CN104753387A - 混合风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合风力发电机，该混合风力发电机包括定子（2）、转子（3）和风翼（1），转子（3）与风翼（1）相连，并能够在风翼（1）的带动下旋转，定子（2）包括发电机组件（22），发电机组件（22）中设置有摩擦发电机（222）和定子磁铁（223），转子（3）包括转盘（32），转盘（32）上设置有与定子磁铁（223）相对的转子磁铁（321），转盘（32）转动时，转子磁铁（321）能够驱使定子磁铁（223）在发电机组件（22）中往复移动，并同时挤压摩擦发电机（222），使摩擦发电机（222）产生电能。本发明的混合风力发电机利用磁性同极相斥、异极相吸的原理代替接触按压方式，从而有效降低了按压接触时的能量损失。

Description

混合风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种摩擦发电和电磁发电结合的混合风力发电机。

背景技术

风能作为自然界存在的巨大能量和清洁、无污染的可再生能源，由于其具有不需使用燃料，也不会产生辐射或空气污染的优点，得到了高度关注和广泛应用。

同时，随着电子产品的丰富和发展，出现了大量新型纳米器件，广泛应用于无线传感网络，微机电系统，移动通信等领域。这些纳米器件的功率密度更高，通过外部电源供电是繁琐不便的。因此，为实现纳米系统的自供电，对高效率，小型化移动电源的需求也不断增加。

利用风能为纳米系统提供电源是一种可能的方式。传统的微型风力发电机多采用电磁发电的方式，存在输出电流高而输出电压低的缺点，其能量密度也较为低下。

一些新型的风力发电机中采用了摩擦发电技术，但通常是直接将摩擦发电机暴露在空气中，通过气流对摩擦发电机的吹动来促使摩擦发电机发电，效率十分低下；或者是通过传动装置带动机械部件，例如拨片、弹簧等接触、按压摩擦发电机，然而在传动及按压、接触的过程中依然会损失大量的能量，同样无法高效率地将风能转化为电能，此外，摩擦发电机的输出电流通常较低。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种摩擦发电和电磁发电结合的混合风力发电机，用以解决现有技术中风力-电磁、风力-摩擦发电机中发电效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明的一种混合风力发电机的具体技术方案为：

一种混合风力发电机，包括定子、转子和风翼，转子与风翼相连，并能够在风翼的带动下旋转，定子包括发电机组件，发电机组件中设置有摩擦发电机和定子磁铁，转子包括转盘，转盘上设置有与定子磁铁相对的转子磁铁，转盘转动时，转子磁铁能够驱使定子磁铁在发电机组件中往复移动，并同时挤压摩擦发电机，使摩擦发电机产生电能。

与现有风力发电机相比，本发明的混合风力发电机具有以下优点：

本发明的混合风力发电机利用磁性同极相斥、异极相吸的原理代替接触按压方式，从而有效降低了按压接触时的能量损失。同时，在摩擦发电机周围设置感应线圈，从而利用电磁感应提高发电机的输出电流。

本发明的混合风力发电机加工工艺较简单，能够有效减小横向尺寸；同时还可利用定子磁铁重力做功，减少摩擦做功损耗。

本发明的混合风力发电机中利用摩擦发电机产生的高电压弥补了传统电磁风力发电机中输出电流高而输出电压低的缺点，提高了能量密度，这种高密度，高效率的摩擦发电和电磁发电的混合发电机，适合用于为移动设备，传感网络等供电。

附图说明

图1为本发明的混合风力发电机的立体图；

图2为本发明的混合风力发电机的剖视图；

图3为图2中的支撑圆筒的立体图；

图4为图2中的定子的立体图；

图5为图4中的上盖板的结构示意图；

图6为图4中的发电机组件的剖视图；

图7为图2中的转子的立体图；

图8为图2中的下盖板的立体图。

图9为图6中的摩擦发电机的第一实施例的结构示意图；

图10为图6中的摩擦发电机的第二实施例的结构示意图；

图11为图6中的摩擦发电机的第三实施例的结构示意图；

图12为图6中的摩擦发电机的第四实施例的结构示意图；

图13为本发明中的储能装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种混合风力发电机做进一步详细的描述。

如图1和图2所示，本发明的混合风力发电机包括风翼1、定子2、转子3和支撑圆筒4，其中，定子2固定设置在支撑圆筒4上，转子3穿过定子2活动设置在支撑圆筒4中，且转子3与风翼1相连，当外界风力作用于风翼1时，风翼1可带动转子3一起转动。

进一步，如图2和图3所示，本发明中的支撑圆筒4为具有一定壁厚的管状结构，用于整个装置的支撑和保护。本领域的技术人员应该理解，图3中所示的结构仅作为本发明的示例给出，本发明对支撑圆筒4的形状不做限制，本领域技术人员可以根据需求做出调整，在本发明中，支撑圆筒4可以为中空结构的、任意形状的柱体。

进一步，如图2和图4所示，本发明中的定子2包括上盖板21和发电机组件22，其中，上盖板21固定在支撑圆筒4的顶端开口处，发电机组件22设置在上盖板21上，并朝向支撑圆筒4的内部延伸，优选的是，本实施例中的发电机组件22为垂直设置在上盖板21上。此外，应注意的是，本实施例中发电机组件22的数量为四个，但根据具体情况，上盖板21上的发电机组件22的数量可灵活改变，以满足不同的发电需求。

进一步，如图5所示，本发明中的上盖板21上形成有转轴孔211和定位孔212，其中，转轴孔211位于上盖板21的中心位置处，用于容纳下文中将要描述的转子3上的转轴31，而定位孔212则用于发电机组件22的约束定位。应注意的是，本实施例中上盖板21上的定位孔212也为四个，以适应发电机组件22的数量，但根据实际需要该数量也可以灵活改变。

进一步，如图6所示，本发明中的发电机组件22包括摩擦发电机222和电磁发电机225，其中，电磁发电机225由套筒221、线圈224和定子磁铁223组成，具体来说，套筒221为管状结构，线圈224缠绕在套筒221的外周，定子磁铁223设置在套筒221的内部。优选的是，定子磁铁223为圆柱形磁铁，与套筒221同轴设置，且长度小于套筒221的长度，直径也小于套筒221的内径，由此保证了定子磁铁223和套筒221的内侧壁间具有较小的摩擦力，使得定子磁铁223能够在套筒221内沿轴向自由地往复运动，从而在线圈224中产生电能。

此外，本发明中的摩擦发电机222设置在套筒221的端部开口处，应注意的是，本发明中的摩擦发电机222优选为两个，即分别固定设置在套筒221的两个端部开口处，当然，本发明中的摩擦发电机222也可以为一个，即仅固定设置在套筒221的一端开口处，套筒221的另一端开口则通过其他材料密封。由此，定子磁铁223位于套筒221和摩擦发电机222密封形成的内部空腔中，当定子磁铁223沿套筒221的轴向自由地往复运动时，可挤压、撞击位于套筒221端部的摩擦发电机222，从而使摩擦发电机222产生电能。

进一步，如图7所示，本发明中的转子3包括转轴31和转盘32，转轴31固定连接在转盘32的中心位置处，其中，转盘32位于支撑圆筒4的内部，且转盘32的盘面延伸方向与支撑圆筒4的轴线方向相垂直，转轴31（顶端）则通过上盖板21上的转轴孔211延伸至支撑圆筒4的外侧，并与风翼1相连，由此，当外界风力作用于风翼1时，转轴31会随风翼1一起转动，并相应的也带动转盘32转动。

此外，转盘32上设置有转子磁铁321，转子磁铁321在转盘32上的设置位置以及数量与定子2上的发电机组件22相对应，具体来说，本实施例中定子2上设置有四个发电机组件22，且四个发电机组件22环绕上盖板21上的转轴孔211均匀布置，相应的，转盘32上也设置有四个转子磁铁321，且四个转子磁铁321为环绕转轴31均匀布置，而且发电机组件22与上盖板21的中心之间的距离和转盘32上的转子磁铁32的旋转半径（转子磁铁32与转盘32的中心之间的距离）相同。

更具体的说，转盘32上设置的转子磁铁321是与发电组件22中的定子磁铁223相对应，由此，当转盘32随风翼1一起转动时，转盘32上的转子磁铁321会周期性地对发电组件22中的定子磁铁223施加磁力（引力或斥力），从而使得定子磁铁223可在套筒221内往复运动，以实现对固定在套筒221端部的摩擦发电机222的挤压以及缠绕在套筒221外表面的线圈224对定子磁铁磁感线的切割，从而产生所需电能。优选的是，转盘32上相邻设置的两个转子磁铁321的极性相反，由此使得转子磁铁321在随转盘32转动的过程中完成对定子磁铁223的吸引和排斥，从而促使定子磁铁223做往复运动。

进一步，如图2和图8所示，支撑圆筒4的底端开口处还设置有下盖板5，下盖板5的中心位置处形成有限定孔51，转子3中的转轴31的底端容置在限定孔51中，本发明中的下盖板5能够起到稳定装置及为转子提供约束的作用。

综上，本发明的混合风力发电机的工作原理为：风翼1在外界风力的作用下旋转时，会带动转子3一起旋转，由此，转子3上的转子磁铁321会对定子2中的定子磁铁223施加周期性的磁力（引力或斥力），使得定子磁铁223能够在套筒221内往复运动，从而与线圈224一起实现电磁发电，同时，定子磁铁223还会对套筒221端部的摩擦发电机222碰撞挤压，从而使摩擦发电机222实现摩擦发电。本发明的混合风力发电机加工工艺较简单，能够有效减小横向尺寸；同时还可利用定子磁铁重力做功，减少摩擦做功损耗。

下面参考图9至图12，对本发明的定子2中的摩擦发电机222的具体结构进行详细描述：

如图9所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第一实施例。本实施例中，摩擦发电机222包括：依次层叠设置的第一电极层2221，第一高分子聚合物绝缘层2222，以及第二电极层2223；其中，第一电极层2221设置在第一高分子聚合物绝缘层2222的第一侧表面上；第一高分子聚合物绝缘层2222的第二侧表面与第二电极层2223的表面接触摩擦形成摩擦界面，并在第二电极层2223和第一电极层2221处感应出电荷；第一电极层2221和第二电极层2223为摩擦发电机的电压和/或电流输出电极；第一高分子聚合物绝缘层2222和第二电极层2223相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构2227。

其中，第一高分子聚合物绝缘层为选自聚酰亚胺薄膜、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任意一种。

其中，第一电极层所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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。

其中，第二电极层所用材料是金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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。

根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此采用金属电极与高分子聚合物摩擦也能提高能量输出。因此，上述的摩擦发电机主要通过金属（第二电极层）与聚合物（第一高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来产生电信号，主要利用了金属容易失去电子的特性，使第二电极层与第一高分子聚合物绝缘层之间形成感应电场，从而产生电压和/或电流。

下面具体介绍一下摩擦发电机的工作原理。当该摩擦发电机222的各层向下弯曲时，摩擦发电机222中的第二电极层2223与第一高分子聚合物绝缘层2222表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层2221和第二电极层2223之间出现电势差。由于第一电极层2221和第二电极层2223之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当该摩擦发电机222的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层2221和第二电极层2223之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层2221和第二电极层2223之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。

如图10所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第二实施例。本实施例中，摩擦发电机222包括：依次层叠设置的第一电极层2221，第一高分子聚合物绝缘层2222，第二高分子聚合物绝缘层2224以及第二电极层2223；其中，第一电极层2221设置在第一高分子聚合物绝缘层2222的第一侧表面上；第二电极层2223设置在第二高分子聚合物绝缘层2224的第一侧表面上；第一高分子聚合物绝缘层2222的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层2224的第二侧表面接触摩擦形成摩擦界面，并在第一电极层2221和第二电极层2223处感应出电荷；第一电极层2221和第二电极层2223为摩擦发电机222的电压和/或电流输出电极；第一高分子聚合物绝缘层2222和第二高分子聚合物绝缘层2224相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构（图中未示）。

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分别为选自聚酰亚胺薄膜、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任意一种。

其中，第一电极层和第二电极层所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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。

其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层材质可以相同，也可以不同。如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层材质不同。

下面具体介绍一下的摩擦发电机的工作原理。当该摩擦发电机222的各层向下弯曲时，摩擦发电机222中的第一高分子聚合物绝缘层2222与第二高分子聚合物绝缘层2224表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层2221和第二电极层2223之间出现电势差。由于第一电极层2221和第二电极层2223之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当该摩擦发电机222的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层2221和第二电极层2223之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层2221和第二电极层2223之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。

如图11所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第三实施例。本实施例中，摩擦发电机222包括：依次层叠设置的第一电极层2221，第一高分子聚合物绝缘层2222，居间薄膜层2225、第二高分子聚合物绝缘层2224以及第二电极层2223；其中，第一电极层2221设置在第一高分子聚合物绝缘层2222的第一侧表面上；第二电极层2223设置在第二高分子聚合物绝缘层2224的第一侧表面上；居间薄膜层2225为第三高分子聚合物绝缘层，设置在第一高分子聚合物绝缘层2222的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层2224的第二侧表面之间；第一高分子聚合物绝缘层2222与居间薄膜层2225相互摩擦形成摩擦界面，和/或，第二高分子聚合物绝缘层2224与居间薄膜层2225相互摩擦形成摩擦界面；第一电极层2221和第二电极层2223为摩擦发电机222的电压和/或电流输出电极；第一高分子聚合物绝缘层2222与居间薄膜层2225相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构（图中未示），和/或，第二高分子聚合物绝缘层2224与居间薄膜层2225相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构2227。

其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层分别为选自聚酰亚胺薄膜、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任意一种。

其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。如果三层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层的材质不同。第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层优选相同，能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。

其中，第一电极层和第二电极层所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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。

下面具体介绍一下摩擦发电机的工作原理。当该摩擦发电机222的各层向下弯曲时，摩擦发电机222中的第一高分子聚合物绝缘层2222与居间薄膜层2225相互摩擦产生静电荷，和/或，第二高分子聚合物绝缘层2224与居间薄膜层2225相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层2221和第二电极层2223之间出现电势差。由于第一电极层2221和第二电极层2223之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当该摩擦发电机222的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层2221和第二电极层2223之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层2221和第二电极层2223之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。

如图12所示，其示出了本发明中的摩擦发电机的第四实施例。本实施例中，摩擦发电机222包括：依次层叠设置的第一电极层2221，第一高分子聚合物绝缘层2222，居间电极层2226、第二高分子聚合物绝缘层2224以及第二电极层2223；其中，第一电极层2221设置在第一高分子聚合物绝缘层2222的第一侧表面上；第二电极层2223设置在第二高分子聚合物绝缘层2224的第一侧表面上；居间电极层2226设置在第一高分子聚合物绝缘层2222的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层2224的第二侧表面之间；第一高分子聚合物绝缘层2222与居间电极层2226相互摩擦形成摩擦界面，和/或，第二高分子聚合物绝缘层2224与居间电极层2226相互摩擦形成摩擦界面；第一电极层2221和第二电极层2223串联作为摩擦发电机222的电压和/或电流的一个输出电极，居间电极层2226作为摩擦发电机222的电压和/或电流的另一个输出电极；第一高分子聚合物绝缘层2222与居间电极层2226相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构（图中未示），和/或，第二高分子聚合物绝缘层2224与居间电极层2226相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳结构（图中未示）。

其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层分别为选自聚酰亚胺薄膜、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任意一种。

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材质可以相同，也可以不同。优选的，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相同，能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。

其中，第一电极层和第二电极层所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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。

其中，居间电极层所用材料是金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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。

下面具体介绍一下摩擦发电机的工作原理。当该摩擦发电机222的各层向下弯曲时，摩擦发电机222中的第一高分子聚合物绝缘层2222与居间电极层2226相互摩擦产生静电荷，和/或，第二高分子聚合物绝缘层2224与居间电极层2226相互摩擦产生静电荷，从而导致居间电极层2226与第一电极层2221和第二电极层2223之间产生电势差。由于居间电极层2226与第一电极层2221和第二电极层2223之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当该摩擦发电机222的各层恢复到原来状态时，这时形成在居间电极层2226与第一电极层2221和第二电极层2223之间的内电势消失，此时已平衡的居间电极层2226与第一电极层2221和第二电极层2223之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。

此外，由于摩擦发电机222和线圈224中产生的是交流电，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。如图13所示，本发明中还可设置有储能装置，储能装置具体包括整流器61、滤波电容62、DC/DC变换器63和储能元件64。其中，整流器61的两个输入端与摩擦发电机222和线圈224的输出端相连，整流器61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61的输出端跨接有滤波电容62，利用该滤波电容62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63，对其进行变压处理，得到适合给储能元件64进行充电的电信号。至此，摩擦发电机222和线圈224中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64中。储能元件64可以选用锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器等。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (15)

1.一种混合风力发电机，包括定子（2）、转子（3）和风翼（1），转子（3）与风翼（1）相连，并能够在风翼（1）的带动下旋转，其特征在于，定子（2）包括发电机组件（22），发电机组件（22）中设置有摩擦发电机（222）和定子磁铁（223），转子（3）包括转盘（32），转盘（32）上设置有与定子磁铁（223）相对的转子磁铁（321），转盘（32）转动时，转子磁铁（321）能够驱使定子磁铁（223）在发电机组件（22）中往复移动，并同时挤压摩擦发电机（222），使摩擦发电机（222）产生电能。

2.根据权利要求1所述的混合风力发电机，其特征在于，还包括支撑圆筒（4），发电机组件（22）设置在支撑圆筒（4）中，发电机组件（22）中的定子磁铁（223）往复移动的方向与支撑圆筒（4）的轴线方向相同；转盘（32）的盘面延伸方向与支撑圆筒（4）的轴线方向相垂直。

3.根据权利要求2所述的混合风力发电机，其特征在于，定子（2）还包括上盖板（21），上盖板（21）的中心位置处形成有转轴孔（211），上盖板（21）固定在支撑圆筒（4）的顶端开口处；发电机组件（22）设置在上盖板（21）上，并朝向支撑圆筒（4）的内部延伸，且发电机组件（22）与上盖板（21）的中心之间的距离和转盘（32）上的转子磁铁（321）的旋转半径相同。

4.根据权利要求3所述的混合风力发电机，其特征在于，转子（3）还包括转轴（31），转轴（31）固定连接在转盘（32）的中心位置处，转轴（31）的顶端通过上盖板（21）上的转轴孔（211）延伸至支撑圆筒（4）的外侧，并与风翼（1）相连。

5.根据权利要求4所述的混合风力发电机，其特征在于，支撑圆筒（4）的底端开口处设置有下盖板（5），下盖板（5）的中心位置处形成有限定孔（51），转轴（31）的底端容置在限定孔（51）中。

6.根据权利要求1所述的混合风力发电机，其特征在于，转盘（32）上设置有多个围绕转盘（32）的中心布置的转子磁铁（321），且相邻设置的转子磁铁（321）的极性相反。

7.根据权利要求1所述的混合风力发电机，其特征在于，发电机组件（22）还包括电磁发电机（225），定子磁铁（223）能够同时驱使摩擦发电机（222）和电磁发电机（225）产生电能。

8.根据权利要求7所述的混合风力发电机，其特征在于，电磁发电机（225）包括套筒（221）、线圈（224）和定子磁铁（223），套筒（221）为管状结构，线圈（224）缠绕在套筒（221）的外周，定子磁铁（223）设置在套筒（221）的内部，在转子磁铁（321）的作用下，定子磁铁（223）在套筒（221）中往复运动，并使线圈（224）中产生电能。

9.根据权利要求8所述的混合风力发电机，其特征在于，摩擦发电机（222）设置在套筒（221）的端部开口处，定子磁铁（223）在套筒（221）中往复运动时，能够挤压摩擦发电机（222）以产生电能。

10.根据权利要求1所述的混合风力发电机，其特征在于，摩擦发电机（3）包括依次层叠设置的第一电极层（2221）、第一高分子聚合物绝缘层（2222）和第二电极层（2223）；第一高分子聚合物绝缘层（2222）和第二电极层（2223）相互接触形成摩擦界面；第一电极层（2221）和第二电极层（2223）为摩擦发电机的电压和/或电流输出电极。

11.根据权利要求10所述的混合风力发电机，其特征在于，还包括设置在第二电极层（2223）和第一高分子聚合物绝缘层（2222）之间的第二高分子聚合物绝缘层（2224）；第一高分子聚合物绝缘层（2222）和第二高分子聚合物绝缘层（2224）相互接触形成摩擦界面。

12.根据权利要求11所述的混合风力发电机，其特征在于，还包括设置在第一高分子聚合物绝缘层（2222）和第二高分子聚合物绝缘层（2224）之间的居间薄膜层（2225），居间薄膜层（2225）为高分子聚合物绝缘层；居间薄膜层（2225）和第一高分子聚合物绝缘层（2222）相互接触形成摩擦界面，和/或居间薄膜层（2225）和第二高分子聚合物绝缘层（2224）相互接触形成摩擦界面。

13.根据权利要求11所述的混合风力发电机，其特征在于，还包括设置在第一高分子聚合物绝缘层（2222）和第二高分子聚合物绝缘层（2224）之间的居间电极层（2226）；居间电极层（2226）和第一高分子聚合物绝缘层（2222）相互接触形成摩擦界面，和/或居间电极层（2226）和第二高分子聚合物绝缘层（2224）相互接触形成摩擦界面；第一电极层（2221）和第二电极层（2223）串联为摩擦发电机的一个电压和/或电流输出电极，居间电极层（2226）为摩擦发电机的另一个电压和/或电流输出电极。

14.根据权利要求10-13中任一所述的混合风力发电机，其特征在于，形成摩擦界面的两个面中的至少一个面上设有微纳结构（2227）。

15.根据权利要求1所述的混合风力发电机，其特征在于，还包括储能装置，储能装置包括与发电机组件（22）的输出端相连的整流器（61）；与整流器（61）的输出端相连的滤波电容（62）；与滤波电容（62）的输出端相连的DC/DC变换器（63）；以及与DC/DC变换器（63）的输出端相连的储能元件（64）。