CN104242722A - 风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电系统，用以解决现有的风力发电系统结构复杂、成本高昂的问题。该风力发电系统包括：依次层叠设置的上支撑板、内支撑板和下支撑板，上支撑板的第二侧表面与内支撑板的第一侧表面相对设置，内支撑板的第二侧表面与下支撑板的第一侧表面相对设置；穿过上支撑板、内支撑板和下支撑板的支撑轴；带动内支撑板相对于上支撑板和下支撑板旋转的风力驱动部件；以及，固设在上支撑板的第二侧表面上的第一电极层，和固设在内支撑板的第一侧表面上的第二电极层，第一电极层和第二电极层相互接触；以及固设在内支撑板的第二侧表面上的第三电极层，和固设在下支撑板的第一侧表面上的第四电极层，第三电极层和第四电极层相互接触。

Description

风力发电系统

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及一种风力发电系统。

背景技术

随着科技的进步以及工业的迅猛发展，人类对能源的需求越来越多，在可利用的能源日趋减少的情形下，人类不得不寻找新能源。风能作为自然界存在的巨大能量和清洁的可再生能源，由于其不需使用燃料，也不会产生辐射或空气污染的优点，得到了人们的高度关注和广泛应用。

现有的风力发电系统的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。其中包括将风的动能转化为机械能，再把机械能转化为电能两个过程。将机械能转化为电能的方式大致有三种：静电、压电和电磁。传统的风力发电系统通常采用电磁感应的方式，这种风力发电系统体积庞大，成本高昂，同时在运输和安装的过程中，给用户带来了极大的不便；而压电式风力发电系统由于常规压电材料复杂的化学成分及晶体结构，难以实现大功率与小尺寸的结合。

由此可见，传统的风力发电方式，无论其采用电磁感应的方式还是采用压电方式都具有无法弥补的缺陷。

发明内容

本发明提供了一种风力发电系统，用以解决现有技术中的风力发电系统结构复杂、成本高昂的问题。

一种风力发电系统，包括：依次层叠设置的上支撑板、内支撑板和下支撑板，所述上支撑板的第二侧表面与所述内支撑板的第一侧表面相对设置，所述内支撑板的第二侧表面与所述下支撑板的第一侧表面相对设置；穿过所述上支撑板、内支撑板和下支撑板的支撑轴；带动所述内支撑板相对于所述上支撑板和下支撑板旋转的风力驱动部件；所述风力发电系统进一步包括：固设在所述上支撑板的第二侧表面上的第一电极层，和固设在所述内支撑板的第一侧表面上的第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层相互接触；以及固设在所述内支撑板的第二侧表面上的第三电极层，和固设在所述下支撑板的第一侧表面上的第四电极层，所述第三电极层和所述第四电极层相互接触，其中，所述第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层共同作为电能的输出端。

本发明提供的风力发电系统，将第一电极层设置在上支撑板上，将第二电极层设置在内支撑板上，因此，当风吹动风力驱动部件旋转时，位于内支撑板上的第二电极层发生运动，而位于上支撑板上的第一电极层则保持静止，因此，两部分之间相互摩擦，从而达到摩擦发电的目的。由此可见，本发明提供的风力发电系统通过风力驱动部件来收集风能，并在风力驱动部件旋转时，带动第二电极层运动，进而与相对静止的第一电极层之间产生摩擦。由于风力驱动部件在风的带动下将持续旋转（即使在风刚刚停止的时候也会因惯性而旋转一段时间），当风力驱动部件旋转时，第二电极层会持续不断地摩擦第一电极层（关于第三电极层和第四电极层的发电原理与第一电极层和第二电极层相同）。由此可见，该风力发电系统不仅结构简单，成本低廉，还能够高效地摩擦发电，显著提高了发电效率。

附图说明

图1a示出了本发明实施例一提供的风力发电系统的外部结构示意图；

图1b示出了本发明实施例一提供的风力发电系统的内部剖视图；

图2示出了本发明实施例一中的第一电极层和第二电极层的结构示意图；

图3示出了本发明实施例一中第一电极层和第二电极层的形状示意图；

图4a示出了本发明实施例二提供的风力发电系统的外部结构示意图；

图4b示出了本发明实施例二提供的风力发电系统的内部剖视图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明,但本发明并不仅仅限于此。

本发明公开了一种风力发电系统，用以解决现有技术中的风力发电系统结构复杂、成本高昂的问题。

本发明提供的风力发电系统包括：依次层叠设置的上支撑板、内支撑板和下支撑板，所述上支撑板的第二侧表面与所述内支撑板的第一侧表面相对设置，所述内支撑板的第二侧表面与所述下支撑板的第一侧表面相对设置；穿过所述上支撑板、内支撑板和下支撑板的支撑轴；用于带动所述内支撑板相对于所述上支撑板和下支撑板旋转的风力驱动部件；其中，所述风力发电系统还包括：固设在所述上支撑板的第二侧表面上的第一电极层，和固设在所述内支撑板的第一侧表面上的第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层相互接触；以及固设在所述内支撑板的第二侧表面上的第三电极层，和固设在所述下支撑板的第一侧表面上的第四电极层，所述第三电极层和所述第四电极层相互接触，其中，所述第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层共同作为电能的输出端。

优选地，为了便于摩擦，且使得摩擦更加均匀，上述支撑轴穿过所述上支撑板、内支撑板和下支撑板的中心部位。

下面结合两个具体实施例详细描述本发明提供的风力发电系统：

实施例一、

图1a示出了本发明实施例一提供的风力发电系统的外部结构示意图，图1b示出了本发明实施例一提供的风力发电系统的内部剖视图。

参照图1a至图1b可以看出，该风力发电系统包括：依次层叠设置的上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13，所述上支撑板11的第二侧表面与所述内支撑板12的第一侧表面相对设置，所述内支撑板12的第二侧表面与所述下支撑板13的第一侧表面相对设置。也就是说，内支撑板12位于上支撑板11和下支撑板13的中间。可选地，上支撑板11和下支撑板13的形状和大小均相同，而内支撑板的形状则不同于上支撑板和下支撑板的形状，例如，在图1a和图1b所示的实施例中，上支撑板11和下支撑板13为大小相等的正方形，而内支撑板12的形状为圆形，且内支撑板12的直径不大于上支撑板11和下支撑板13的边长，这样的设置方式便于内支撑板相对于上支撑板和下支撑板进行旋转。或者，也可以将上支撑板11和下支撑板13设置为圆形，而内支撑板12设置为方形。另外，也可以将上支撑板11、下支撑板13以及内支撑板12均设置为相同的形状，或者，将上支撑板11、下支撑板13以及内支撑板12均设置为不同的形状，总之，本发明对此不作限定。

上述的上支撑板11和下支撑板13的材质需要具有机械力学支撑和固定性能。例如，上支撑板11和下支撑板13可以选用透明亚克力板制作，还可以由其他高分子塑料、不锈钢、玻璃、陶瓷或合金类材料中的一种材料制成。内支撑板12可以采用易加工的泡沫来制作，还可以由其他高分子塑料、陶瓷等具有坚固力学支撑性能的材料制作。优选地，内支撑板的材质密度小于上支撑板和下支撑板的材质密度，且内支撑板的材质优选为泡沫材质，这样，可以使得内支撑板更加灵活轻便，更易于在风力驱动部件的带动下进行旋转，即：在相同的风力下，材质轻便的内支撑板可以旋转更多的圈数，从而提高该风力发电系统的发电量。除泡沫材质外，内支撑板还可以为轻质橡胶、以及具有足够机械支撑强度并轻质的空心材料、多孔材料等。

该风力发电系统还包括：穿过所述上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13的中心部位的支撑轴14，以及用于带动所述内支撑板12相对于所述上支撑板11和下支撑板13旋转的风力驱动部件15。

其中，支撑轴14的主要作用在于将上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13的中心部位固定在同一竖直线上。并且，支撑轴14与内支撑板12之间为固定连接，也就是说，当支撑轴14旋转时，内支撑板12也将随着支撑轴14一起旋转；支撑轴14与上支撑板11和下支撑板13之间为活动连接，也就是说，当支撑轴14旋转时，上支撑板11和下支撑板13并不会随着支撑轴14一起旋转，而是保持静止，为了使上支撑板11和下支撑板13能够更好地保持静止，还可以在上支撑板11和下支撑板13上分别设置一个固定部件，用于对上支撑板11和下支撑板13进行固定。

为了带动支撑轴14旋转，进而带动内支撑板12旋转，支撑轴14的长度应大于上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13的厚度之和。因此，支撑轴14的顶端从上支撑板11的内部穿出，从而位于上支撑板11的外部，相应地，风力驱动部件的一端固设在支撑轴14的顶端，风力驱动部件的另一端为能够收集风能的自由端。例如，该风力驱动部件可以通过风扇、风杯或风叶等多种方式实现。而且，该风力驱动部件的自由端的形状可以为扇形、长方形、圆形或弧形等多种形状，本发明中对其具体形状不做限定，只要适合收集风能的形状均可采用。另外，为了提高收集风能的效率，从而促使支撑轴更快地旋转，风力驱动部件的数量可以为多个，这时，每相邻的两个风力驱动部件之间的夹角优选相等。

上述介绍的支撑板、支撑轴和风力驱动部件就形成了本发明实施例的风力发电系统中的机械结构。通过该机械结构，由风力驱动部件收集风能，并在受到风力作用时带动支撑轴旋转，进而带动与支撑轴固定连接的内支撑板旋转，而上支撑板和下支撑板则相对于内支撑板保持静止。

基于上述的机械结构，本发明实施例中的风力发电系统进一步包括：固设在所述上支撑板的第二侧表面上的第一电极层21，和固设在所述内支撑板的第一侧表面上的第二电极层22，所述第一电极层21和所述第二电极层22作为一对电极层且彼此相互接触；以及固设在所述内支撑板的第二侧表面上的第三电极层23，和固设在所述下支撑板的第一侧表面上的第四电极层24，所述第三电极层23和所述第四电极层24作为另一对电极层且彼此相互接触，其中，上述第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层共同作为电能的输出端。

由此可见，本实施例中，在上述机械结构的基础上设置了两对电极层（分别位于上支撑板和内支撑板之间以及下支撑板和内支撑板之间），因此，当内支撑板由于风力作用而相对于上支撑板和下支撑板旋转时，每对电极层中的两个电极层之间也会由于相对旋转而摩擦发电。

下面以位于上支撑板和内支撑板之间的第一电极层和第二电极层为例介绍一下这两个电极层的具体结构。如图2中所示，第一电极层进一步包括：层叠设置的第一电极211和第一高分子聚合物绝缘层212；第二电极层进一步包括：层叠设置的第二电极221和第二高分子聚合物绝缘层222。其中，第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。换句话说，第一电极层中的第一电极的第一侧表面固定设置在上支撑板的第二侧表面上，第一高分子聚合物绝缘层则固定贴合在第一电极的第二侧表面上；第二电极层中的第二电极的第一侧表面固定设置在内支撑板的第一侧表面上，第二高分子聚合物绝缘层则固定贴合在第二电极的第二侧表面上。这样，当内支撑板相对于上支撑板旋转时，第二电极层也相对于第一电极层旋转，在旋转过程中，第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层与第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层相互摩擦。

由此可见，在上述过程中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面，下面具体介绍一下这两个摩擦界面摩擦发电的原理：当支撑轴转动时，第二电极层随之旋转，而第一电极层相对静止，因而第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层将会持续摩擦第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层，导致第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层表面因为摩擦而产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和第二电极之间的电容发生改变，从而导致第一电极和第二电极之间出现电势差。当第一电极和第二电极被外电路连通时，该电势差将会在外电路中形成交流脉冲电信号，从而实现发电的目的。为了实现上述的外电路，第一电极层进一步包括与第一电极连接的第一电极引线，第二电极层进一步包括与第二电极连接的第二电极引线，将这两根电极引线作为两个电能输出端与外电路相连。其中，电极引线可以通过漆包铜线来实现。

另外，为了提高发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构。因此，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极和第二电极处感应出较多的电荷。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

上述的第一电极或第二电极优选金属膜，还可以是具有电传导性的金属电极、石墨烯、银纳米线涂层或其他透明导电膜（例如AZO、FTO）等，或者，还可以是铟锡氧化物、金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层可以是聚四氟乙烯、PET塑料、固化的聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺薄膜、或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯等高分子材料中的一种；或者，第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层还可以是具有微孔结构的纤维素、聚酯纤维、人造纤维中的一种。另外，上述的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层还可以分别选自苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层可以防止第一电极和第二电极之间产生的电势差在内部中和。而且，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层优选不同的材质，从而可以提高发电效率。由此可见，在图2所示的结构中，第一电极层和第二电极层总共包含四层结构，即第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极，这时，主要是通过聚合物（第一高分子聚合物绝缘层）与聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来发电的。

另外，除了图2所示的通过四层结构来实现第一电极层和第二电极层的方式之外，在本发明的其他实施例中，还可以采用其它方式来实现第一电极层和第二电极层。例如，也可以省去上述四层结构中的第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层，使第一电极层和第二电极层构成的这对电极层成为三层结构。当省去第一高分子聚合物绝缘层时，第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样可以在第一电极和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构；当省去第二高分子聚合物绝缘层时，第二电极和第一高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样也可以在第二电极和第一高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，以便提高发电效率。三层结构的第一电极层和第二电极层的发电原理与四层结构类似，此处不再赘述。

其中，在三层结构的第一电极层和第二电极层中，由于省去了一层高分子聚合物绝缘层，因此，不具有高分子聚合物绝缘层的电极层中的电极由于需要作为摩擦电极（即金属）与另一电极层中的高分子聚合物绝缘层进行摩擦，因此其材料可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。另一电极由于不需要进行摩擦，因此，除了可以选用上述罗列的金属或合金材料之外，其他能够制作电极的材料也可以应用，例如，还可以选用铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜等非金属材料。三层结构的摩擦发电机中的高分子聚合物绝缘层的材质与四层结构中的材质相同，此处不再赘述。另外，在三层结构的第一电极层和第二电极层中，当其中不带有聚合物绝缘层的电极层中的电极通过金属材质实现时，由金属和聚合物进行摩擦，而金属容易失去电子，因此采用金属与聚合物摩擦能够提高能量输出。

下面详细介绍一下第一电极层和第二电极层的形状。通常情况下，第一电极层和第二电极层的形状相同且完全重叠地贴合在一起。例如，第一电极层和第二电极层的形状可以设计为与内支撑板的形状相同，例如，设计为圆形，且第一电极层和第二电极层的直径可以略小于内支撑板的直径，这样可以确保摩擦界面的有效摩擦。另外，第一电极层和第二电极层的形状还可以设计为由多个扇形组成的对称图形，如图3所示。图3绘制了第一电极层和第二电极层的横截面示意图，从图3中可以看出，第一电极层和第二电极层中的电极以及高分子聚合物绝缘层实际上都是从圆形的材质中挖去几个对称的小扇形区域之后形成的。其中，第一电极和第一高分子聚合物绝缘层可以以完全重合的方式进行设置，第二电极和第二高分子聚合物绝缘层也可以以完全重合的方式进行设置，这样，当内支撑板相对于上支撑板旋转时，第二高分子聚合物绝缘层和第一高分子聚合物绝缘层之间由于具有挖空的部分而导致摩擦力增大，因而能够产生更多的电能。另外，在旋转的过程中，几个扇形区域之间会反复经历接触和分离的过程，在此过程中也将产生更多的电能。具体地，在旋转之前，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层在初始阶段紧密接触但没有相互摩擦，因此二者之间不存在电势差；在旋转过程中，当二者发生相对滑动时（即分离时），紧密接触的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的两个内表面之间相互摩擦，导致接触面积发生变化，直至分离，在这一过程中，二者之间产生了电势差并由此产生了电流。也就是说，由于挖空部分的存在，为第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的内表面之间的分离提供了空间，因而更便于电流的产生。或者，第一电极和第一高分子聚合物绝缘层也可稍微错开一定的距离，而不是完全地重合；第二电极和第二高分子聚合物绝缘层也可以稍微错开一定的距离，而不是完全地重合。

关于第三电极层和第四电极层的具体结构、形状、材质以及发电原理均与第一电极层和第二电极层相同。其中，第三电极层又可以包括层叠设置的第三电极和第三高分子聚合物绝缘层，第四电极层又可以包括层叠设置的第四电极和第四高分子聚合物绝缘层，此处不再赘述。另外，与第一电极层和第二电极层类似，第三电极层和第四电极层也可以通过三层结构来实现（即省去第三高分子聚合物绝缘层或第四高分子聚合物绝缘层）。

本发明实施例中可以同时设置两对电极层，因而大大提高了发电效率。这两对电极层之间可以有多种连接方式。为了便于输出，可以在第一电极层中进一步设置与第一电极连接的第一电极引线，在第二电极层中进一步设置与第二电极连接的第二电极引线，在第三电极层中进一步设置与第三电极连接的第三电极引线，在第四电极层中进一步设置与第四电极连接的第四电极引线。其中，所述第一电极引线、第二电极引线、第三电极引线和第四电极引线共同作为电能输出端。通过调整上述的四根电极引线之间的连接关系，可以调整输出的电压或电流的大小。例如，可以将第一电极引线和第二电极引线分别作为一组输出端，将第三电极引线和第四电极引线分别作为另一组输出端，然后，这两组输出端之间既可以串联也可以并联。或者，还可以将第一电极引线和第四电极引线串联作为一个输出端16，将第二电极引线和第三电极引线串联作为另一个输出端17，即把两对电极层结合起来使用，如图1a所示。

实施例二、

实施例二与实施例一的机械结构和发电原理大致相同，图4a示出了本发明实施例二提供的风力发电系统的外部结构示意图，图4b示出了本发明实施例二提供的风力发电系统的内部剖视图。

参照图4a至图4b可以看出，该风力发电系统同样包括：依次层叠设置的上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13，所述上支撑板11的第二侧表面与所述内支撑板12的第一侧表面相对设置，所述内支撑板12的第二侧表面与所述下支撑板13的第一侧表面相对设置。关于上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13的具体形状和材质可参照实施例一，此处不再赘述。

该风力发电系统还包括：穿过所述上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13的中心部位的支撑轴14，以及用于带动所述内支撑板12相对于所述上支撑板11和下支撑板13旋转的风力驱动部件15。

本实施例与实施例一的主要区别在于：风力驱动部件15并不是通过支撑轴14来驱动内支撑板旋转的，在本实施例中，将风力驱动部件15直接设置在内支撑板12的外表面上，如图4a所示。风力驱动部件的一端固设在内支撑板12的外表面上，风力驱动部件的另一端为能够收集风能的自由端,关于风力驱动部件的具体形状可参照实施例一的描述。在这样的设置方式中，风力驱动部件可以直接驱动内支撑板，从而驱动效果较好。在此实施例中，支撑轴14同样将上支撑板11、内支撑板12和下支撑板13的中心部位固定在同一竖直线上。但是，由于支撑轴14并不承担带动内支撑板旋转的任务，因此，支撑轴14与内支撑板12之间既可以固定连接也可以活动连接：当支撑轴14与内支撑板12固定连接时，上支撑板11和下支撑板13与支撑轴14之间优选活动连接，以便于内支撑板相对于上支撑板和下支撑板旋转；当支撑轴14与内支撑板12活动连接时，上支撑板11和下支撑板13与支撑轴14之间优选固定连接，以便于内支撑板相对于上支撑板和下支撑板旋转。另外，当支撑轴14与内支撑板12活动连接时，上支撑板11和下支撑板13与支撑轴14之间也可以活动连接，在这种情况下，最好通过两个固定部件对上支撑板11和下支撑板13进行固定，以避免上支撑板11和下支撑板13跟随内支撑板一起旋转。

本实施例中同样在上支撑板和内支撑板之间设置有第一电极层和第二电极层，在下支撑板和内支撑板之间设置有第三电极层和第四电极层，关于这四个电极层的具体结构和发电原理与实施例一相同，此处不再赘述。而且，与实施例一相同，同样可以在第一电极处连接第一电极引线，在第二电极处连接第二电极引线，在第三电极处连接第三电极引线，在第四电极处连接第四电极引线。通过调整上述的四根电极引线之间的连接关系，同样可以调整输出的电压或电流的大小。例如，可以将第一电极引线和第二电极引线分别作为一组输出端，将第三电极引线和第四电极引线分别作为另一组输出端，然后，这两组输出端之间既可以串联也可以并联。或者，还可以将第一电极引线和第四电极引线串联作为一个输出端16，将第二电极引线和第三电极引线串联作为另一个输出端17。

进一步地，在上述两个实施例中，由于风速、用电需求等存在变化，导致风力发电系统产生的电能可能一时无法用尽，因此有必要对多余的电能进行存储，以备需求过大或发电量不足时使用。对此，上述两个实施例中的风力发电系统还可以进一步包括储能装置，该储能装置与电能输出端相连，用于对发出的电能进行存储。下面具体介绍一下储能装置的结构。由于摩擦产生的是交流电，交流电因其形式的特殊性而无法直接存储，所以要经过一系列处理使其转变为直流电才能存储。对此，储能装置可以包括整流器、滤波电容、DC/DC变换器和储能元件。其中，整流器的两个输入端与电能输出端相连，整流器本质上是一种将交流电能转变为直流电能的电路，其原理是利用二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。在整流器的输出端跨接有滤波电容，利用该滤波电容的充放电特性，使整流后的直流脉动电压变成相对比较稳定的直流电压。进一步，将滤波后的直流电压接入DC/DC变换器，对其进行变压处理，得到适合给储能元件进行充电的电信号。至此摩擦产生的交流电已经转变为可存储的直流电，并最终储存在指定的储能元件中。储能元件可以选用锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。由此可见，本发明通过对自然环境中的风能进行收集，经过一系列的转化变为电能，既可直接使用也可通过后续的储能装置将产生的电能进行存储，从而达到了对风能收集的目的。

综上所述，在本发明中，内支撑板上可以设置风力驱动装置，以使其相对上下支撑板旋转，且内支撑板优选较轻的材料从而容易被风力驱动装置驱动。另外，由于存在着三个支撑板，因此，在三个支撑板中间可以设置两对用于摩擦发电的电极层，所以在上下支撑板不动的情况下，只驱动内支撑板就可以同时摩擦两对电极层，因而，相同的时间内输出的电能大大提高。

本发明提供的风力发电系统，将第一电极层设置在上支撑板上，将第二电极层设置在内支撑板上，因此，当风吹动风力驱动部件旋转时，位于内支撑板上的第二电极层发生运动，而位于上支撑板上的第一电极层则保持静止，因此，两部分之间相互摩擦，从而达到摩擦发电的目的。由此可见，本发明提供的风力发电系统通过风力驱动部件来收集风能，并在风力驱动部件旋转时，带动第二电极层运动，进而与相对静止的第一电极层之间产生摩擦。由于风力驱动部件在风的带动下将持续旋转（即使在风刚刚停止的时候也会因惯性而旋转一段时间），当风力驱动部件旋转时，第二电极层会持续不断地摩擦第一电极层（关于第三电极层和第四电极层的发电原理与第一电极层和第二电极层相同）。由此可见，该风力发电系统不仅结构简单，成本低廉，还能够高效地摩擦发电，显著提高了发电效率。

另外，本发明提供的风力发电系统既可以单独应用，也可以与风电、光伏发电、原子电池发电、温差发电等系统整合后应用，从而实现多电源供电系统。

本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种风力发电系统，其特征在于，包括：

依次层叠设置的上支撑板、内支撑板和下支撑板，所述上支撑板的第二侧表面与所述内支撑板的第一侧表面相对设置，所述内支撑板的第二侧表面与所述下支撑板的第一侧表面相对设置；

穿过所述上支撑板、内支撑板和下支撑板的支撑轴；

带动所述内支撑板相对于所述上支撑板和下支撑板旋转的风力驱动部件；

所述风力发电系统进一步包括：固设在所述上支撑板的第二侧表面上的第一电极层，和固设在所述内支撑板的第一侧表面上的第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层相互接触；以及固设在所述内支撑板的第二侧表面上的第三电极层，和固设在所述下支撑板的第一侧表面上的第四电极层，所述第三电极层和所述第四电极层相互接触，其中，所述第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层共同作为电能的输出端。

2.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述风力驱动部件为至少一个风杯和/或至少一个风叶。

3.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述风力驱动部件固设在所述内支撑板的外表面上。

4.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述支撑轴的顶端位于所述上支撑板的外部，所述风力驱动部件固设在所述支撑轴的顶端，其中，所述内支撑板与所述支撑轴固定连接，所述上支撑板和所述下支撑板与所述支撑轴活动连接。

5.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层包括：层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二电极层包括：层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触；且，所述第三电极层包括：层叠设置的第三电极和第三高分子聚合物绝缘层，所述第四电极层包括：层叠设置的第四电极和第四高分子聚合物绝缘层，其中，所述第三电极层中的第三高分子聚合物绝缘层和所述第四电极层中的第四高分子聚合物绝缘层相互接触。

6.如权利要求5所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，和/或，所述第三电极层中的第三高分子聚合物绝缘层和所述第四电极层中的第四高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。

7.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，所述第一电极层中的第一电极和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触；或者，所述第一电极层包括层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二电极层包括第二电极，其中，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二电极相互接触；

并且，所述第三电极层包括第三电极，所述第四电极层包括层叠设置的第四电极和第四高分子聚合物绝缘层，其中，所述第三电极层中的第三电极和所述第四电极层中的第四高分子聚合物绝缘层相互接触；或者，所述第三电极层包括层叠设置的第三电极和第三高分子聚合物绝缘层，所述第四电极层包括第四电极，其中，所述第三电极层中的第三高分子聚合物绝缘层和所述第四电极层中的第四电极相互接触。

8.如权利要求7所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层中相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，和/或，所述第三电极层和所述第四电极层中相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。

9.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述上支撑板和所述下支撑板的形状为方形，所述内支撑板的形状为圆形，且所述内支撑板的直径不大于所述上支撑板或所述下支撑板的边长。

10.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述内支撑板的材质密度小于所述上支撑板和所述下支撑板的材质密度。

11.如权利要求1或10所述的风力发电系统，其特征在于，所述内支撑板的材质为泡沫材质、轻质橡胶或具有机械支撑强度的轻质空心材料、多孔材料。

12.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层、第二电极层、第三电极层和/或第四电极层的形状为圆形。

13.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层、第二电极层、第三电极层和/或第四电极层的形状是由多个扇形组成的对称图形。

14.如权利要求5-8任一所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一电极层进一步包括与第一电极连接的第一电极引线，所述第二电极层进一步包括与第二电极连接的第二电极引线，所述第三电极层进一步包括与第三电极连接的第三电极引线，所述第四电极层进一步包括与第四电极连接的第四电极引线。