体积小，重量轻，能够减少材料和能量的浪费，具有较小的环境污染和较低的成本。此外，服务器内的风冷散热系统常年不间断的工作，其产生的风能稳定，适于进行摩擦发电。

第三方面，本发明还提供了一种服务器机柜，包括：

柜体，用于容纳服务器；

风冷机构，用于向服务器吹风；

本发明第一方面的摩擦发电装置，摩擦发电装置设置在柜体内，用于回收风冷机构输出的风能。

有益效果：

本发明第三方面的服务器机柜包括或使用了本发明第一方面的摩擦发电装置，因此具有了其有益效果，即能够降低正极起电材料和负极起电材料之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

此外，本发明的服务器机柜通过摩擦发电装置对服务器内的风能进行回收，能够对服务器散热过程中产生的风能进行二次利用，能量利用率高，且体积小，重量轻，能够减少材料和能量的浪费，具有较小的环境污染和较低的成本。此外，服务器内的风冷散热系统常年不间断的工作，其产生的风能稳定，适于进行摩擦发电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种摩擦发电装置的摩擦起电单元；

图2显示了摩擦起电单元在正极起电材料选择为不同材料时的峰值短路电流；

图3显示了摩擦起电单元在正极起电材料选择为不同材料时的摩擦转矩；

图4为本发明实施例的摩擦发电装置在一个角度下的立体图；

图5为图4所示的摩擦发电装置的爆炸图；

图6为本发明实施例的摩擦发电装置的另一角度下的立体图，为了便于显示第一压紧件，隐藏了壳体的第二端盖；

图7为本发明实施例的摩擦发电装置的另一角度下的立体图；

图8为本发明实施例的摩擦发电装置的第一支撑座和第二支撑座；

图9为本发明实施例的摩擦发电装置的第一支撑座和第二支撑座的侧视图；

图10为本发明实施例的摩擦发电装置的第一支撑座和第二支撑座的主视图；

图11为本发明实施例的摩擦发电装置的磁性联轴器的立体图；

图12为本发明实施例的摩擦发电装置的磁性联轴器的侧视图；

图13为本发明实施例的摩擦发电装置的磁性联轴器的主视图；

图14为本发明实施例的摩擦发电装置的壳体的立体图；

图15为本发明实施例的摩擦发电装置的壳体的主视图；

图16为本发明实施例的摩擦发电装置的壳体的侧视图；

图17为本发明实施例的摩擦发电装置的第一绝缘基体；

图18为本发明实施例的摩擦发电装置的第一绝缘基体和正极起电材料；

图19为本发明实施例的摩擦发电装置的摩擦起电单元；

图20为本发明实施例的摩擦发电装置的摩擦起电单元的侧视图；

图21为本发明实施例的摩擦发电装置的第二绝缘基体；

图22为本发明实施例的摩擦发电装置的第二绝缘基体和第四轴承；

图23为本发明实施例的摩擦发电装置的第二绝缘基体、第一电极片和第二电极片；

图24示出了本发明实施例的摩擦发电装置的电荷转移示意图；

图25示意性地显示了未设置绝缘层的摩擦发电装置的摩擦层在摩擦前和摩擦后的电荷量；

图26示意性地显示了本实施例的摩擦发电装置的摩擦层在摩擦前和摩擦后的电荷量；

图27显示了本实施例的摩擦发电装置的摩擦发电单元在不同转速下的开路电压；

图28显示了本实施例的摩擦发电装置的摩擦发电单元在不同转速下的短路电流；

图29显示了本实施例的摩擦发电装置的摩擦发电单元在不同负载电阻下的短路电流和开路电压；

图30显示了本实施例的摩擦发电装置的摩擦发电单元在不同温度下的短路电流；

图31显示了本实施例的摩擦发电装置的摩擦发电单元在不同湿度状态下的短路电流；

图32为本发明实施例的摩擦发电装置的摩擦起电单元的连续工作性能测试结果；

图33显示了摩擦起电单元加入不同种类润滑剂后的峰值开路电压；

图34显示了摩擦起电单元加入不同种类润滑剂后的短路电压；

图35显示了摩擦起电单元加入不同种类润滑剂后在同一外部载荷下的摩擦系数；

图36为本申请的摩擦起电单元和未加入润滑剂的摩擦起电单元的开路电压变化曲线；

图37为本申请的摩擦起电单元和未加入润滑剂的摩擦起电单元的短路电流变化曲线；

图38为本申请的摩擦起电单元和未加入润滑剂的摩擦起电单元在外部载荷为0~30g过程中的短路电流变化曲线；

图39为本申请的摩擦起电单元和未加入润滑剂的摩擦起电单元在外部载荷为0~30g过程中的摩擦转矩变化曲线。

附图标记说明：

1、摩擦起电单元；

101、正极起电材料；102、第一电极片；1021、第一扇状电极；103、第二电极片；1031、第二扇状电极；104、负极起电材料；105、第一绝缘基体；1051、扇状基体；1052、传动孔；1053、止转面；106、第二绝缘基体；1061、避让口；1062、限位凹槽；107、第四轴承；109、润滑层；

2、壳体；201、第一轴承；203、筒状主体；204、第一法兰；205、第一端盖；206、第二法兰；207、第二端盖；208、限位凸部；209、第三轴承；210、第一压紧件；

5、磁性联轴器；501、主动盘；502、从动盘；

6、风轮；

701、第一支撑座；702、第二支撑座；703、第一转轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

摩擦起电是指当两种不同材料之间相对运动发生摩擦时，由于电子在材料中的运动方式不同，电荷在材料表面的分布发生变化，从而在两种材料之间产生电荷转移和电荷积累的现象。摩擦发电的原理是基于材料之间的电位差（work function difference）和电子亲和力（electron affinity）。

不同材料的电子能级和结构不同，因此在摩擦过程中会产生电子的转移和重新分布。摩擦纳米发电技术的基本工作原理是发电装置通过摩擦起电效应和静电感应效应的耦合作用，收集环境机械能并转化为电能。可以收集环境中风能、振动能等机械能。摩擦发电装置具有微型轻量化、结构精简、电荷密度和能量密度高、机械能-电能转换效率高的特点，因此，摩擦纳米发电技术在应用于风能收集时具有独特的优势。

摩擦发电装置的工作原理是通过施加外部力量（例如摩擦力、振动力等）使摩擦部件相互摩擦，摩擦起电效应和静电感应产生的电荷差异被纳米材料捕捉，通过摩擦和感应电势驱动位移电流并转化为电能。这些纳米材料可以是纳米颗粒、纳米线或者纳米薄膜等，它们具有较高的电子迁移率和表面积，能够有效地促进电荷的转移和捕捉。

然而，摩擦发电装置在使用过程中，两种起电材料不可避免地会发生摩擦接触，这种摩擦接触会造成起电材料的机械摩擦损耗，高分子材料因磨损、脱落产生的转移膜进一步加剧了磨损，减少了两种起电材料的有效接触面积，从而导致摩擦发电装置在发电过程中的输出性能下降，寿命和耐久性都会随之衰减。

下面结合图1至图39，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，一方面，提供了一种摩擦发电装置，包括第一绝缘基体105、正极起电材料101、第二绝缘基体106、第一电极片102、第二电极片103和负极起电材料104。其中，正极起电材料101连接于第一绝缘基体105的一侧，正极起电材料101包括混合有金属的纺织纤维。第二绝缘基体106与第一绝缘基体105相对设置，并位于正极起电材料101远离第一绝缘基体105的一侧。第一电极片102连接于第二绝缘基体106接近第一绝缘基体105的一侧。第二电极片103接于第二绝缘基体106接近第一绝缘基体105的一侧，并与第一电极片102间隔开，第一电极片102与第二电极片103通过负载导电连接。第一电极片102和第二电极片103朝向正极起电材料101的一侧分别连接有负极起电材料104，第一绝缘基体105和/或第二绝缘基体106能够在外力下发生运动，以使得正极起电材料101和负极起电材料104发生摩擦。

本发明的摩擦发电装置使用混合有金属的纺织纤维作为正极起电材料101，纺织纤维质地柔软，能够减小正极起电材料101与负极起电材料104之间的接触应力，进而减小正极起电材料101和负极起电材料104之间的摩擦力。又由于纺织纤维自身具有多层纤维，在摩擦发电装置使用过程中，即使第一层纤维严重磨损，第二层纤维也能够补充上去，保证正极起电材料101和负极起电材料104之间具有足够的接触面积，以使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

因此，本发明的摩擦发电装置能够降低正极起电材料101和负极起电材料104之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

其中，混合有金属的纺织纤维优选但不限于为导电涤纶或银纺织等。金属优选但不限于通过电镀或纺织等方式混合到纺织纤维中。

为了验证不同的正极起电材料101对摩擦发电装置的输出性能的影响，申请人选取了起电性能优异，且具有减摩耐磨性的聚四氟乙烯作为负极材料，测试了摩擦起电单元在正极起电材料101选择为导电涤纶、银纺织布、尼龙、铝和铜时的输出电流。

实验设置工作条件为：摩擦起电单元的工作转速为300 r/min，第一绝缘基体105和第二绝缘基体106之间的初始载荷为5g，添加的润滑剂为聚a烯烃，特别是PAO5，润滑剂用量为0.2 mL。

在摩擦起电单元，通过改变正极起电材料101，测得润滑前后的峰值短路电流如图2所示。

润滑前后，导电涤纶表现出了最佳的起电性能，短路电流稳定峰值分别达到8μA和9.8μA，高于其他常用起电材料。这是因为导电涤纶不仅材料易失去电子，摩擦起电性能优异，而且具有纺织纤维结构，与聚四氟乙烯柔性接触，在一定的外部载荷条件下，能增大有效接触面积，因此具有更高的输出性能。此外纺织纤维结构可以吸附一定量的聚a烯烃润滑剂，能够较好的保持润滑的状态，在润滑后的峰值电流同样高于其他材料。

为了验证不同的正极起电材料101对摩擦发电装置的摩擦转矩的影响，申请人选取了起电性能优异，且具有减摩耐磨性的聚四氟乙烯作为负极起电材料，测试了摩擦起电单元在正极起电材料101选择为导电涤纶、银纺织布、尼龙、铝和铜时的摩擦转矩。

设置工作条件为：正极起电材料101工作转速为300 r/min，定子与转子之间的初始载荷为5g，添加的润滑剂为PAO 5商用润滑油，润滑剂用量为0.2 mL。在摩擦起电单元中，通过改变正极起电材料101，测得润滑前后的摩擦转矩如图3所示。

从图3中可以看出，润滑前导电涤纶、银纺织布和铜作为正极起电材料与聚四氟乙烯摩擦起电后的摩擦转矩都在0.03 N·m左右，润滑后导电涤纶的摩擦转矩降至0.02 N·m，相比其他材料摩擦阻力更小。这得益于涤纶材料的纤维结构具有较低的动摩擦系数，并且柔性纺织结构对润滑剂有很好的保持作用，能长时间保持在摩擦系数较小的润滑临界状态，即边界润滑状态。

在一个实施例中，正极起电材料101为导电涤纶。导电涤纶包括涤纶纤维和金属丝，涤纶纤维和金属丝通过纺织形成片状的正极起电材料101。其中，金属丝可选为铝丝、银丝或铜丝等，优选为电导率高且易于加工的铜丝。负极起电材料104优选但不限为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或石墨烯等。

在一个实施例中，摩擦发电装置还包括设置在第一绝缘基体105远离第二绝缘基体106的一侧的第一压紧件210，以及设置在第二绝缘基体106远离第一绝缘基体105的一侧分别的第二压紧件。正极起电材料101和负极起电材料104能够在第一压紧件210和第二压紧件的作用下相互抵接。第一压紧件210和第二压紧件能够向摩擦发电装置施加一定的外部载荷，在一定的外部载荷条件下，能增大正极起电材料101和负极起电材料104之间的有效接触面积，能够提升摩擦发电装置的输出性能。

优选的，在一个实施例中，正极起电材料101和负极起电之间还形成有润滑层109。润滑层109能够减小正极起电材料101和负极起电材料104之间的摩擦力，并避免正极起电材料101和负极起电材料104在使用过程中产生磨损，提升摩擦发电装置的耐久性。

当正极起电材料101选择为导电涤纶时，导电涤纶对润滑剂具有较好的保持作用，保证了正极起电材料101和负极起电材料104之间能够长时间保持在摩擦系数较小的润滑临界状态，即边界润滑状态。

此外，摩擦发电装置的正极起电材料101和负极起电材料104的接触表面电荷容易积累并形成较高的击穿电压，从而击穿空气介质，产生放电，这种空气击穿现象会使电荷损失，并降低摩擦发电的输出性能。

本发明的摩擦发电装置在正极起电材料101和负极起电材料104之间增设了润滑层109，经实验，加入润滑剂后，润滑剂附着在起电材料的表面上，形成润滑层109，能够提升介质的击穿电压，抑制正极起电材料101和负极起电材料104之间的空气击穿现象，以使得摩擦发电装置的表面电荷密度提高，同时有效减少了正极起电材料101和负极起电材料104磨损，有效提高摩擦发电装置的耐久性。

润滑层109优选但不限于包括聚α烯烃、角鲨烷或石蜡等。优选为聚α烯烃，特别是PAO5，PAO5是由乙烯通过聚合反应制成的α烯烃，然后进一步经过聚合和氢化处理得到的产品。PAO5具有良好的低温性能、低挥发性和较高的热稳定性等特性。PAO5不仅能够有效抑制高分子材料因磨损、脱落产生转移膜，并避免转移膜覆盖在起电材料的表面进一步加剧磨损，导致减少正极起电材料101和负极起电材料104的有效接触面积。同时，PAO5还具有保持电荷的作用，有助于增加摩擦发电装置的电荷密度，同时具有流动性的润滑剂能够将电荷分布在负极起电材料104的表面，以使得接触表面的电荷密度大幅提高，输出性能明显提升。如图25和图26所示，在经过润滑后，摩擦起电装置的摩擦面的电荷量显著提升。

理论上，摩擦发电装置输出功率与摩擦发电装置表面电荷密度的平方成正相关的关系。本实施例中，通过在正极起电材料101与负极起电材料104之间增设润滑层109，保证了正极起电材料101和负极起电材料104表面累积的电荷密度较高，在两个摩擦层之间引起强烈的静电力加剧表面材料的摩擦。

摩擦磨损会使聚四氟乙烯材料表面形成转移膜，减少有效接触面积，降低了能量转换效率，同时使耐久性大幅降低。在加入润滑剂后，由于PAO5液体润滑剂的低极性和高介电常数，接触界面被油膜覆盖，空气击穿现象得到抑制。在导电涤纶与聚四氟乙烯相对滑动的过程中，具有流动性的润滑剂将电荷分布在聚四氟乙烯表面，同时作为一种高介电材料也可以保持大量电荷，这样接触表面的电荷密度大幅提高，输出性能明显提升。

为了准确表示摩擦发电装置的开路电压和短路电流的大小，申请人取充分摩擦后达到稳定状态的数值作为测量结果。对比测试了一组摩擦起电单元在加入不同润滑剂后的峰值开路电压和峰值短路电流。

图33显示了摩擦起电单元在加入空气、PAO5、角鲨烷、石蜡、橄榄油、菜籽油、酒精、水等不同工况下的峰值开路电压。图34显示了摩擦起电单元在加入空气、PAO5、角鲨烷、石蜡、橄榄油、菜籽油、酒精、水等不同工况下的峰值短路电流。

实验以暴露在空气中即干摩擦状态下的输出性能为参考基准，摩擦起电单元的开路电压为80 V，短路电流为1.4μA。

相比之下，加入PAO5、角鲨烷、石蜡的开路电压均明显高于干摩擦的开路电压，其中加入PAO5润滑后的摩擦起电单元的开路电压最高，达到了215 V，约达到了润滑前开路电压的2.6倍。

同时，加入角鲨烷、石蜡后，摩擦起电单元的开路电压也明显提高，分别达到了201V和135 V。加入PAO 5润滑后的摩擦起电单元的短路电流最高，达到了3.2 μA，是润滑前的两倍以上，加入角鲨烷后摩擦起电单元的短路电流2.9 μA、加入石蜡后摩擦起电单元的短路电流达到了2.6 μA。

加入橄榄油、菜籽油后对于摩擦起电单元的短路电流和开路电压均起到了负面作用，开路电压有所下降，这是因为有机油分子不能保持电荷且流动性较差，具有防静电效应，使表面电荷被中和一部分，电荷密度下降。而酒精和水在流动过程中，分子会迅速带走表面电荷，使得负极起电材料104表面电荷无法聚集，电荷密度下降，因此加入酒精和水后，输出性能几乎为零。

为了探明润滑介质种类对摩擦起电单元摩擦阻力的影响，实验利用以聚四氟乙烯薄膜和铜薄膜为接触材料支撑的摩擦起电单元，研究了摩擦起电单元在加入不同润滑剂后的摩擦系数。实验中通过施加在不同的载荷下，测得摩擦阻力并计算出了不同润滑剂作用后的摩擦系数。

如图35所示，对比结果可知，在空气中，摩擦起电单元处于干摩擦状态下的摩擦系数为0.17，加入不同的润滑剂均可以大幅降低摩擦系数至0.08以下。这是润滑的一个显著作用，根据液体润滑的理论，加入润滑剂后，在摩擦接触的表面会形成一层液体润滑油膜，相对运动的两个接触表面之间的摩擦力大幅降低。较低的摩擦力会减少摩擦起电单元工作中的能量损失，有助于摩擦起电单元更好地获取机械能并转化为电能。

常见的摩擦起电单元多为固-固接触，即干摩擦接触，实验过程中干摩擦对照组随着循环次数的增加，磨损程度持续增加，开路电压和短路电流不断降低。此外，在实验过程中，如图36和图37所示，干摩擦对照组摩擦起电单元的起电材料的接触表面因磨损严重而几乎无法继续进行实验。尽管聚四氟乙烯作为一种高分子聚合物材料，具有较好的减摩耐磨性能，但为了提高聚四氟乙烯的输出和电荷转移效率，需要尽可能降低聚合物材料的厚度，因此干摩擦接触条件下的磨损对聚四氟乙烯耐久性和稳定性的影响是十分致命的。

图36展示了加入PAO5润滑剂后的摩擦起电单元的开路电压变化曲线，从图中可以看出，润滑后的摩擦起电单元在14 h的连续工作后，输出电压保持稳定在220V左右。同时，干摩擦状态下摩擦起电单元的输出电压逐渐下降，并在10 h后输出电压大幅衰退。

图37展示了加入PAO 5润滑剂后的摩擦起电单元的短路电流的变化曲线，短路电流的曲线变化与开路电压基本一致，润滑后的摩擦起电单元在14 h的连续工作后，短路电流稳定在3.3μA左右。同时，干摩擦状态下摩擦起电单元的短路电流随时间逐渐下降，并在10 h后出现衰退情况。此外，在14 h的连续工作后，干摩擦对照组的聚四氟乙烯的表面已经出现明显磨损和材料破坏，相比之下，加入PAO 5润滑剂的聚四氟乙烯表面无明显变化。

综合以上实验结果可知，PAO5润滑剂作为摩擦起电的润滑介质具有更优异的性能和良好的减摩效果。并且，加入PAO 5润滑剂后的摩擦起电单元的使用寿命显著增加，即使在长时间连续工作后也没有检测到明显的表面磨损和性能衰退。这表明，相比传统的摩擦起电单元，选用合适的润滑剂，摩擦起电输出性能有了很大的提升，同时具有良好的减摩性能。

为了验证PAO5润滑层109对摩擦发电装置的性能的提升，申请人通过实验测试了不同转速下，摩擦起电单元的开路电压和断路电流。

如图27所示，申请人测试了本实施例的摩擦起电单元在转速处于0~300 r/min范围内的开路电压，具体地，图27中记录了本实施例的摩擦起电单元在传动轴的转速为50 r/min、100 r/min、150 r/min、200 r/min、250 r/min以及300 r/min这6个工况下各工作10秒过程中的开路电压。根据图27可知，本实施例的摩擦起电单元的开路电压高达1300v，高于常规摩擦起电单元的开路电压。

如图28所示，申请人测试了本实施例的摩擦发电装置在传动轴的转速处于0~300r/min范围内的短路电流。具体地，图28中记录了本实施例的摩擦发电装置在传动轴的转速为50 r/min、100 r/min、150 r/min、200 r/min、250 r/min以及300 r/min这6个工况下各工作10秒过程中的短路电流， 根据图28可知，本实施例的摩擦发电装置的短路电流最高可达到70μA，高于常规摩擦起电单元的短路电流。图29为本实施例的摩擦发电装置在不同负载电阻下的电流和功率曲线。

为了验证本实施例的摩擦发电装置在长时间工作后的耐久性，申请人对摩擦起电单元进行了连续工作性能测试。如图32所示，实验每间隔50000次循环，记录一次峰值短路电流。实验结果表明，本实施例的摩擦发电装置在30000次循环工作后，仍然能保持稳定的电气输出性能，由此也证明了基于边界润滑的摩擦发电装置具有高耐久性。

在一个实施例中，第一压紧件210和第二压紧件向第一绝缘基体105和第二绝缘基体106上施加的载荷为P，4g≤P≤6g。优选地，第一压紧件210和第二压紧件向第一绝缘基体105和第二绝缘基体106上施加的载荷为5g，上述范围为经过试验的最佳载荷范围，既能够保证正极起电材料101和负极起电材料104之间能够充分的接触，又不会因载荷过大而增大正极起电材料101和负极起电材料104之间的阻尼，造成起电材料磨损。

作为可选择的实施方式，第一压紧件210和第二压紧件分别为弹簧和挡块，弹簧支撑于第二绝缘基体106的一侧并向其施压，挡块用于防止第一绝缘基体105和第二绝缘基体106朝弹簧的施压方向运动，通过调整弹簧的长度和压缩量，能够使得第一压紧件210和第二压紧件向第一绝缘基体105和第二绝缘基体106施加的载荷在4~6g的范围内。

申请人在转速固定为300 r/min、润滑剂用量为0.2 mL的条件下，测试了摩擦起电单元在不同载荷条件下的短路电流以及摩擦转矩。

如图38所示，从0g到30g不断施加载荷，摩擦起电单元的短路电流呈现出先上升后下降的趋势，短路电流在5g左右达到峰值。这是因为在干摩擦的条件下，向接触表面施加合适的压力可以增加摩擦起电的有效接触面积，从而增大了摩擦起电单元表面电荷密度，表面电荷密度的增大，会导致短路电流的增大。

润滑后由于润滑油膜作为电介质，在合适的压力下达到边界润滑状态，此时润滑油膜可以有效抑制静电击穿带来的电荷损失，进一步提高了电荷密度，因此在5 g的负载时输出电流最大，最大短路电流达到了9.8μA。

从图39中可以看出，随着施加载荷的增大，导电涤纶在润滑前后的摩擦转矩也随之增大。在加入PAO5润滑剂后，摩擦起电单元摩擦转矩也大幅降低，可以注意到在载荷为5g时，摩擦转矩仅为0.02 N·m，润滑后减摩效果显著。

综合不同载荷条件下的短路电流以及摩擦转矩的实验结果，施加5g的载荷可以使摩擦起电单元接触表面保持在边界润滑的状态，同时将摩擦阻力保持在合理的范围内。

在一个实施例中，如图4至图6所示，摩擦发电装置还包括壳体2和传动轴。传动轴可转动地设置在壳体2内，一组正极起电材料101、第一电极片102、第二电极片103和负极起电材料104为一个摩擦起电单元，壳体2内设置有多组摩擦起电单元，传动轴依次穿过多组起电单元，第一绝缘基体105与传动轴相连，能够在传动轴的驱动下转动，第二绝缘基体106与壳体2限位配合，第一压紧件210包括弹簧，弹簧套设在传动轴外，并支撑在壳体2的一端与摩擦起电单元之间，壳体2的另一端与摩擦起电单元相抵并作为第二压紧件。

弹簧能够保证每组正极起电材料101和负极起电材料104之间保持一定的压力，以使得正极起电材料101和负极起电材料104能够充分地接触。在弹簧的初始预紧力下，第一绝缘基体105和第二绝缘基体106的轴向位置自适应，保证各组摩擦起电单元的正极起电材料101和负极起电材料104均匀接触起电。

需要说明的是，在本申请实施例中，不对摩擦起电单元的数量进行限定，示例性地，在一个可选的实施例中，壳体2内共设置有9组摩擦起电单元，多组摩擦起电单元相互并联。

作为可变换的实施方式，第一压紧件210还可选择为卡紧在传动轴上的轴用挡圈，轴用挡圈能够与摩擦起电单元相抵。优选地，轴用挡圈和摩擦起电单元之间还可选为设置有蝶簧，蝶簧能够在轴用挡圈的作用下发生弹性形变，并通过自身弹性恢复力向摩擦起电单元施加压紧力。

在一个实施例中，第一绝缘基体105的两侧分别设置有正极起电材料101，第二绝缘基体106的两侧各设置有第一电极片102和第二电极片103。

通过如此设置，第一绝缘基体105和第二绝缘基体106交替层叠设置，任一对相对面均能够用于承载正极起电材料101和负极起电材料104，极大地增加了摩擦发电装置的有效接触面积。

在一个实施例中，多个所述摩擦起电单元相互并联。

由于摩擦起电单元具有产生的电压高，电流低的特性，本实施例的摩擦发电装置包括多组相互并联的摩擦起电单元，能够提高摩擦发电装置的短路电流。

在一个实施例中，如图11至图13所示，摩擦发电装置还包括磁性联轴器5和风轮6。其中，磁性联轴器5与传动轴同轴设置。磁性联轴器5的主动盘501设置在壳体2外，并与壳体2转动连接。磁性联轴器5的从动盘502设置在壳体2内，并与主动盘501相对设置，从动盘502与传动轴相连。风轮6设置在壳体2外，并与主动盘501相连。

风轮6能够在外界的风力作用下发生转动，并携带磁性联轴器5的主动盘501同步转动，主动盘501与从动盘502在磁场作用下形成磁耦合，能够带动从动盘502转动，以使得从动盘502携带传动轴旋转，进而驱动第一绝缘基板携带正极起电材料101转动，正极起电材料101与负极起电材料104发生摩擦。

需要注意的是，本实施例的摩擦发电装置的输入能量可选为旋转动能，但不限于此，其他形式的机械能可通过适当的传动结构转化为旋转动能，例如振动能、波浪能。因此本发明可进一步扩展为其他能量的回收装置。

通过磁性联轴器5对风轮6和传动轴之间进行传动，这使得壳体2上无需设置供风轮6与传动轴相连的开口就能够实现传动，避免了因设置开口而破坏壳体2的密封性，增强了摩擦发电装置对环境的适应性，能够在不同的温度、湿度条件下稳定的工作，具备全天候，高稳定性发电的能力。

为了验证本实施例的摩擦发电装置对环境的适应性，申请人测试了本实施例的摩擦发电装置在不同湿度和温度下的短路电流。

图27中显示了本实施例的摩擦发电装置在0~40℃范围内的短路电流。图28中显示了本实施例的摩擦发电装置在湿度40%~80%范围内的短路电流，从图中可以看出，本实施例的摩擦发电装置在不同温度和湿度下的发电性能（短路电流）没有明显变化。由此证明本实施的摩擦发电装置的输出性能受环境温度和湿度的变化不明显，本实施的摩擦发电装置具有较高的环境适应性。此外，全密封的结构起到了很好的隔绝湿度的作用，保证了摩擦发电装置在恶劣的环境下可以稳定工作，具备全天候、高稳定性发电的能力。

其中，磁性联轴器5的主动盘501可选为包括绝缘圆盘，绝缘圆盘的一侧设置有多个呈环形阵列分布的磁铁。相邻两个磁铁的磁极方向相反。从动盘502包括绝缘圆盘，绝缘圆盘的一侧设置有多个呈环形阵列分布的磁铁。相邻两个磁铁的磁极方向相反。其中，绝缘圆盘优选但不限于由陶瓷或聚甲基丙烯酸甲酯制成。

需要说明的是，在本申请实施例中，不对绝缘圆盘和磁铁的具体形式和数量进行限定，可以根据摩擦起电装置的实际尺寸、使用环境的风量，以及摩擦起电装置的输出功率等进行设配设置。示例性的，在本申请的一些实施例中，绝缘圆盘的直径为140mm，厚度为7mm，磁铁的直径为15mm，厚度为5mm。

在一个实施例中，如图5和图8至图10所示，摩擦发电装置还包括第一支撑座701、第二支撑座702、第一轴承201、第一转轴703、第二轴承和第三轴承209。其中，第一支撑座701和第二支撑座702分别设置在壳体2的两端处。第一轴承201连接于壳体2外，并与传动轴同轴设置。第一转轴703穿过第一支撑座701与第一轴承201连接，磁性联轴器5的主动盘501连接第一转轴703，风轮6套设在第一转轴703远离磁性联轴器5一端上。第二轴承设置在壳体2内，并与第一轴承201同轴设置，传动轴的第一端与第二轴承连接。第三轴承209连接于壳体2内，并位于壳体2远离磁性联轴器5的一端处，第二轴承的第二端与第三轴承209相连，壳体2远离磁性联轴器5的一端与第二支撑座702相连。

本发明的摩擦发电装置在使用过程中，风轮6能够将风能转化为旋转动能，第一转轴703能够相对于第一支撑座701转动，磁性联轴器5的主动盘501与第一转轴703相连，能够通过第一轴承201相对于壳体2转动。磁性联轴器5的从动盘502能够被主动盘501驱动，从而通过第二轴承和第三轴承209相对于壳体2转动，并驱动第一绝缘基体105相对于第二绝缘基体106转动，正极起电材料101与负极起电材料104相互摩擦。

优选地，第一支撑座701和第二支撑座702均设置在支撑架上，支撑架优选但不限于为L型支撑架。第一转轴703优选但不限于为直径为8mm的短轴，能够对壳体2进行封装。第一轴承201优选为平面推力球轴承，能够减少摩擦。

在一个实施例中，如图14至图16所示，壳体2包括筒状主体203、第一法兰204、第一端盖205、第二法兰206和第二端盖207。其中，传动轴和摩擦发电装置均设置在筒状主体203内。第一法兰204形成在筒状主体203的外周上，并位于筒状主体203的第一端处。第一端盖205通过第一法兰204可拆卸地盖设在筒状主体203的第一端处，第一轴承201和第二轴承与第一端盖205相连。第二法兰206形成在筒状主体203的外周上，并位于筒状主体203的第二端处。第二端盖207通过第二法兰206可拆卸地盖设在筒状主体203的第二端处，第三轴承209连接于第二端盖207，第二端盖207连接第二支撑座702。

第一法兰204和第二法兰206不仅能够对筒状主体203起到支撑作用，加强筒状主体203的结构强度，还能够用于与端盖相连，并起到密封作用。其中，第一法兰204与第一端盖205之间的连接，以及第二法兰206与第二端盖207之间的连接优选为通过紧固件实施的连接。紧固件优选但不限于为螺栓或铆钉等。

需要说明的是，在本申请实施例中，不对筒状主体203、第一法兰204和第二法兰206的具体形式进行限定。示例性的，在本申请的一些实施例中，筒状主体203的内径为150mm，壁厚为3mm，长度为150mm的圆筒。第一法兰204和第二法兰206的外径为170mm。筒状主体203由绝缘材料制成，优选但不限于由陶瓷或聚甲基丙烯酸甲酯制成。第一轴承201和第二轴承的尺寸可选为内径8 mm*外径19 mm*宽度6 mm。

第一轴承201用于与第一转轴703相连，并与支撑座相配合，对壳体2起到支撑作用，第二轴承用于对传动轴起到支撑和固定的作用。

在一个实施例中，从动盘502朝向摩擦起电单元的一侧表面上设置有正极起电材料101，摩擦起电单元接近从动盘502的一侧设置有能够与正极起电材料101相抵的负极起电材料104。

通过如此设置，从动盘502的绝缘圆盘能够作为第一绝缘基体105，以在转动过程中携带正极起电材料101与负极起电材料104发生摩擦，从而提高摩擦发电装置的能量密度。

在一个实施例中，如图17和图18所示，第一绝缘基体105包括多个扇状基体1051，多个扇状基体1051呈环形阵列分布并相互连接，扇状基体1051上形成有正极起电材料101，多个扇状基体1051之间形成传动孔1052，传动轴穿过传动孔1052，传动孔1052与传动轴之间形成有止转面1053。传动轴能够通过止转面1053与第一绝缘基体105保持相对静止，从而在转动过程中驱动第一绝缘基体105同步转动。

需要说明的是，在本申请实施例中，不对传动轴和传动孔1052的具体形式进行限定。示例性的，在本申请的一些实施例中，传动轴为方轴，传动孔1052为与方向的外周相匹配的方形孔，方形孔的内周壁形成止转面1053。具体地，方形孔可选为外接圆直径为8mm正方形孔，传动轴作为与之配合的方形钢轴。

可变换的实施方式，传动轴还可选为其他非回转体，传动孔1052优选为被设置成形状与传动轴相匹配，并能够穿过传动孔1052，以通过传动孔1052与第一绝缘基体105周向固定。

在一个实施例中，如图19至图23所示，第一电极片102包括多个第一扇状电极1。多个第一扇状电极1021形成在第二绝缘基体106的表面上，呈环形阵列分布，并相互连通。多个第二扇状电极1031形成在第二绝缘基体106的表面上，并与第一扇状电极1021交替设置，多个第二扇状电极1031相互连通。

通过如此设置，第一转动基板转动过程中，扇形基体上的正极起电材料101能够交替与第一扇状电极1021和第二扇状电极1031相接触，从而产生交变电流。

需要说明的是，在本申请实施例中，不对第二绝缘基体106的尺寸进行限定。示例性的，在本申请的一些实施例中，第二绝缘基体106为直径140mm，厚度5mm的圆盘结构。第一电极片102和第二电极片103为厚度约为0.1m的铜片，第一电极片102和第二电极片103的表面覆盖有厚度约为0.05mm的负极起电材料104。负极起电材料104可选为聚四氟乙烯薄膜。

第一电极片102和第二电极片103用于感应电场和电势的变化，传递电子形成电流，聚四氟乙烯作为负极起电材料104，不仅具有较小的摩擦系数和一定的减摩耐磨性，还具有良好的得电子能力，能够保持较高的表面电荷密度，起电性能优异。

优选地，扇状基体1051的两侧分别形成有正极导电材料，第二绝缘基体106的两侧各设置有第一电极片102和第二电极片103。

在一个实施例中，第二绝缘基体106的中部形成有避让口1061，传动轴可转动地穿设在避让口1061处。通过如此设置，传动轴能够带动第一绝缘基体105转动，并使得第二绝缘基体106不动，以使得正极起电材料101和负极起电材料104能够发生相对摩擦。

在一个实施例中，摩擦发电装置还包括第四轴承107。第四轴承107的内圈套设在传动轴上，第四轴承107的外圈于避让口1061处与第二绝缘基体106相连。第四轴承107能够对传动轴起到对中的作用，并且有效地避免传动轴在转动过程中与第二绝缘基体106发生摩擦，减少传动轴的摩擦能量损耗。第四轴承107的尺寸可选为根据传动轴和避让口1061的尺寸进行选择，例如在一个可选的实施方式中，第四轴承107为外径12mm，内径8mm，厚度5mm的滚动轴承，第四轴承107的外圈与传动孔1052的内周壁固定粘接，内圈与传动轴配合。

在一个实施例中，第二绝缘基体106的外周和壳体2的内周两者中的之一上形成有限位凹槽1062，第二绝缘基体106的外周和壳体2的内周两者中的另一上形成有设置在限位凹槽1062内的限位凸部208。

限位凹槽1062和限位凸部208能够相互配合，并对第二绝缘基体106实施限位。在一个优选的实施例中，限位凹槽1062形成在第二绝缘基体106的外周上。摩擦发电装置还包括穿设在限位凹槽1062内的限位棒，限位棒的外周形成所述限位凸部208。

需要说明的是，在本申请实施例中，不对限位凹槽1062的具体形式进行限定。示例性的，在本申请的一些实施例中，限位凹槽1062为半径约为2mm的凹槽。

接下来说明本发明的摩擦起电装置的使用过程：

在风能的激发下，风轮6能够驱动第一转轴703做单向旋转运动，如图24中的（I）部分所示，由于导电涤纶和聚四氟乙烯的电负性不同，导电涤纶的电子会流向具有润滑层109的聚四氟乙烯表面，从而导致聚四氟乙烯薄膜表面带负电，导电涤纶表面带正电。

在图24中的I部分中，第一绝缘基体105上的导电涤纶与第一电极片102重合 ，在这一阶段，由于接触起电的作用，以及正极起电材料101和负极起电材料104的电负性不同，两种起电材料表面上分布着等量的相反电荷。在静电感应的作用下，感应出的电荷会在第一电极片102和第二电极片103中重新分布，用以平衡电势差，不同极性的等量电荷聚集在摩擦层的表面及电极中，第一电极片102和第二电极片103之间达到静电平衡，不发生电荷转移。

然后，转子继续旋转，如图24中的II部分所示，由于第一电极片102和第二电极片103之间的电势变化，负电荷通过外部电路从第一电极片102流向第二电极片103，从而产生输出电流。

当导电涤纶与第二电极片103完全重合时，新的平衡建立，如图22中的III部分所示。

由于对称结构，转子的进一步旋转引起反向的电位差，因此产生反向的电流（见图24中的状态IV）。

重复上述运动，第一电极片102和第二电极片103之间周期性产生交流电（AC）输出。

根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种服务器系统，包括服务器、风冷机构和摩擦发电装置。其中，风冷机构用于向服务器吹风。摩擦发电装置用于回收风冷机构输出的风能。

本发明第二方面的服务器系统包括或使用了本发明第一方面的摩擦发电装置，因此具有了其有益效果，即能够降低正极起电材料101和负极起电材料104之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

此外，本发明的服务器系统通过摩擦发电装置对服务器内的风能进行回收，能够对服务器散热过程中产生的风能进行二次利用，能量利用率高，且体积小，重量轻，能够减少材料和能量的浪费，具有较小的环境污染和较低的成本。此外，服务器内的风冷散热系统常年不间断的工作，其产生的风能稳定，适于进行摩擦发电。

根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种服务器机柜，包括柜体、风冷机构和摩擦发电装置。其中，柜体用于容纳服务器。风冷机构用于向服务器吹风。摩擦发电装置为本发明第一方面所提供的摩擦发电装置，摩擦发电装置设置在所述柜体内，能够回收服务器机柜内的风能。

本发明第三方面的服务器机柜包括或使用了本发明第一方面的摩擦发电装置，因此具有了其有益效果，即能够降低正极起电材料101和负极起电材料104之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

此外，本发明的服务器机柜通过摩擦发电装置对服务器内的风能进行回收，能够对服务器散热过程中产生的风能进行二次利用，能量利用率高，且体积小，重量轻，能够减少材料和能量的浪费，具有较小的环境污染和较低的成本。此外，服务器内的风冷散热系统常年不间断的工作，其产生的风能稳定，适于进行摩擦发电。

在数字时代，服务器已经成为不可或缺的设备。然而，服务器使用过多的能源，给环境带来了巨大的负担。如何实现高效能源利用，使得服务器的运行更加环保和经济是当前重点发展方向。

在当前的服务器产品中，散热系统使用最广的便是风冷散热，随着整机功耗的增加，整个系统对于风扇的要求也是越来越高，现在服务器中，风冷机构（例如风扇）转速可以达到2万转每分钟，冷风进入系统，然后经过各个热单元，最后从后窗把风排除。风能完成散热后直接进入空气中，整个服务器系统中没有一个能量回收单元进行能量的二次利用，服务器通常都是常年不间断工作，风冷系统里面的风能在没有能量回收装置的情况下浪费情况严重。

目前的风能回收装置多以电磁发电技术作为能量转化的核心，虽然电磁发电机具有较高的效率和稳定性，但其成本高，能量利用效率低，安装和调试困难，目前多用于大型风场风力发电。

本发明的摩擦发电装置能够实现高效能量转换，具有较高的能量密度和转换效率。且不需要传统电磁发电机中的铜线、磁铁等材料，可以减少材料和能源的浪费，具有较小的环境污染和较低的成本，体积小、重量轻，适合应用在室内环境或小型装置中。

需要注意的是，本发明所述尺寸和装置材料仅为样机的参考尺寸和参考材料，装置可以进一步减小尺寸和轻量化，提高能量密度，可以集成到服务器，也可以为分布式传感器供能。

综上所述，本发明第一方面的摩擦发电装置、第二方面的服务器系统和第三方面的服务器机柜能够降低正极起电材料101和负极起电材料104之间的摩擦力，提升摩擦发电装置的耐久性，使得摩擦发电装置能够保持稳定的电能输出。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (17)

1.一种摩擦发电装置，其特征在于，包括：

第一绝缘基体（105）；

正极起电材料（101），其连接于所述第一绝缘基体（105）的一侧，所述正极起电材料（101）包括混合有金属的纺织纤维；

第二绝缘基体（106），其与所述第一绝缘基体（105）相对设置，并位于所述正极起电材料（101）远离所述第一绝缘基体（105）的一侧；

第一电极片（102），其连接于所述第二绝缘基体（106）接近所述第一绝缘基体（105）的一侧，

第二电极片（103），其连接于所述第二绝缘基体（106）接近所述第一绝缘基体（105）的一侧，并与所述第一电极片（102）间隔开，所述第一电极片（102）与所述第二电极片（103）通过负载导电连接；

负极起电材料（104），所述第一电极片（102）和所述第二电极片（103）朝向所述正极起电材料（101）的一侧分别连接有所述负极起电材料（104），所述第一绝缘基体（105）和/或第二绝缘基体（106）能够在外力下发生运动，以使得所述正极起电材料（101）和所述负极起电材料（104）发生摩擦。

2.根据权利要求1所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述正极起电材料（101）包括涤纶纤维和金属丝，所述涤纶纤维和所述金属丝通过纺织形成片状的正极起电材料（101）。

3.根据权利要求2所述的摩擦发电装置，其特征在于，还包括间隔设置的第一压紧件（210）和第二压紧件，所述第一绝缘基体（105）和所述第二绝缘基体（106）夹设在所述第一压紧件（210）和所述第二压紧件之间，以使得所述正极起电材料（101）和所述负极起电材料（104）相互抵接。

4.根据权利要求3所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述第一压紧件（210）和所述第二压紧件向所述第一绝缘基体（105）和所述第二绝缘基体（106）上施加的载荷为P，4g≤P≤6g。

5.根据权利要求3所述的摩擦发电装置，其特征在于，

壳体（2）；

传动轴，可转动地设置在所述壳体（2）内，一组所述正极起电材料（101）、第一电极片（102）、第二电极片（103）和负极起电材料（104）为一个摩擦起电单元，所述壳体（2）内设置有多组所述摩擦起电单元，所述传动轴依次穿过多组所述起电单元，所述第一绝缘基体（105）与所述传动轴相连，能够在所述传动轴的驱动下转动，所述第二绝缘基体（106）与所述壳体（2）限位配合，所述第一压紧件（210）包括弹簧，所述弹簧套设在所述传动轴外，并支撑在所述壳体（2）的一端与所述摩擦起电单元之间，所述壳体（2）的另一端与所述摩擦起电单元相抵并作为所述第二压紧件。

6.根据权利要求5所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述第一绝缘基体（105）的两侧分别设置有正极起电材料（101），所述第二绝缘基体（106）的两侧各设置有第一电极片（102）和第二电极片（103）；和/或，

多个所述摩擦起电单元相互并联。

7.根据权利要求6所述的摩擦发电装置，其特征在于，还包括:

磁性联轴器（5），其与所述传动轴同轴设置，所述磁性联轴器（5）的主动盘（501）设置在所述壳体（2）外，并与所述壳体（2）转动连接，所述磁性联轴器（5）的从动盘（502）设置在所述壳体（2）内，并与所述主动盘（501）相对设置，所述从动盘（502）与所述传动轴相连；

风轮（6），其设置在所述壳体（2）外，并与所述主动盘（501）相连。

8.根据权利要求7所述的摩擦发电装置，其特征在于，还包括：

第一支撑座（701）和第二支撑座（702），其分别设置在所述壳体（2）的两端处；

第一轴承（201），连接于所述壳体（2）外，并与所述传动轴同轴设置；

第一转轴（703），其穿过所述第一支撑座（701）与所述第一轴承（201）相连，所述风轮（6）套设在所述第一转轴（703）远离所述第一轴承（201）一端上，所述磁性联轴器（5）的主动盘（501）连接于所述第一转轴（703）；

第二轴承，其设置在所述壳体（2）内，并与所述第一轴承（201）同轴设置，所述传动轴的第一端与所述第二轴承连接；

第三轴承（209），其连接于所述壳体（2）内，并位于所述壳体（2）远离所述磁性联轴器（5）的一端处，所述第二轴承的第二端与所述第三轴承（209）相连，所述壳体（2）远离所述磁性联轴器（5）的一端与所述第二支撑座（702）相连。

9.根据权利要求8所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述壳体（2）包括：

筒状主体（203），所述传动轴和所述摩擦发电装置均设置在所述筒状主体（203）内；

第一法兰（204），其形成在所述筒状主体（203）的外周上，并位于所述筒状主体（203）的第一端处；

第一端盖（205），其通过所述第一法兰（204）可拆卸地盖设在所述筒状主体（203）的第一端处，所述第一轴承（201）和所述第二轴承与所述第一端盖（205）相连；

第二法兰（206），其形成在所述筒状主体（203）的外周上，并位于所述筒状主体（203）的第二端处；

第二端盖（207），其通过所述第二法兰（206）可拆卸地盖设在所述筒状主体（203）的第二端处，所述第三轴承（209）连接于所述第二端盖（207），所述第二端盖（207）连接所述第二支撑座（702）。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述第一绝缘基体（105）包括多个扇状基体（1051），多个所述扇状基体（1051）呈环形阵列分布并相互连接，所述扇状基体（1051）上形成有正极起电材料（101），多个所述扇状基体（1051）之间形成传动孔（1052），所述传动轴穿过所述传动孔（1052），所述传动孔（1052）与所述传动轴之间形成有止转面（1053）。

11.根据权利要求10所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述第一电极片（102）包括多个第一扇状电极（1021），其形成在所述第二绝缘基体（106）的表面上，多个所述第一扇状电极（1021）呈环形阵列分布，并相互连通；

多个第二扇状电极（1031），形成在所述第二绝缘基体（106）的表面上，并与所述第一扇状电极（1021）交替设置，多个所述第二扇状电极（1031）相互连通。

12.根据权利要求5至9中任一项所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述第二绝缘基体（106）的中部形成有避让口（1061），所述传动轴可转动地穿设在所述避让口（1061）处。

13.根据权利要求12所述的摩擦发电装置，其特征在于，还包括第四轴承（107），所述第四轴承（107）的内圈套设在所述传动轴上，所述第四轴承（107）的外圈于所述避让口（1061）处与所述第二绝缘基体（106）相连。

14.根据权利要求5至9中任一项所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述第二绝缘基体（106）的外周和所述壳体（2）的内周两者中的之一上形成有限位凹槽（1062），所述第二绝缘基体（106）的外周和所述壳体（2）的内周两者中的另一上形成有设置在所述限位凹槽（1062）内的限位凸部（208）。

15.根据权利要求1至9中任一项所述的摩擦发电装置，其特征在于，还包括润滑层（109），其形成在所述负极起电材料（104）与所述正极起电材料（101）之间。

16.一种服务器系统，其特征在于，包括：

服务器；

风冷机构，用于向所述服务器吹风；

如权利要求1至15中任一项所述的摩擦发电装置，用于回收所述风冷机构输出的风能。

17.一种服务器机柜，其特征在于，包括：

柜体，用于容纳服务器；

风冷机构，用于向所述服务器吹风；

如权利要求1至15中任一项所述的摩擦发电装置，所述摩擦发电装置设置在所述柜体内，用于回收所述风冷机构输出的风能。