CN106602925B - 一种发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机，可包括由具有空腔的本体、空腔内的质量块、本体外周面交错设置的第一电极以及第二电极组成的发电机；且，由于空腔内设置的弹性部件在受到质量块的撞击时，会发生弹性形变，因而可将质量块回弹，从而可使得质量块在本体的空腔内往复运动，保证了发电机的持续发电。相比于现有技术而言，本方案中的发电机能够收集的冲击能量较多，能够输出的电荷量较大。解决了现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

Description

一种发电机

技术领域

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种发电机。

背景技术

近年来，随着微电子技术的不断发展，低功耗电子设备变得越来越多，为了向这些低功耗电子设备提供电能，业内常采用能够将机械能转换为电能的摩擦纳米发电机向这些低功耗电子设备进行供电。

具体地，所述摩擦纳米发电机是2012年由王中林教授提出并开发的，其基本原理为：利用摩擦在材料表面产生电荷，并将产生的电荷中的正负电荷进行分离，以产生较高的电势，以及，利用所述电势驱动外电路的电子发生定向移动，以在外电路中产生电流。从而，可将从环境中收集的微弱机械能转化为电能并加以利用。但是，由于传统的摩擦纳米发电机能够收集的冲击能量(即突然发生的剧烈震动产生的机械能)往往较少，使得所述摩擦纳米发电机输出的电荷量通常也较小，无法适用于对电能要求较高的场景。

也就是说，现有的摩擦纳米发电机存在收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种发电机，用以解决现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

本发明实施例提供了一种发电机，包括具有空腔的本体、质量块、弹性部件、第一电极以及第二电极，其中：

所述质量块设置在所述本体的空腔内，用于在外力的作用下撞击所述本体以及所述弹性部件；

所述本体，用于在所述质量块撞击所述本体时，与所述质量块发生摩擦；

所述弹性部件设置在所述本体空腔内相互面对的两端，用于在所述质量块撞击所述弹性部件时发生形变；

所述第一电极以及所述第二电极交错设置在所述本体的外周面，用于在所述质量块撞击所述本体时，导出摩擦产生的感应电流。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供了一种发电机，可包括由具有空腔的本体、空腔内的质量块、本体外周面交错设置的第一电极以及第二电极组成的发电机；且，由于空腔内相对两端设置的弹性部件在受到质量块的撞击时，会发生弹性形变，因而可将质量块回弹，从而可使得质量块在本体的空腔内往复运动，保证了发电机的持续发电。相比于现有技术而言，本方案中的发电机能够收集的冲击能量较多，能够输出的电荷量较大。解决了现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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所示为本发明实施例中提供的发电机结构的纵向剖面图；

图2所示为本发明实施例中提供的多层质量块的结构示意图；

图3所示为本发明实施例中提供的具有多层平行结构的弹性部件的结构示意图；

图4所示为本发明实施例中提供的具有多层折叠结构的弹性部件的结构示意图；

图5所示为本发明实施例中提供的具有一个导电线圈的发电机的结构示意图(正视图)；

图6所示为本发明实施例中提供的具有四个导电线圈的发电机的结构示意图(正视图)；

图7所示为本发明实施例中提供的具有圆柱形本体的发电机的结构示意图(俯视图)；

图8所示为本发明实施例中提供的具有方柱形本体的发电机的结构示意图(俯视图)；

图9所示为本发明实施例中提供的第一种复合式发电机的结构示意图；

图10所示为本发明实施例中提供的第二种复合式发电机的结构示意图；

图11所示为本发明实施例中提供的各子发电机的连接关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

为了解决现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题，本发明实施例提供了一种发电机，如图1所示，其为本发明实施例中所述的发电机结构的纵向剖面图。具体地，由图1可知，所述发电机可包括具有空腔的本体1，质量块2、弹性部件3、第一电极4以及第二电极5，其中：

所述质量块2设置在所述本体1的空腔内，可用于在外力的作用下撞击所述本体1以及所述弹性部件3；

所述本体1，可用于在所述质量块2撞击所述本体1时，与所述质量块2发生摩擦；

2个所述弹性部件3分别设置在所述本体1空腔内相互面对的两端(如图1中所示的顶端和底端)，用于在所述质量块2撞击所述弹性部件3时发生弹性形变；

所述第一电极4以及所述第二电极5交错设置在所述本体1的外周面，用于在所述质量块2撞击所述本体1时，导出摩擦产生的感应电流。

也就是说，在本发明实施例中，可包括由具有空腔的本体、空腔内的质量块、本体外周面交错设置的第一电极以及第二电极组成的发电机；且，由于空腔内相对两端设置的弹性部件在受到质量块的撞击时，会发生弹性形变，因而可将质量块回弹，从而可使得质量块在本体的空腔内往复运动，保证了发电机的持续发电。相比于现有技术而言，本方案中的发电机能够收集的冲击能量较多，能够输出的电荷量较大。解决了现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

需要说明的是，所述弹性部件3可为任意能够发生弹性形变的材料，如可为橡胶、泡棉以及弹簧等，对此不作赘述。

另外，虽然这里采用的是两个弹性部件，在其他实施例中，一个弹性部件也可以实现本发明的目的。例如发电机中的质量块在竖直方向运动时，一个弹性部件也可以实现质量块往复运动。

具体地，所述本体1的空腔可为圆柱形空腔、方柱形空腔或球形空腔。

需要说明的是，所述本体1的空腔还可为任意其它的柱形空腔，如可为三棱柱空腔、六棱柱空腔以及八棱柱空腔等。当然，所述本体1的空腔还可为球形空腔等，本发明实施例对此不作任何限定。

具体地，以所述本体1的空腔为圆柱形空腔为例，所述本体1的纵向长度通常可为5mm～50cm，所述圆柱形空腔的内侧直径通常可为1cm～20cm，所述圆柱形空腔的腔壁厚度通常可为0.1mm～10mm。当然，需要说明的是，所述本体1的纵向长度、所述圆柱形空腔的内侧直径以及所述圆柱形空腔的腔壁厚度还可根据实际情况灵活设置，只要能够满足实际的需求即可，本发明实施例对此不作限定。

类似地，以所述本体1的空腔为方柱形空腔为例，所述本体1的纵向长度通常可为5mm～50cm，所述方柱形空腔的内侧边长通常可为1cm～20cm，所述方柱形空腔的腔壁厚度通常可为0.1mm～10mm。当然，需要说明的是，所述本体1的纵向长度、所述方柱形空腔的内侧边长以及所述方柱形空腔的腔壁厚度还可根据实际情况灵活设置，只要能够满足实际的需求即可，本发明实施例对此不作限定。

可选地，所述本体1的外周面的材料可为绝缘材料，通常可为硬质的聚合物材料，如可为PMMA(Poly Methyl Meth Acrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、ABS(AcrylonitrileButadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、Kapton(聚酰亚胺)、PVC(Poly VinylChloride，聚氯乙烯)、FEP(Fluorinated Ethylene Propylene，氟化乙丙烯)、PTFE(PolyTetra Fluoro Ethylene，聚四氟乙烯)以及PDMS(Poly Di Methyl Siloxane，聚二甲基硅氧烷)等，本发明实施例对此不作任何限定。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述本体1实际上也可为一摩擦层，在所述质量块2撞击到所述本体1时，所述本体1可与所述质量块2发生摩擦，以产生静电。因此，所述本体1还可为其它任意能够作为摩擦层的材料，本发明实施例对此不作任何限定。

质量块2可以为磁性质量块，也可以为非磁性质量块。进一步地，如图2所示，所述质量块2可包括一块或多块相互叠加的子质量块21，如果是磁性质量块，则互相接触的任意两块子质量块21的磁极相反。

也就是说，在本发明实施例中，所述质量块2除了可为一整块质量块2之外，还可为由多个片状子质量块21相互叠加而成的质量块2，且，为了使得多个子质量块21能够更好的叠加，所述多个子质量块21中互相接触的任意两个子质量块21的磁极可设置为相反，对此不作赘述。

可选地，所述子质量块21可为磁体或者外层镀有金属薄膜的磁体，且所述子质量块21的质量可为1g～200g(所述子质量块21的质量还可根据实际情况灵活设置，只要能够满足实际的需求即可)。

具体地，所述子质量块21可为永磁铁，或者钴、镍等金属材料。需要说明的是，当所述子质量块21为金属材料时，所述子质量块21的外表面还可包裹有金属(如铁、镍等)材料或者有机聚合物材料(如FEP、PTFE、Kapton、PDMS以及PVC等材料)，其中，包裹的金属材料或者有机物聚合物的厚度可设置为0.5mm-5mm，本发明实施例对此不作赘述。

需要说明的是，在受到外力的作用下，所述质量块2通常可沿着所述本体1的空腔的内壁与所述本体1发生相对移动，例如，当所述发电机可按照如图1所示的方式放置时，所述质量块2可上下移动。当然，在所述发电机与地面之间的角度发生变化时，所述质量块2相对移动方向也会发生改变，例如，假设发电机水平于地面放置(即图1所示发电机旋转90度)，所述质量块相对移动的方向也会变成水平于地面方向的左右移动方向，本发明实施例对此不作任何限定。

需要说明的是，所述第一电极4以及所述第二电极5也可以交错设置在所述本体1的空腔的内周面，只要不影响所述质量块2的上下滑动(或左右滑动等)即可。再者，所述第一电极4以及所述第二电极5可为导电材料，如可为金属材料等，本发明实施例对此不作赘述。

另外，需要说明的是，所述第一电极4以及所述第二电极5还可包括多个，在设置时，所述第一电极4以及所述第二电极5可间隔设置在所述本体1的外周面(或者内周面)，且多个第一电极4电连接作为所述发电机(由本体1、质量块2、弹性部件3、第一电极4以及第二电极5所组成的摩擦纳米发电机)的一个输出端，多个第二电极5电连接作为所述发电机的另一个输出端。

进一步地，所述弹性部件3呈多层结构；所述发电机还包括第一摩擦层6、第二摩擦层7、第三电极(图中未标出)以及第四电极(图中未标出)，其中：

所述第一摩擦层6设置在所述弹性部件3各层的面向所述质量块2的表面上，用于在所述弹性部件3发生形变时，与所述第二摩擦层7发生摩擦；

所述第二摩擦层6设置在所述弹性部件3各层的背离所述质量块2的表面上，用于在所述弹性部件3发生形变时，与所述第一摩擦层6发生摩擦；

所述第三电极以及所述第四电极分别设置在所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7上，用于在所述第一摩擦层6与所述第二摩擦层7发生摩擦时，导出摩擦产生的感应电流。优选的，所述第三电极设置在所述第一摩擦层6与所述弹性部件3之间，所述第四电极设置在所述第二摩擦层7与所述弹性部件3之间。

可选地，所述弹性部件3的多层结构可包括图3中所示的多层平行结构以及图4中所述的多层折叠结构(也可称之为“Z”型多层结构)。

需要说明的是，当所述弹性部件3的多层结构为多层平行结构时，所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7也可互相平行设置，如图3所示；当所述弹性部件3的多层结构为“Z”型多层结构时，所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7也可设置为“Z”型多层结构，如图4所示。再有，需要说明的是，所述弹性部件3的每一层的厚度通常可为0.01mm～3mm，当然，每一层的厚度还可根据实际情况灵活设定，只要能够满足实际需求即可，本发明实施例对此不作任何限定。

具体地，所述弹性部件3可为聚合物或金属材料。因而，采用上述所述的多层平行结构或者多层折叠结构(优选地)，可使得所述弹性部件3在外力的作用下发生弹性形变，进而可在所述质量块2撞击所述弹性部件时，回弹所述质量块2，并且，可使得所述弹性部件3各层上的摩擦层发生相互摩擦，产生静电。

具体地，所述弹性部件3可为Kapton、PVC等聚合物。需要说明的是，所述弹性部件3还可为金属薄层，如铝薄层、金薄层等，只要折叠或者堆叠为多层结构后能够在质量块2的撞击下发生形变(如在质量块2的撞击下发生了压缩或者伸张等)即可，本发明实施例对此不作任何限定。

第一摩擦层6和第二摩擦层7的材料具有不同的电极序，在互相接触分离后在二者的表面分别产生正负电荷。对材料的选择不作特别限定，可以为绝缘体、导体或者半导体材料。

优选地，所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7均可为电极序相差较大的材料，如可为电性不同的聚合物(如FEP、PTFE、Kapton、PDMS等)或者金属材料(如金、铝等)等，对此不作赘述。

需要说明的是，所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7的厚度可为10nm～10mm。当然，所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7的厚度还可根据实际情况灵活设置，只要能够满足实际的需求即可，本发明实施例对此也不作任何限定。

由上述内容可知，在所述质量块2撞击到所述弹性部件3时，所述弹性部件3可发生弹性形变(如收缩等)，所述第一摩擦层6与所述第二摩擦层7可发生接触摩擦，进而可产生静电；在所述质量块2离开所述弹性部件3时，所述弹性部件3可发生弹性恢复(如伸展等)，所述第一摩擦层6与所述第二摩擦层7可相互分离。再有，所述弹性部件3的弹性形变能力可使得所述质量块2在所述本体1的空腔内往复运动，进而可使得所述第一摩擦层6与所述第二摩擦层7持续摩擦，有效地增加了所述发电机能够收集的冲击能量，提升了所述发电机能够输出的电荷量。

具体地，所述第三电极以及所述第四电极也可为导电材料，具体可与所述第一电极4以及所述第二电极5相同(当然，也可不同)。且，优选地，所述第三电极以及所述第四电极通常可为层状(或片状)结构。

进一步地，所述发电机还可包括导电线圈10，其中：

所述导电线圈10围绕设置在所述第一电极4以及所述第二电极5的外周面，用于在所述导电线圈10中的磁通量发生变化时，导出电磁感应产生的感应电流。

需要说明的是，此时，所述质量块2需要具备磁性，即，所述质量块2可为磁性质量块或者具有金属薄膜的磁性质量块。再有，所述导电线圈10除了可以设置在第一电极4以及所述第二电极5的外周面之外，还可直接设置在所述本体1的内周面上，对此不作赘述。

进一步地，所述导电线圈10可包括一个(如图5所示)或多个(具体数量可根据实际情况灵活设置，如图6所示)闭合的子导电线圈101。

可选地，所述子导电线圈101的线径可为0.01mm～5mm，匝数可为1匝～100万匝。需要说明的是，每一子导电线圈101可围绕设置在所述第一电极6以及第二电极7的外周面。当然，需要说明的是，所述子导电线圈101也可以直接设置在本体1的外周面上，对此不作赘述。

需要说明的是，假设所述导电线圈10包括一个闭合的子导电线圈101，则所述子导电线圈101的设置方式可如图5所示，假设所述导电线圈10包括多个(如4个)闭合的子导电线圈101，则所述子导电线圈101的设置方式可如图6所示，对此也不作赘述。

其中，所述导电线圈10可为任意金属材料，如可为金、铝等。需要说明的是，所述导电线圈10的线径以及匝数还可根据实际情况灵活设置，只要能够满足实际的需求即可，本发明实施例对此不作任何限定。

需要说明的是，如图7所示，其为本发明实施例中所述的发电机的俯视图(以所述本体1的空腔为圆柱形空腔为例)，当所述本体1的空腔为圆柱形空腔时，所述质量块2也可为圆柱形，所述弹性部件3、第一摩擦层6以及第二摩擦层7也均可为圆片，且所述质量块2、弹性部件3、第一摩擦层6以及第二摩擦层7的直径均可小于(稍小于)所述圆柱形空腔的内侧直径。另外，需要说明的是，所述质量块2、弹性部件3、第一摩擦层6以及第二摩擦层7的纵向长度(即圆柱形的高度)之和通常可小于所述圆柱形空腔的纵向长度。优选地，所述质量块2以及所述弹性部件3之间还可具有较大的空隙，以使得所述质量块2能够在所述空隙中往复移动，以增大所述质量块2以及所述本体1之间的摩擦面，进一步提高摩擦产生的电荷量，对此不作赘述。

进一步地，当所述本体1的空腔为圆柱形空腔时，所述第一电极4以及所述第二电极5可为围绕设置在所述本体1的外周面的圆环，可以为突出外周面的圆环或嵌入外周面的圆环。

需要说明的是，如图8所示，其为本发明实施例中所述的发电机的俯视图(以所述本体1的空腔为方柱形空腔为例)，当所述本体1的空腔为方柱形空腔时，所述质量块2也可为方柱形，所述弹性部件3、第一摩擦层6以及第二摩擦层7也均可为方片，且所述质量块2、弹性部件3、第一摩擦层6以及第二摩擦层7的内侧边长均可小于(稍小于)所述方柱形空腔的内侧边长。另外，需要说明的是，所述质量块2、弹性部件3、第一摩擦层6以及第二摩擦层7的纵向长度(即方柱形的高度)之和通常可小于所述方柱形空腔的纵向长度。优选地，所述质量块2以及所述弹性部件3之间还可具有较大的空隙，以使得所述质量块2能够在所述空隙中往复移动，以增大所述质量块2以及所述本体1之间的摩擦面，进一步提高摩擦产生的电荷量，对此不作赘述。

进一步地，当所述本体1的空腔为方柱形空腔时，所述第一电极4以及所述第二电极5可为围绕设置在所述本体1的外周面的方形环，可以为突出外周面的方形环或嵌入外周面的方形环。

另外，所述第一电极4以及所述第二电极5可以包括多个，在设置时所述第一电极4以及所述第二电极5间隔设置，多个第一电极4电连接作为感应式摩擦纳米发电机的一个输出端，多个第二电极5电连接作为感应式摩擦纳米发电机的另一个输出端。

根据上述内容，可得出本发明实施例中提供的第一种复合式发电机的结构示意图，如图9所示。其中，所述发电机可包括本体1、质量块2、弹性部件3(多层平行结构为例)、第一电极4、第二电极5、第一摩擦层6、第二摩擦层7、第三电极、第四电极以及导电线圈10。

具体地，当所述发电机受到外力的作用(如碰撞等)时，由于弹性部件3的设置，所述质量块2可在所述本体1的空腔内往复移动(如上下移动或左右移动等)，这就使得所述质量块2可频繁与所述本体1的空腔的内壁发生摩擦，因而可产生相应的静电荷。又由于所述本体1的外侧设置有第一电极4以及第二电极5，则摩擦产生的静电荷还可进一步使得第一电极4以及第二电极5之间出现电势差，由于第一电极4以及第二电极5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第一电流，即提供了一种感应式摩擦纳米发电机发电。

进一步地，由于所述质量块2在所述本体1的空腔内移动时，会撞击到设置在所述本体1的空腔内两端的弹性部件3上，且，由于所述弹性部件3的每一层上设置有第一摩擦层6和第二摩擦层7，使得当所述弹性部件3发生形变(形变恢复)时，所述第一摩擦层6以及所述第二摩擦层7发生相互摩擦，进而会产生静电荷，产生的静电荷还可使得第三电极以及第四电极之间出现电势差，进而还可在外电路中形成第二电流(第一端形成的电流)以及第三电流(第二端形成的电流)，即提供了一种弹性结构摩擦纳米发电机发电。

再者，由于所述导电线圈10是围绕设置在所述本体1的外周面的，则当所述质量块2在所述本体1内往复移动时，基于法拉第电磁感应原理，所述导电线圈10内部的磁通量会发生变化，因而在所述导电线圈10中可能会出现由于电磁感应而产生的第四电流，即提供了一种电磁感应发电机发电。

由上述内容可知，在本发明实施例中，可包括由具有空腔的本体、空腔内的质量块、弹性部件、本体外周面交错设置的第一电极以及第二电极组成的第一子发电机，为感应式摩擦纳米发电机；由质量块、空腔内相对两端设置的弹性部件、弹性部件上的第一摩擦层与第二摩擦层、第三电极以和第四电极组成的第二子发电机以及第三子发电机，为弹性结构的摩擦纳米发电机；由质量块、第一电极与第二电极外周面设置的导电线圈组成的第四子发电机，为电磁感应发电机。相比于现有技术而言，本方案中的发电机实际上可为一个包括多个子发电机的复合式发电机，能够收集的冲击能量较多、效率较高，能够输出的电荷量较大。解决了现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

进一步地，所述发电机还可包括摩擦部件(图中未标出)以及第五电极(图中未标出)，其中：

所述摩擦部件设置在所述弹性部件3与所述质量块2相对的一端，用于在所述质量块2撞击所述摩擦部件时，与所述质量块2发生摩擦；

所述第五电极设置在所述弹性部件3上，用于在所述质量块2撞击所述摩擦部件时，导出摩擦产生的感应电流。

为了导出摩擦产生的感应电流，可以将第五电极与地或等电位电连接。在质量块2与所述摩擦部件互相碰撞分离时，可以在第五电极与地或者等电位之间形成电流。

可选地，所述摩擦部件的材料(或者摩擦部件上涂覆材料)与所述质量块2互相接触的表面的材料可优选电极序相差较大的材料，摩擦部件与所述质量块2的表面材料可以为聚合物(如FEP、PTFE、Kapton、PDMS等)或者金属材料(如金、铝等)。所述摩擦部件上设置第五电极，用于与外电路连接后导出电信号。

所述第五电极设置在所述摩擦部件的背向所述质量块2的一侧，以便保护第五电极，同时获得更大的电输出。

例如，所述摩擦部件可为具备导电性以及延展性的金属薄片(为铜或铝)，该金属薄片也可直接充当第五电极，所述摩擦部件的厚度通常可为0.1mm-5mm，面积通常可与所述质量块2等量。

在其他实施例中，摩擦部件也可以为聚合物摩擦层贴合在导电薄片(即第三电极)上形成的复合部件。

具体地，所述第五电极可为导电材料(可与所述第一、第二、第三以及第四电极相同或不同)，例如，可为具备导电特性的金属材料，如铝、金等。当然，所述第五电极还可为其它具备导电特性的非金属材料，如可为ITO(Indium tin oxide，氧化铟锡)等导电薄膜。再者，需要说明的是，所述第五电极的厚度可为10nm～1mm，可根据实际情况灵活设置。

另外，需要说明的是，所述第五电极通常可包括两个子电极，分别设置在相互对应的两个弹性部件3上，对此不作赘述。

除了弹性结构的摩擦纳米发电机外，其余部分与前述内容相同，在此不再赘述。

也就是说，本发明实施例中还提供了第二种复合式发电机，如图10所示，所述第二种复合式发电机可包括本体1、质量块2、弹性部件3(以弹簧为例)、第一电极4、第二电极5、摩擦部件、第五电极以及导电线圈10。当所述发电机受到外力的作用(如碰撞等)时，由于弹性部件3的设置，所述质量块2可在所述本体1的空腔内往复移动(如上下移动或左右移动等)，这就使得所述质量块2可频繁与所述本体1的空腔的内壁发生摩擦，因而可产生相应的静电荷。又由于所述本体1的外侧设置有第一电极4以及第二电极5，则摩擦产生的静电荷还可进一步使得第一电极4以及第二电极5之间出现电势差，由于第一电极4以及第二电极5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第一电流，即提供了一种感应式摩擦纳米发电机发电。

进一步地，由于所述质量块2在所述本体1的空腔内移动时，会撞击到设置在所述本体1的空腔内两端的弹性部件3上，且，由于所述弹性部件3与所述质量块2相对的一端上设置有摩擦部件，使得当所述弹性部件3发生形变(形变恢复)时，所述质量块2以及所述摩擦部件可发生相互摩擦，进而会产生静电荷，产生的静电荷还可使得第五电极以及地信号之间出现电势差，进而还可在外电路中形成第五电流(第一端形成的电流)以及第六电流(第二端形成的电流)，即提供了一种弹性结构摩擦纳米发电机发电。

再者，由于所述导电线圈10是围绕设置在所述本体1的外周面(或者内周面)的，则当所述质量块2在所述本体1内往复移动时，基于法拉第电磁感应原理，所述导电线圈10内部的磁通量会发生变化，因而在所述导电线圈10中可能会出现由于电磁感应而产生的第四电流，即提供了一种电磁感应发电机发电。

由上述内容可知，在本发明实施例中，可包括由具有空腔的本体、空腔内的质量块、弹性部件、本体外周面交错设置的第一电极以及第二电极组成的第一子发电机，为感应式摩擦纳米发电机；由质量块、空腔内相对两端设置的弹性部件、弹性部件上的摩擦部件、第五电极组成的第二子发电机以及第三子发电机，为弹性结构的摩擦纳米发电机；由质量块、第一电极与第二电极外周面设置的导电线圈组成的第四子发电机，为电磁感应发电机。相比于现有技术而言，本方案中的发电机实际上可为一个包括多个子发电机的复合式发电机，能够收集的冲击能量较多、效率较高，能够输出的电荷量较大。解决了现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

需要说明的是，所述摩擦部件与所述弹性部件3通常可为一个整体，如可为一抗磁性金属导电弹簧(如铜弹簧等)等，因而可能会导致弹性部件发生阻尼振动，所述阻尼振动还会反作用于所述质量块2，最终会使得所述质量块2在所述本体1中发生振幅不同的往复振动(即使得质量块2与摩擦部件持续发生摩擦)，因而，能够收集的冲击能量更多，效率更高，能够输出的电荷量更大。

本发明实施例中，每个子发电机都可以单独输出电信号，参见图11，四个子发电机的输出可以通过处理电路统一管理形成统一的输出端Vout。

再有，需要说明的是，本发明实施例中所述的第二种复合式发电机除了弹性结构摩擦纳米发电机与第一种复合式发电机中的弹性结构摩擦纳米发电机不同之外，其余均可与所述第一种复合式发电机中的各个子发电机相同，对此不作赘述。

本发明实施例提供了一种发电机，包括由具有空腔的本体、空腔内弹性结构摩擦纳米发电机、质量块、感应式摩擦纳米发电机和电磁感应发电机的复合式发电机，能够收集的冲击能量较多，能够输出的电荷量较大。解决了现有的摩擦纳米发电机所存在的收集的冲击能量较少以及输出的电荷量较小的问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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)

1.一种发电机，其特征在于，包括具有空腔的本体、质量块、弹性部件、第一电极、第二电极、摩擦部件以及第五电极，其中：

所述质量块设置在所述本体的空腔内，用于在外力的作用下撞击所述本体以及所述弹性部件；

所述本体，用于在所述质量块撞击所述本体时，与所述质量块发生摩擦；

所述弹性部件设置在所述本体空腔内，用于在所述质量块撞击所述弹性部件时发生弹性形变；

所述第一电极以及所述第二电极交错设置在所述本体的外周面，用于在所述质量块撞击所述本体时，导出摩擦产生的感应电流；

所述摩擦部件设置在所述弹性部件与所述质量块相对的一端，用于在所述质量块撞击所述摩擦部件时，与所述质量块发生摩擦；

所述第五电极设置在所述弹性部件上，用于在所述质量块撞击所述摩擦部件时，导出摩擦产生的感应电流。

2.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，包括两个所述弹性部件，两个所述弹性部件分别设置在所述本体空腔内相互面对的两端。

3.如权利要求1或2所述的发电机，其特征在于，所述弹性部件呈多层结构；所述发电机还包括第一摩擦层、第二摩擦层、第三电极以及第四电极，其中：

所述第一摩擦层设置在所述弹性部件各层的面向所述质量块的表面上，用于在所述弹性部件发生形变时，与所述第二摩擦层发生摩擦；

所述第二摩擦层设置在所述弹性部件各层的背离所述质量块的表面上，用于在所述弹性部件发生形变时，与所述第一摩擦层发生摩擦；

所述第三电极以及所述第四电极分别设置在所述第一摩擦层以及所述第二摩擦层上，用于在所述第一摩擦层与所述第二摩擦层发生摩擦时，导出摩擦产生的感应电流。

4.如权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述第三电极设置在所述第一摩擦层与所述弹性部件之间，所述第四电极设置在所述第二摩擦层与所述弹性部件之间。

5.如权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述弹性部件的多层结构为“Z”型多层结构。

6.如权利要求1或2所述的发电机，其特征在于，所述第五电极设置在所述摩擦部件的背向所述质量块的一侧。

7.如权利要求6所述的发电机，其特征在于，所述第五电极电连接至地或等电位。

8.如权利要求1、2、4、5和7任一项所述的发电机，其特征在于，所述质量块为磁性质量块，所述发电机还包括导电线圈，其中：

所述导电线圈围绕设置在所述本体的外周面或者所述第一电极和所述第二电极的外周面，用于在所述导电线圈中的磁通量发生变化时，导出电磁感应产生的感应电流。

9.如权利要求8所述的发电机，其特征在于，所述质量块包括一块或多块相互叠加的子质量块，且互相接触的任意两块子质量块的磁极相反。

10.如权利要求9所述的发电机，其特征在于，所述子质量块为磁体或者外层独有金属薄膜的磁体。

11.如权利要求9或10所述的发电机，其特征在于，所述导电线圈包括一个或多个闭合的子导电线圈。

12.如权利要求11所述的发电机，其特征在于，所述第一电极以及所述第二电极包括多个，在设置时所述第一电极以及所述第二电极间隔设置，多个第一电极电连接，多个第二电极电连接。

13.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述本体的空腔为圆柱形空腔、方柱形空腔或球形空腔。

14.如权利要求13所述的发电机，其特征在于，所述弹性部件为聚合物或金属材料。