CN104595120A - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电装置，用以解决现有技术中的风力发电装置结构复杂、成本高昂以及发电效率低下的问题。该装置包括：支撑筒、传动轴、风力驱动部件以及至少两组摩擦发电机，其中，传动轴位于支撑筒的内部，且传动轴的顶端从支撑筒的内部伸出；风力驱动部件的第一端为固设在传动轴顶端的固定端，风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动传动轴相对于支撑筒转动的第一自由端；支撑筒的内表面上依次设置有：第一电极层、第二电极层、拱形支撑层和第三电极层，且第二电极层为设置在拱形支撑层的第一侧表面上的拱形电极层，第三电极层为设置在拱形支撑层的第二侧表面上的拱形电极层；并且，传动轴上设置有第四电极层。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及一种风力发电装置。 

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。 

现有的风力发电装置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。传统的风能发电系统通常采用电磁感应的方式，这种风能发电系统体积庞大，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；而压电式风能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。目前，即使有利用静电（即摩擦电）原理实现的风能发电系统，但这些风能发电系统的发电效率往往很低，无法满足实际需求。 

发明内容

本发明提供了一种风力发电装置，用以解决现有技术中的风力发电装置结构复杂、成本高昂以及发电效率低下的问题。 

一种风力发电装置，包括：支撑筒、传动轴、至少一个风力驱动部件以及至少两组摩擦发电机，其中，所述传动轴位于所述支撑筒的内部，且所述传动 轴的顶端从所述支撑筒的内部伸出；所述风力驱动部件的第一端为固设在所述传动轴顶端的固定端，所述风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动所述传动轴相对于所述支撑筒转动的第一自由端；所述支撑筒的内表面上依次设置有：第一电极层、第二电极层、拱形支撑层和第三电极层，其中，所述第一电极层贴合固定在所述支撑筒的内表面上，所述拱形支撑层的中部与所述第一电极层之间形成间隙，且所述第二电极层为设置在所述拱形支撑层的第一侧表面上的拱形电极层，所述第三电极层为设置在所述拱形支撑层的第二侧表面上的拱形电极层；并且，所述传动轴上设置有第四电极层，所述第四电极层的一端是固定在所述传动轴上的固定端，所述第四电极层的另一端是能够与所述第三电极层相互接触的第二自由端；其中，所述第一电极层和所述第二电极层构成第一组摩擦发电机，所述第三电极层和所述第四电极层构成第二组摩擦发电机。 

本发明提供的风力发电装置中设置有两组同时工作的摩擦发电机，从而大幅提高了发电效率。其中，当传动轴随风力旋转时，将带动第四电极层旋转并与第三电极层之间发生滑动摩擦，由此将使第二组摩擦发电机输出电能。与此同时，由于第三电极层受到了第四电极层的滑动挤压作用力，从而挤压第二电极层并促使第二电极层发生弯曲并与第一电极层之间发生摩擦，由此将使第一组摩擦发电机输出电能。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，第四电极层会持续不断地摩擦第三电极层，并通过第三电极层来挤压第二电极层。由此可见，该风力发电装置不仅结构简单，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中的风力发电装置的内部剖视图； 

图1b示出了本发明实施例中的风力发电装置的立体图；以及 

图1c示出了本发明实施例中的风力发电装置的主视图。 

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装置，用以解决现有技术中的风力发电装置结构复杂、成本高昂的问题。 

本发明提供了一种风力发电装置，包括：支撑筒、传动轴、至少一个风力驱动部件以及至少两组摩擦发电机。其中，所述传动轴位于所述支撑筒的内部，且所述传动轴的顶端从所述支撑筒的内部伸出；所述风力驱动部件的第一端为固设在所述传动轴顶端的固定端，所述风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动所述传动轴相对于所述支撑筒转动的第一自由端。所述支撑筒的内表面上依次设置有：第一电极层、第二电极层、拱形支撑层和第三电极层，其中，所述第一电极层贴合固定在所述内表面上，所述拱形支撑层的中部与所述第一电极层之间形成间隙，且所述第二电极层为设置在所述拱形支撑层的第一侧表面上的拱形电极层，所述第三电极层为设置在所述拱形支撑层的第二侧表面上的拱形电极层；并且，所述传动轴上设置有第四电极层，所述第四电极层的一端是固定在所述传动轴上的固定端，所述第四电极层的另一端是能够与所述第三电极层相互接触的第二自由端。其中，所述第一电极层和所述第二电极层构成第一组摩擦发电机，所述第三电极层和所述第四电极层构成第二组摩擦发电机。 

下面参照附图详细介绍一下本发明提供的风力发电装置。图1a示出了本发明实施例中的风力发电装置的内部剖视图；图1b示出了本发明实施例中的风力发电装置的立体图；图1c示出了本发明实施例中的风力发电装置的主视图。参照图1a至图1c可以看出，该风力发电装置包括：支撑筒11、传动轴12、至少一个风力驱动部件13、以及两组摩擦发电机。 

其中，支撑筒11优选为具有多个侧壁的棱柱状支撑筒，例如，可以为四棱柱形、六棱柱形等多种形状。另外，支撑筒11的材质优选具有机械力学支撑性能的材质，例如，高分子塑料、不锈钢、玻璃、陶瓷或合金类材料等。传动轴12位于支撑筒11的内部，优选地，传动轴12位于支撑筒11的中心轴线处，且传动轴12的顶端从支撑筒11的内部伸出。传动轴的材质可以是金属、陶瓷或耐磨且具有机械强度的高分子材料等。具体实现时，支撑筒与传动轴的位置相对固定，且传动轴可以相对于支撑筒旋转。另外，为了便于设置传动轴， 该支撑筒11还可以具有一个底壁，将传动轴与该底壁的中心部位活动连接，使传动轴可以相对于支撑筒旋转；或者，也可以使支撑筒只有侧壁没有底壁，将侧壁的底端固定在一个固定位置上，同时，在支撑筒的中心轴线处固定一个底座，传动轴插入该底座内且可以在底座内自由旋转，因而传动轴可以相对于支撑筒旋转。本发明中对支撑筒与传动轴之间的具体固定方式不做限定，只要能够实现传动轴相对于支撑筒旋转的目的即可。 

风力驱动部件13主要用于带动上述的传动轴旋转。具体地，风力驱动部件13的第一端为固设在传动轴12顶端的固定端，风力驱动部件13的第二端为能够在风力作用下带动传动轴12相对于支撑筒11转动的第一自由端。例如，该风力驱动部件的第一自由端可以通过风扇的一个扇叶（该扇叶通常为扇形）、风杯的一个杯片（该杯片可以为长方形、圆形等平面形状，也可以为中空的半圆球形等立体形状）或风叶的一个叶片（该叶片也可以为长方形、圆形等各种形状）等方式来实现。本发明中对风力驱动部件的具体形状不做限定，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，从而促使传动轴更快地旋转，风力驱动部件13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。另外，为了便于固定上述的一个或多个风力驱动部件，还可以在传动轴上固设一个套筒，将风力驱动部件通过套筒固定在传动轴上。 

接下来，具体介绍一下在上述结构的基础上所设置的两组摩擦发电机。其中，第一组摩擦发电机由第一电极层和第二电极层构成，第二组摩擦发电机由第三电极层和第四电极层构成。上述的第一电极层、第二电极层和第三电极层设置在支撑筒侧壁上，第四电极层设置在传动轴上。 

具体地，在支撑筒侧壁的内表面上依次设置有：第一电极层、第二电极层、拱形支撑层和第三电极层。 

其中，第一电极层包括：第一电极21和第一高分子聚合物绝缘层22。其中，第一电极21的第一侧表面贴合固定在侧壁内表面上，第一电极21的第二侧表面上覆盖有第一高分子聚合物绝缘层22。 

第二电极层、拱形支撑层20和第三电极层可以共同构成一个拱形结构。下面给出该拱形结构的一种制备方法：首先，制作出拱形支撑层20，该拱形支撑层20的两端可以固定在侧壁内表面上，如图1a所示，或者，该拱形支撑层 20的两端也可以直接固定在第一电极层上，且拱形支撑层的中部与第一电极层之间形成间隙。该拱形支撑层主要起到支撑和绝缘的作用，因此，可以选用具有一定韧性且绝缘的材料来制作。然后，在拱形支撑层20的第一侧表面上固定设置第二电极23，并在第二电极23上覆盖第二高分子聚合物绝缘层24，该第二电极23和第二高分子聚合物绝缘层24共同构成上述的第二电极层。在拱形支撑层20的第二侧表面上固定设置第三电极25，并在第三电极25上覆盖第三高分子聚合物绝缘层26，该第三电极25和第三高分子聚合物绝缘层26共同构成上述的第三电极层。由此可见，与平板状的第一电极层不同，第二电极层和第三电极层均为拱形。相应地，由第二电极层、拱形支撑层20和第三电极层共同构成的拱形结构与平板状的第一电极层之间存在一定的间隙。另外，本领域技术人员也可以通过其他多种方式来设置上述的第二电极层、拱形支撑层和第三电极层，本发明对此不作限定。 

另外，在传动轴12上设置有能够弯曲的第四电极层。该第四电极层的一端是固定在传动轴12上的固定端，另一端是能够与第三电极层相互接触的第二自由端。具体地，第四电极层包括：第四电极27以及设置在第四电极27的第一侧表面上的第四高分子聚合物绝缘层28。当传动轴旋转时，通过设置传动轴的旋转方向，使第四高分子聚合物绝缘层28在旋转时能够与第三电极层相互接触。优选地，第四电极层在传动轴上的设置位置可以与支撑筒侧壁上的第三电极层的位置相对应，以便于二者顺利接触。 

可选地，第四电极层的长度大于从传动轴到支撑筒侧壁上的第三电极层之间的距离，这样，第四电极层在旋转过程中会由于受到第三电极层的阻挡而发生弯曲，并在此过程中划过第三电极层的表面由此对第三电极层形成挤压和摩擦。另外，为了使第四电极层能够与第三电极层有效接触，可以将第四电极层的固定端垂直于传动轴12进行固定，具体地，为了便于固定，还可以在传动轴12上进一步设置固定元件，例如，带有插槽的套筒等。当然，除了以垂直于传动轴的角度来固定第四电极层之外，其他的固定角度也是可行的，例如，第四电极层可以与传动轴相切并固定，或者，第四电极层与传动轴成预设的夹角(如30度或45度等)并固定。具体固定时，可以通过焊接方式来固定。其中，第四电极层可以采用柔性材质制作，以便使其能够自由弯曲。但是，如果第四电极层的材质过于柔软，在传动轴旋转时，第四电极层将由于惯性作用而过度 弯曲，从而贴近传动轴，这样，第四电极层将无法与位于支撑筒侧壁上的第三电极层发生接触，从而无法达到摩擦发电的效果。因此，第四电极层的材质应柔性适中，既不太硬也不太软。优选地，可以在第四电极层中的第四电极的第二侧表面上进一步设置一层支撑部件30，该支撑部件30的主要作用在于：对第四电极层起到支撑作用，以便防止因为第四电极层过于柔软而在旋转过程中远离支撑筒的侧壁。 

下面具体介绍一下上述两组摩擦发电机摩擦发电的原理：当传动轴转动时，第四电极层随之旋转，而第三电极层相对静止，因而第四电极层中的第四高分子聚合物绝缘层将摩擦第三电极层中的第三高分子聚合物绝缘层，导致第四高分子聚合物绝缘层和第三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四电极和第三电极之间的电容发生改变，从而导致第四电极和第三电极之间出现电势差。当第四电极和第三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，可以在第四电极上连接一个第四电极引线，在第三电极上连接一个第三电极引线，将这两根电极引线作为第二组摩擦发电机的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。 

在上述过程中，第三电极层由于受到第四电极层的挤压而发生一定程度的弯曲，相应地，第二电极层在第三电极层的带动下也将发生弯曲从而与第一电极层发生接触摩擦，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。为此，可以在第一电极上连接一个第一电极引线，在第二电极上连接一个第二电极引线，将这两根电极引线作为第一组摩擦发电机的输出端与外电路相连。此处，由于第一组摩擦发电机中的第二电极层为拱形结构，因此，第二高分子聚合物绝缘层在不受挤压的时候（例如在第四电极层划过第三电极层并继续旋转的过程中）能够拱起，从而与第一高分子聚合物绝缘层之间有效分离，这样，第二高分子聚合物绝缘层在下次受到挤压的时候能够更好地与第一高分子聚合物绝缘层发生接触摩擦，提高摩擦发电的效率。 

另外，为了进一步提高上述两组摩擦发电机的发电能力，在第一组摩擦发 电机的两个摩擦界面（即：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），且其相对第二电极层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。 

另外，第二组摩擦发电机的两个摩擦界面（即：第三高分子聚合物绝缘层和第四高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面）中的至少一个面上也可以进一步设置微纳结构，以便提高第二组摩擦发电机的发电能力。 

在上面介绍的两组摩擦发电机中，第一电极、第二电极、第三电极或第四电极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、第二高分子聚合物绝缘层、第三高分子聚合物绝缘层或第四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，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、纤维海绵薄膜、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的材质优选不同，从而可以提高摩擦效果；第三高分子聚合物绝缘层和第四高分子聚合物绝缘层的材质优选不同，从而可以提高摩擦效果。上述的高分子聚合物绝缘层可以防止电极之间产生的电势差在内部中和。 

通过上面的描述可以看出，在图1a中所示的两组摩擦发电机均为四层结构：第一组摩擦发电机包括第一电极、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四层，而第二组摩擦发电机包括第三电极、第三高分子聚合物绝缘层、第四高分子聚合物绝缘层和第四电极这四层。这种四层结构的摩擦发电机主要是通过两层聚合物之间的摩擦来发电的。 

另外，除了图1a所示的通过四层结构来实现摩擦发电机的方式之外，在本发明的其他实施例中，还可以采用其它方式来实现摩擦发电机。例如，也可以在每组发电机中省去其中的任何一层高分子聚合物绝缘层，使摩擦发电机成为三层结构。例如，以第一组摩擦发电机为例来说，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该摩擦发电机的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摩擦发电机的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。三层结构的发电机的发电原理与四层结构类似，此处不再赘述。另外，在三层结构的发电机中，通过金属和聚合物进行摩擦，由于金属容易失去电子，因此采用金属与聚合物 摩擦能够提高能量输出。其中，在三层结构的摩擦发电机中，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）与另一电极层中所具有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。 

在本发明的其他实施例中也可以是既具有三层结构的摩擦发电机，又具有四层结构的摩擦发电机。 

接下来，介绍一下两组摩擦发电机中的电极层的具体数量和位置关系。 

在图1a所示的两组发电机中，第四电极层的数量为三个，这三个第四电极层间隔设置，每相邻的两个第四电极层之间的夹角优选相等。第一、二、三电极层则分别为四个，每个第一、二、三电极层分别设置在支撑筒的一个侧壁上。由此可见，在图1a所示的实施例中，第四电极层与第三电极层的数量不等，在其他实施例中，第四电极层和第三电极层的数量也可以相等，本发明对此不作限定。在图1a所示的实现方式中，每个第四电极层在旋转时依次摩擦各个第三电极层，从而在每个第四电极层与各个第三电极层之间都将产生电势差，并且使得第四电极层与各个第三电极层之间的两个摩擦界面能够有效地接触和分离。在这种方式中，可以在每个第四电极层上分别连接一个第四电极引线，因此，在图1a所示的结构中有三根第四电极引线。相应地，还可以在每个第三电极层上分别连接一个第三电极引线。这样，实际上，每个第四电极层与各个第三电极层之间都分别构成一个小摩擦发电机，因此，在本实施例中，第二组摩擦发电机其实包含多个小摩擦发电机，通过调整第三电极引线和第四电极引线之间的串并联关系，就可以改变这些小摩擦发电机输出的电流或电压的大小。 

另外，本领域技术人员也可以对上述的第一电极层、第二电极层、第三电 极层和第四电极层的数量和位置关系进行灵活调整，只要能够实现摩擦发电的目的即可。 

在图1a所示的结构中有多根第四电极引线，由于在传动轴的旋转过程中，这多根第四电极引线无法固定位置，因此，该风力发电装置还可以进一步包括：位于传动轴底端的第四电极固定片，用于固定每根第四电极引线。该第四电极固定片与每根第四电极引线之间相互接触而非固定连接，从而可以在传动轴旋转过程中防止第四电极引线因相互缠绕而打结，由此便于输出。 

进一步地，由于风速、用电需求等存在变化，导致风力发电装置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，本发明实施例中的风力发电装置还可以进一步包括储能单元，该储能单元与摩擦发电机的输出端相连，用于对摩擦发电机发出的电能进行存储。下面具体介绍一下储能单元的结构。由于摩擦发电机产生的是交流电，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，储能单元可以包括整流器、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摩擦发电机的输出端相连，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。至此摩擦发电机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单元将产生的电能进行存储，从而达到了对风能收集的目的。 

本发明提供的风力发电装置的每个侧壁上分别设置有两组同时工作的摩擦发电机，从而大幅提高了发电效率，例如，以四棱柱形发电机为例，在传动轴的转速提高过程中，摩擦发电机产生的瞬时脉冲电流的最高峰可达10-180微安（受限于实验室条件，具体转速无法确定）。其中，当传动轴随风力旋转时，将带动第四电极层旋转并与第三电极层之间发生滑动摩擦，由此将使第二 组摩擦发电机输出电能。与此同时，由于第三电极层受到了第四电极层的滑动挤压作用力，从而挤压第二电极层并促使第二电极层发生弯曲并与第一电极层之间发生摩擦，由此将使第一组摩擦发电机输出电能。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，第四电极层会持续不断地摩擦第三电极层，并通过第三电极层来挤压第二电极层。由此可见，该风力发电装置不仅结构简单，成本低廉，还能够高效地摩擦发电，显著提高了发电效率。由此可见，该风力发电装置不仅结构简单，成本低廉，还能够高效地摩擦发电，显著提高了发电效率，而且，还易于加工和裁剪。 

另外，本发明提供的风力发电装置既可以单独应用，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。例如，可以在本发明提供的风力发电装置的支撑筒外壁上进一步设置用于收集太阳能的太阳能板，从而实现风能和太阳能的双重利用。 

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)

1.一种风力发电装置，其特征在于，包括：支撑筒、传动轴、至少一个风力驱动部件以及至少两组摩擦发电机，其中，

所述传动轴位于所述支撑筒的内部，且所述传动轴的顶端从所述支撑筒的内部伸出；所述风力驱动部件的第一端为固设在所述传动轴顶端的固定端，所述风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动所述传动轴相对于所述支撑筒转动的第一自由端；

所述支撑筒的内表面上依次设置有：第一电极层、第二电极层、拱形支撑层和第三电极层，其中，所述第一电极层贴合固定在所述支撑筒的内表面上，所述拱形支撑层的中部与所述第一电极层之间形成间隙，且所述第二电极层为设置在所述拱形支撑层的第一侧表面上的拱形电极层，所述第三电极层为设置在所述拱形支撑层的第二侧表面上的拱形电极层；并且，所述传动轴上设置有第四电极层，所述第四电极层的一端是固定在所述传动轴上的固定端，所述第四电极层的另一端是能够与所述第三电极层相互接触的第二自由端；其中，所述第一电极层和所述第二电极层构成第一组摩擦发电机，所述第三电极层和所述第四电极层构成第二组摩擦发电机。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，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第二电极，并且，所述第一电极朝向所述第二电极层的侧表面上进一步设置有第一高分子聚合物绝缘层，和/或，所述第二电极朝向所述第一电极层的侧表面上进一步设置有第二高分子聚合物绝缘层；

所述第三电极层包括第三电极，所述第四电极层包括第四电极，并且，所述第三电极朝向所述传动轴的侧表面上进一步设置有第三高分子聚合物绝缘层，和/或，所述第四电极的第一侧表面上进一步设置有能够与所述第三电极层相互接触的第四高分子聚合物绝缘层。

3.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，进一步包括：支撑部件，所述支撑部件设置在所述第四电极的第二侧表面上。

4.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，进一步包括：与所述第一电极相连的第一电极引线，以及，与所述第二电极相连的第二电极引线，所述第一电极引线和所述第二电极引线作为所述第一组摩擦发电机的输出端；以及，

与所述第三电极相连的第三电极引线，以及，与所述第四电极相连的第四电极引线，所述第三电极引线和所述第四电极引线作为所述第二组摩擦发电机的输出端。

5.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层相对设置的两个侧表面中的至少一个侧表面上设置有微纳结构，和/或，所述第三电极层和所述第四电极层中能够相互接触的两个侧表面中的至少一个侧表面上设置有微纳结构。

6.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述支撑筒为棱柱状支撑筒。

7.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述拱形支撑层的两端分别固定在所述支撑筒的内表面上，或者，所述拱形支撑层的两端分别固定在所述第一电极层的两端。

8.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一组摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层的数量为多个，且所述第一电极层和第二电极层的数量相等；所述第二组摩擦发电机中的第三电极层和所述第四电极层的数量为多个，且所述第三电极层和所述第四电极层的数量相等或不等。

9.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述风力驱动部件的自由端为风杯和/或风叶。

10.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第四电极层的长度大于所述传动轴与所述第三电极层之间的距离。

11.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述传动轴位于所述支撑筒的中心轴线处。

12.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第四电极层是能够弯曲的。

13.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述支撑筒的外壁上进一步设置有用于收集太阳能的太阳能板。

14.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，进一步包括：储能单元，用于对所述摩擦发电机产生的电能进行存储。