CN106602920B - 一种摩擦纳米发电机及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机技术领域，提供了一种摩擦纳米发电机及发电系统，摩擦纳米发电机包括支架、安装于支架的摩擦发电装置、和安装于支架的主动动作装置，摩擦发电装置包括固定单元和动作单元，主动动作装置设有用于连接外部动力源装置的连接部；主动动作装置与动作单元之间通过磁性组件磁性连接。上述摩擦纳米发电机中，主动动作装置与摩擦发电装置的动作单元之间通过磁性组件磁性连接，主动动作装置与动作单元之间可以没有直接的机械连接关系，当对摩擦发电装置进行密封封装时，主动动作装置与动作单元之间的传动连接关系不会破坏摩擦发电装置的封装层，进而便于实现摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置的密封封装。

Description

一种摩擦纳米发电机及发电系统

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机及发电系统。

背景技术

自2012年以来，基于摩擦电和静电感应原理的摩擦纳米发电机发展十分迅速，由于制作工艺简单，材料便宜易得，器件轻便，转化效率高等特点，使得其成为未来机械发电的另一种选择。但是在其走向实用化的道路上仍然存在着一些没有解决的问题。其中摩擦纳米发电机中的摩擦发电装置和驱动摩擦发电装置动作的主动动作装置之间的连接是本领域技术人员需要解决的技术问题之一。

目前，摩擦纳米发电机中的主动动作装置需要直接通过驱动杆等直接与摩擦发电装置的移动单元直接连接，进而连接主动动作装置和摩擦发电装置的驱动杆等需要穿过摩擦发电装置的封装层等，进而难以实现摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置的密封封装。

发明内容

本发明提供了一种摩擦纳米发电机即发电系统，该摩擦纳米发电机中主动动作装置与摩擦发电装置中的动作单元之间通过磁性组件传动连接，便于实现摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置的密封封装。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种摩擦纳米发电机，包括支架、安装于所述支架的摩擦发电装置、和安装于所述支架的主动动作装置，所述摩擦发电装置包括固定单元和动作单元，所述主动动作装置设有用于连接外部动力源装置的连接部；所述主动动作装置与所述动作单元之间通过磁性组件磁性连接。

上述摩擦纳米发电机中，主动动作装置通过其设置的连接部与外部动力源装置传动连接，进而使主动动作装置在外部动力源装置的驱动下动作，而主动动作装置与摩擦发电装置的动作单元之间通过磁性组件磁性连接，因此，当主动动作装置动作时会带动摩擦发电装置的动作单元动作，使摩擦发电装置的动力单元与固定单元之间产生相对运动，使摩擦发电装置实现摩擦发电。

由于主动动作装置与摩擦发电装置的动作单元之间通过磁性组件磁性连接，主动动作装置与动作单元之间可以没有直接的机械连接关系，当对摩擦发电装置进行密封封装时，主动动作装置与动作单元之间的传动连接关系不会破坏摩擦发电装置的封装层，进而便于实现摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置的密封封装。

优选地，所述磁性组件包括设置于所述主动动作装置上的至少一个第一磁性模块、和设置于所述动作单元且与所述第一磁性模块一一对应的第二磁性模块，每一对相互对应的第一磁性模块和第二磁性模块之间磁性相吸。

优选地，所述摩擦发电装置中：

所述动作单元包括安装于所述支架的从动件和安装于所述从动件的摩擦单元，各所述第二磁性部件设置于所述从动件；

所述固定单元包括固定于所述支架且与所述摩擦单元摩擦配合的摩擦装置、与所述摩擦装置电连接的导电电极。

优选地，所述摩擦单元与所述固定单元之间为滑动摩擦配合、滚动摩擦配合、或者接触分离式配合。

优选地，所述从动件设有与所述第二磁性模块一一对应、且开口朝向主动动作装置的嵌槽，每一个所述第二磁性部件嵌设于所述嵌槽内；所述主动转盘上设有与所述第一磁性模块一一对应、且开口朝向所述动力单元的嵌槽，每一个所述第一磁性模块嵌设于其对应的嵌槽内。

优选地，所述主动旋转装置包括主动转盘，各所述第一磁性模块安装于所述主动转盘。

优选地，所述主动转盘的厚度为3.5-4.5mm。

优选地，所述主动转盘为由亚克力板材料制备的主动转盘。

优选地，还包括设置于所述支架、且位于第一磁性模块与所述第二磁性模块之间的磁感线圈。

优选地，所述支架包括内部形成密闭容置腔的壳体，所述摩擦发电装置安装于所述密闭容置腔内，所述主动动作装置安装于所述支架、且位于所述密闭容置腔外侧。

优选地，所述主动动作装置通过第一转轴枢装于支架，且所述动作单元通过第二转轴枢装于所述支架，所述第一转轴的轴心线与所述第二转轴的轴心线重合，且所述第一转轴的一端形成所述连接部。

优选地，所述第一转轴通过轴承枢装于所述支架，和/或，所述第二转轴通过轴承枢装于所述支架。

优选地，所述主动动作装置位于所述壳体的一侧；或者，所述主动动作装置具有筒状结构、且套设于所述壳体的外侧。

优选地，当所述主动动作装置位于所述壳体一侧时，所述壳体具有盘状结构、圆管状结构或方管状结构；当所述主动动作装置具有筒状结构、且套设于所述壳体外侧时，所述壳体具有盘状结构、圆管状结构。

优选地，当所述摩擦纳米发电机还包括磁感线圈时，所述壳体位于所述摩擦发电装置与所述主动动作装置之间的侧板内部形成与所述磁感线圈一一对应的封闭腔，每一个所述磁感线圈位于其对应的封闭腔内。

一种发电系统，包括外部动力源装置，还包括如上述技术方案中提供的任意一种摩擦纳米发电机，其中，所述外部动力源装置与所述摩擦纳米发电机中主动动作装置设有的连接部传动连接。

优选地，所述外部动力源装置为风动装置或者水动装置。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一种实施例提供的摩擦纳米发电机的结构示意图；

图2为图1所示结构的摩擦纳米发电机中主动动作装置与摩擦发电装置配合的分解结构示意图；

图3是本发明另一种实施例提供的摩擦纳米发电机的工作原理示意图；

图4是本发明另一种实施例提供的摩擦纳米发电机的结构示意图；

图5是图4所示结构的摩擦纳米发电机的主动动作装置与摩擦发电装置之间配合的分解结构示意图。

附图标记说明

10：主动动作装置； 101：主动转盘； 102：第一磁性模块

20：支架； 201：壳体； 202：磁感线圈；

30：摩擦发电装置； 301：动作单元； 3011：从动件；

3012：第二磁性模块； 3013：摩擦单元； 302：固定单元；

3021：摩擦装置； 3022：导电电极； 40：轴承；

50：轴承

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。

本发明实施例提供了一种摩擦纳米发电机及发电系统，其中，摩擦纳米发电机中，主动动作装置与摩擦发电装置的动作单元之间通过磁性组件磁性连接，因此，主动动作装置与摩擦发电装置的动作单元之间可以设置为间接驱动的连接方式，进而主动动作装置不用贯穿摩擦发电装置的封装层也能够实现对摩擦发电装置的动作单元进行驱动，避免摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置封装层的破坏，便于实现摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置的密封封装。

具体地，下述将结合附图对本发明实施例提供的纳米摩擦发电机的结构以及原理进行描述。

请参考图1、图2、图4以及图5，本发明实施例提供的摩擦纳米发电机包括支架20、安装于支架20的摩擦发电装置30、和安装于支架20的主动动作装置10，摩擦发电装置30包括固定单元302和动作单元301，主动动作装置10设有用于连接外部动力源装置的连接部；主动动作装置10与动作单元301之间通过磁性组件磁性连接。

上述摩擦纳米发电机中，主动动作装置10通过其设置的连接部与外部动力源装置传动连接，进而使主动动作装置10在外部动力源装置的驱动下动作，而主动动作装置10与摩擦发电装置30的动作单元301之间通过磁性组件磁性连接，因此，当主动动作装置10动作时会带动摩擦发电装置30的动作单元301动作，使摩擦发电装置30的动力单元301与固定单元302之间产生相对运动，使摩擦发电装置30实现摩擦发电。

由于主动动作装置10与摩擦发电装置30的动作单元301之间通过磁性组件磁性连接，主动动作装置10与动作单元301之间可以没有直接的机械连接关系，当对摩擦发电装置30进行密封封装时，主动动作装置10与动作单元301之间的传动连接关系不会破坏摩擦发电装置30的封装层，进而便于实现摩擦纳米发电机中对摩擦发电装置30的密封封装。

请继续参考图1，一种优选实施方式中，上述磁性组件可以包括设置于主动动作装置10上的至少一个第一磁性模块102、和设置于动作单元301且与第一磁性模块102一一对应的第二磁性模块3012，每一对相互对应的第一磁性模块102和第二磁性模块3012之间磁性相吸。这样，当主动动作装置10动作时各第一磁性模块102随之动作，每一个第二磁性模块3012在其对应的第一磁性模块102的引力作用下随着第一磁性模块102动作，进而带动摩擦发电装置30的动作单元301动作。

具体地，如图1和图2所示，上述摩擦发电装置30中：

动作单元301包括安装于支架的从动件3011和安装于从动件3011的摩擦单元3013，各第二磁性部件3012设置于从动件3011；

固定单元302包括固定于支架20且与摩擦单元3013摩擦配合的摩擦装置3021、与摩擦装置3021电连接的导电电极3022。

更优选地，上述摩擦单元3013与摩擦装置3021之间可以为滑动摩擦配合、滚动摩擦配合、或者接触分离式配合。

一种优选实施方式中，为了减小各第二磁性模块3012所占用的空间，摩擦发电装置30的动作单元301中，从动件3011上可以设有与第二磁性模块3012一一对应、且开口朝向主动动作装置10的嵌槽，每一个第二磁性部件3012嵌设于其对应的嵌槽内。

具体地，如图1所示，上述主动旋转装置10包括主动转盘101，各第一磁性模块102安装于主动转盘101。

同理，为了减小各第一磁性模块102占用的空间，主动转盘101上可以设有与第一磁性模块102一一对应、且开口朝向动力单元301的嵌槽，每一个第一磁性模块102嵌设于其对应的嵌槽内。

优选地，上述主动转盘101的厚度优选为3.5-4.5mm。其开设的嵌槽的深度可以为2mm。

为了减小主动转盘101的重量，同时为减小主动转盘101对第一磁性模块102磁场的影响，上述主动转盘101可以为由亚克力板材料制备的主动转盘。

当然，为了进一步提高摩擦纳米发电机对外部动力源装置提供的机械能的利用率，如图1和图2所示，一种优选实施方式中，上述摩擦纳米发电机还包括设置于支架20、且位于第一磁性模块102与第二磁性模块3012之间的磁感线圈202。

上述结构的摩擦纳米发电机中，当主动动作装置10和摩擦发电装置30动作时，如图3所示，摩擦发电装置30的动作单元301与固定单元302之间可以通过导电电极3022输出交流电能，同时磁感线圈202也能够利用磁通量的变化输出交流电能，进而提高了摩擦纳米发电机对外部动力源装置提供的机械能的利用率。

上述摩擦纳米发电机中，为了保证对摩擦发电装置的密封性，如图1和图4所示，上述支架20包括内部形成密闭容置腔2011的壳体201，摩擦发电装置30安装于密闭容置腔2011内，主动动作装置10安装于支架20、且位于密闭容置腔2011外侧。

优选地，如图1和图5所示，主动动作装置10可以通过第一转轴枢装于支架20，且摩擦发电装置30的动作单元301通过第二转轴枢装于支架20，第一转轴的轴心线与第二转轴的轴心线重合，且第一转轴的一端形成连接部。

当然，为了减小主动动作装置10动作时第一转轴与支架20之间的摩擦，优选地，第一转轴通过轴承40枢装于支架20；当然，为了减小动作单元301动作时与支架20之间的摩擦，第二转轴也可以通过轴承50枢装于支架20。主动动作装置10具有第一转轴通过轴承40与支架20相连接，通过轴承40的连接作用，在主动动作装置10与支架20之间发生相对运动时能够极大的减小两者之间的摩擦阻力，从而提高整体能量转化效率；同理，由于摩擦发电装置30的动作单元301具有的第二转轴通过轴承50与支架20相连接，通过轴承50的连接作用，在动作单元301与支架20之间发生相对运动时能够极大的减小两者之间的摩擦阻力，从而提高整体能量转化效率。

上述摩擦纳米发电机的具体结构可以为：

具体方式一：

如图1和图2所示，本发明实施例提供的摩擦纳米发电机中，支架20设有壳体201，壳体201的内部形成密闭容置腔2011，摩擦发电装置30设置于密闭容置腔2011内，而主动动作装置10位于壳体201的一侧。主动动作装置10包括主动转盘101，磁性组件中的第一磁性模块102安装于主动转盘101上；而支架20具有的壳体201位于第一磁性模块102以及第二磁性模块3012之间的侧板2012上设有与磁感线圈202一一对应的封闭腔，每一个磁感线圈202密封于其对应的封闭腔中。

当主动动作装置10在外部动力源装置的驱动下动作时，主动动作装置10通过第一磁性模块102和第二磁性模块3012之间的吸引作用带动摩擦发电装置30的动作单元301动作，摩擦发电装置30通过其固定单元302具有的导电电极3022输出交流电能，同时，线圈单元202由于磁通量的变化输出交流电能，具体如图3所示。

摩擦发电装置30的结构可以为现有已经公开的所有结构的摩擦纳米发电机，在本发明中不做特别的限定。一种典型结构参见图2，摩擦发电装置可以为如动作单元与固定单元接触的表面上设置有多个从中心放射状设置的摩擦单元，所述摩擦单元由绝缘材料制成，可以采用高分子绝缘材料；固定单元与动作单元接触的表面上设置有两组互相绝缘的电极作为摩擦纳米发电装置的输出端，每组电极包括多个互相导通的从中心放射状设置的电极单元，两组电极的电极单元互相交替设置。当动作单元相对于固定单元转动时，摩擦单元依次与两组电极中的电极单元接触摩擦，摩擦单元带有的表面电荷在两组电极中感应出感生电荷，就是摩擦纳米发电装置的输出电信号。

在上述具体方式一的基础上，壳体201可以具有盘状结构、圆管状结构或方管状结构。

具体方式二：

如图4和图5所示，本发明实施例提供的摩擦纳米发电机中，支架20设有壳体201，壳体201的内部形成密闭容置腔2011，摩擦发电装置30设置于密闭容置腔2011内，而主动动作装置10具有筒状结构，主动动作装置10的主动转盘101同样具有筒状结构、且套设于壳体201的外侧，磁性组件中的第一磁性模块102安装于主动转盘101上；而壳体201上设有与磁感线圈202一一对应的封闭腔，每一个磁感线圈202密封于其对应的封闭腔中。

当主动动作装置10在外部动力源装置的驱动下动作时，主动动作装置10通过第一磁性模块102和第二磁性模块3012之间的吸引作用带动摩擦发电装置30的动作单元301动作，摩擦发电装置30通过其固定单元302具有的导电电极3022输出交流电能，同时，线圈单元202由于磁通量的变化输出交流电能，具体如图3所示。

摩擦发电装置30的结构可以为现有已经公开的所有结构的摩擦纳米发电机，在本发明中不做特别的限定。一种典型结构参见图4和图5，摩擦发电装置可以为如动作单元与固定单元接触的表面上设置有多个沿着轴线方向平行排列的长条状摩擦单元，所述摩擦单元由绝缘材料制成，可以采用高分子绝缘材料；固定单元与动作单元接触的表面上设置有两组互相绝缘的电极作为摩擦纳米发电装置的输出端，每组电极包括多个互相导通的沿着轴线方向平行排列的长条状电极单元，两组电极的电极单元互相交替设置。当动作单元相对于固定单元转动时，摩擦单元依次与两组电极中的电极单元接触摩擦，摩擦单元带有的表面电荷在两组电极中感应出感生电荷，就是摩擦纳米发电装置的输出电信号。

优选地，在上述具体方式二的基础上，壳体201具有盘状结构、圆管状结构。

当然，在上述具体方式一或者具体方式二的基础上，上述提到的发电系统可以为风力发电系统，具体地，上述外部动力源装置可以为风动装置。

当然，上述发电系统还可以为海洋能收集站装置，上述外部动力源装置为水动装置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例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 (16)

1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括支架、安装于所述支架的摩擦发电装置、和安装于所述支架的主动动作装置，所述摩擦发电装置包括固定单元和动作单元，所述主动动作装置设有用于连接外部动力源装置的连接部；所述主动动作装置与所述动作单元之间通过磁性组件磁性连接。

2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述磁性组件包括设置于所述主动动作装置上的至少一个第一磁性模块、和设置于所述动作单元且与所述第一磁性模块一一对应的第二磁性模块，每一对相互对应的第一磁性模块和第二磁性模块之间磁性相吸。

3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦发电装置中：

所述动作单元包括安装于所述支架的从动件和安装于所述从动件的摩擦单元，各所述第二磁性模块设置于所述从动件；

所述固定单元包括固定于所述支架且与所述摩擦单元摩擦配合的摩擦装置、与所述摩擦装置电连接的导电电极。

4.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦单元与所述固定单元之间为滑动摩擦配合、滚动摩擦配合、或者接触分离式配合。

5.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述从动件设有与所述第二磁性模块一一对应、且开口朝向主动动作装置的嵌槽，每一个所述第二磁性模块嵌设于所述嵌槽内；

和/或，所述主动转盘上设有与所述第一磁性模块一一对应、且开口朝向所述动力单元的嵌槽，每一个所述第一磁性模块嵌设于其对应的嵌槽内。

6.根据权利要求2-5任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述主动动作装置包括主动转盘，各所述第一磁性模块安装于所述主动转盘。

7.根据权利要求6所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述主动转盘的厚度为3.5-4.5mm；所述主动转盘为由亚克力板材料制备的主动转盘。

8.根据权利要求2-5任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括设置于所述支架、且位于第一磁性模块与所述第二磁性模块之间的磁感线圈。

9.根据权利要求2-5任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述支架包括内部形成密闭容置腔的壳体，所述摩擦发电装置安装于所述密闭容置腔内，所述主动动作装置安装于所述支架、且位于所述密闭容置腔外侧。

10.根据权利要求9所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述主动动作装置通过第一转轴枢装于支架，且所述摩擦发电装置的动作单元通过第二转轴枢装于所述支架，所述第一转轴的轴心线与所述第二转轴的轴心线重合，且所述第一转轴的一端形成所述连接部。

11.根据权利要求10所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一转轴通过轴承枢装于所述支架，和/或，所述第二转轴通过轴承枢装于所述支架。

12.根据权利要求9所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述主动动作装置位于所述壳体的一侧；或者，所述主动动作装置具有筒状结构、且套设于所述壳体的外侧。

13.根据权利要求12所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，当所述主动动作装置位于所述壳体一侧时，所述壳体具有盘状结构、圆管状结构或方管状结构；当所述主动动作装置具有筒状结构、且套设于所述壳体外侧时，所述壳体具有盘状结构、圆管状结构。

14.根据权利要求9所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，当所述摩擦纳米发电机还包括磁感线圈时，所述壳体位于所述摩擦发电装置与所述主动动作装置之间的侧板内部形成与所述磁感线圈一一对应的封闭腔，每一个所述磁感线圈位于其对应的封闭腔内。

15.一种发电系统，包括外部动力源装置，还包括如权利要求1-14任一项所述的摩擦纳米发电机，其中，所述外部动力源装置与所述摩擦纳米发电机中主动动作装置设有的连接部传动连接。

16.根据权利要求15所述的发电系统，其特征在于，所述外部动力源装置为风动装置或者水动装置。