CN109149993B - 发电机 - Google Patents

Abstract

一种发电机，包括：以中心轴杆为中心的定子和转子，其中：定子包括：外壳和内壳，外壳的内侧壁和/或内壳的外侧壁有第一摩擦层；转子包括：转子本体和底盘，其中：转子本体穿插于定子的外壳和内壳之间，并可沿外壳和内壳之间的空间转动或滚动，其侧壁有第二摩擦层；底盘以中心轴杆为中心紧贴于定子的一端面，用于固定转子本体。因此本发明的发电机具有摩擦纳米发电机的功能，具有高电压、低电流的特点，在收集低频率能源方面有绝对的优势，可实现对低频能源的有效利用。

Description

发电机

技术领域

本发明属于绿色新能源领域，更具体地涉及一种发电机。

背景技术

随着社会的发展，能源危机问题日益突出，环境污染亟待解决，因此绿色可持续能源越来越受到人们的关注。目前被广泛利用的新能源包括太阳能、地热能、潮汐能、风能和生物能等。这些新能源有自己的优势，但是对天气、季节等环境因素有一定的要求。与此同时，我们的周围存在大量低频能源，如人们行走时产生的机械能、汽车经过时产生的震动、海浪的起伏波动能、微风拂过时的能量等，但这些丰富的资源往往被忽略。如果将这些微小的能量收集起来，就可以供给智能手环、手机、眼镜等可穿戴设备。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种发电机，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提出一种发电机，包括：以中心轴杆为中心的定子和转子，其中：

定子包括：外壳和内壳，所述外壳的内侧壁和/或所述内壳的外侧壁有第一摩擦层；

转子包括：转子本体和底盘，其中：

转子本体穿插于定子的外壳和内壳之间，并可沿外壳和内壳之间的空间转动或滚动，其侧壁有第二摩擦层；

底盘以中心轴杆为中心紧贴于定子的一端面，用于固定转子本体。在本发明的一些实施例中，上述外壳和内壳呈圆筒状，该内壳套设于外壳内。

在本发明的一些实施例中，上述转子本体包括：空心/实心的若干个小柱体，该小柱体的外侧壁具有若干个对称分布的凹槽，凹槽内放置有线圈；

外壳的外侧壁有N/S型磁铁，内壳的内侧壁有S/N型磁铁；

若干个小柱体可沿外壳和内壳之间的空间滚动，以自转并绕中心轴杆公转。

在本发明的一些实施例中，上述小柱体的外侧壁，除凹槽外的其他部分有第二摩擦层。

在本发明的一些实施例中，上述第二摩擦层的材料为绝缘材料；绝缘材料包括有机绝缘材料或无机绝缘材料。

在本发明的一些实施例中，上述第一摩擦层的材料为导电材料；该导电材料包括铜膜、铝膜、铂膜、金膜和银纤维膜或氧化铟锡。

在本发明的一些实施例中，上述第一摩擦层为插指电极；所述插指电极包括条状结构。

在本发明的一些实施例中，

上述转子本体为一空心柱，该空心柱的侧壁具有若干个对称分布的凹槽，若干个凹槽内放置有相对于中心轴放射状分布的线圈；以及

定子的外壳的外侧壁有磁铁。

在本发明的一些实施例中，上述空心柱的外侧壁除凹槽外的其他部分和/或内侧壁有第二摩擦层。

在本发明的一些实施例中，上述第二摩擦层为导电材料和/或绝缘材料，包括铜膜、铝膜、铂膜、金膜和银纤维膜、氧化铟锡、无机绝缘材料或有机绝缘材料。

在本发明的一些实施例中，上述第一摩擦层自外向内包括插指电极和摩擦材料；其中，该插指电极为导电材料，该导电材料包括铜膜、铝膜、铂膜、金膜和银纤维膜或氧化铟锡；该摩擦材料为绝缘材料，该绝缘材料包括无机绝缘材料或有机绝缘材料。

在本发明的一些实施例中，上述插指电极包括条状结构。

在本发明的一些实施例中，上述发电机的转子还包括扇叶，该扇叶固定于底盘的垂直中心轴上，用于带动底盘绕中心轴杆转动。

在本发明的一些实施例中，上述发电机通过外接电路连接至负载。

本发明提出的发电机，具有以下有益效果：

1、发电机包括转子和具有内壳和外壳的定子，转子穿插于定子的内壳和外壳之间，且转子与定子的接触面有第二摩擦层，定子与转子的接触面有第一摩擦层，当在外界能量作用下，扇叶带动转子转动，第一摩擦层和第二摩擦层相对滑动产生电荷实现发电，因此本发明的发电机具有摩擦纳米发电机的功能，具有高电压、低电流的特点，在收集低频率能源方面有绝对的优势，可实现对低频能源的有效利用；

2、由于转子侧壁的凹槽中布置有线圈，且定子的外侧壁和内侧壁有磁铁，因此在转子绕中心轴杆转动时，转子侧壁上的线圈切割定子侧壁上磁铁的磁感线，产生电能，因此本发明的发电机还兼顾电磁感发电机的功能，具有高电流、低电压的特点，在收集高频率能源方面有绝对的优势，可实现对高频能源的有效利用；

3、实现了基于摩擦纳米发电机的混合发电机对能源的收集，该器件能可持续的工作在不同频率的能源条件下，收集能量的频率范围宽，可用于能量收集、风力传感器和湿度传感器等环境监测方面；

4、本发明还具有制备工艺成熟、选材广泛和成本低等优点。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的发电机主体部分的结构示意图；

图2-1至图2-9是图1中发电机的制备流程中各个阶段的示意图；

图3是图1中发电机的摩擦纳米发电的工作原理图；

图4是图1中发电机的电磁感应发电的工作原理图；

图5是本发明另一实施例提出的发电机主体部分的结构示意图；

图6-1至图6-9是图5中发电机的制备流程中各个阶段的示意图；

图7是图5中发电机的摩擦纳米发电的工作原理图；

图8-1是图5中发电机采用的强磁磁铁的示意图；

图8-2是图8-1中强磁磁铁的电磁感应线的示意图；

图8-3是图5中发电机电磁感应发电的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

风能具有能量丰富、存在范围广、随处可见、清洁等优点而被利用。但是风能有不稳定性，频率随天气的变化而变化。

摩擦纳米发电机的工作原理是：基于摩擦起电和静电感应的耦合，两种得失电子能力不同的材料之间发生相互摩擦，则在这两种材料的表面会产生等量异种电荷，形成一个内建电势差，在背电极和外接电流的条件下，系统构成回路并在在外电路中形成电流。

到目前为止，摩擦纳米发电机的新型结构设计层出不穷，摩擦纳米发电机已经广泛的应用在能量收集、环境监测、无线传感、污水处理等领域。相比于提出时，能量的收集已经有质的飞跃，但是由于其具有高电压、低电流的特性，在直接应用上还是有一定的限制。

最新的研究有将摩擦纳米发电机和其他发电原件或储能器件相结合。与储能元件的结合为：利用锂电池、超级电容器等对摩擦纳米发电机产生的电量进行转化与存储，在合适的时候供给所需的器件。与其他发电元件的结合为：摩擦纳米发电机与太阳能电池、压电发电、电磁感应发电机等结合作为混合发电机，可极大的扩展纳米发电机在能源领域的应用。

基于以上分析，本发明提出一种发电机，包括：以中心轴杆为中心的定子和转子，其中：

定子包括：外壳和内壳，所述外壳的内侧壁和/或所述内壳的外侧壁有第一摩擦层；

转子包括：转子本体和底盘，其中：

转子本体穿插于定子的外壳和内壳之间，并可沿外壳和内壳之间的空间滚动，其侧壁有第二摩擦层；

底盘以中心轴杆为中心紧贴于定子的一端面，用于固定转子本体。

因此本发明的发电机具有摩擦纳米发电机的功能，具有高电压、低电流的特点，在收集低频率能源方面有绝对的优势，可实现对低频能源的有效利用。

在本发明的一些实施例中，上述转子本体由空心/实心的若干个小柱体组成，该若干个小柱体每一个的外侧壁具有若干个对称分布的凹槽，该凹槽内放置有线圈；

外壳的外侧壁有N/S型磁铁，内壳的内侧壁有S/N型磁铁；

底盘用于带动若干个小柱体自转并绕中心轴杆转动。

从而使得在转子绕中心轴杆转动时，若干个小柱体同时进行自转，则转子侧壁上的线圈切割定子侧壁上磁铁的磁感线，产生电能，因此本实施例的发电机还兼顾电磁感发电机的功能，具有高电流、低电压的特点，在收集高频率能源方面有绝对的优势，可实现对高频能源的有效利用。

在本发明的一些实施例中，上述小柱体的外侧壁，除凹槽外的其他部分有所述第二摩擦层。

在本发明的一些实施例中，上述第一摩擦层的材料为导电材料；该导电材料包括铜膜、铝膜、铂膜、金膜和银纤维膜或氧化铟锡等；该第一摩擦层的制备方法包括商业拉伸、静电纺丝技术或气相沉积等。

在本发明的一些实施例中，上述第二摩擦层的材料为绝缘材料；该绝缘材料可以为有机绝缘材料或无机绝缘材料，例如氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、尼龙6、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林或二氧化硅等；该第二摩擦层的制备方法包括商业拉伸、静电纺丝技术或气相沉积等。

在本发明的一些实施例中，上述转子本体为一空心柱，该空心柱的侧壁具有若干个对称分布的凹槽，该若干个凹槽内放置有相对于中心轴放射状分布的线圈；同时，定子的外壳的外侧壁有磁铁。则在转子绕中心轴杆转动时，转子侧壁上的线圈切割定子外侧壁磁铁的磁感线，产生电能，因此本实施例的发电机还兼顾电磁感发电机的功能，具有高电流、低电压的特点，在收集高频率能源方面有绝对的优势，可实现对高频能源的有效利用。

在本发明的一些实施例中，上述空心柱的外侧壁除凹槽外的其他部分及内侧壁有第二摩擦层。

在本发明的一些实施例中，上述第一摩擦层自外向内包括插指电极和摩擦材料；

插指电极为导电材料，该导电材料包括铜膜、铝膜、铂膜、金膜和银纤维膜或氧化铟锡等；

摩擦材料为绝缘材料，该绝缘材料包括氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、尼龙6、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯-co-丙烯腈、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林或二氧化硅等。该插指电极和摩擦材料的制备方法包括商业拉伸、静电纺丝技术或气相沉积等。

在本发明的一些实施例中，插指电极为条状结构，均匀分布于所述定子外壳的内侧壁和/或内壳的外侧壁。

在本发明的一些实施例中，上述第二摩擦层为导电材料和/或绝缘材料，可以为铜膜、铝膜、铂膜、金膜和银纤维膜、氧化铟锡、无机绝缘材料或有机绝缘材料；该第二摩擦层的制备方法包括商业拉伸、静电纺丝技术或气相沉积等。

在本发明的一些实施例中，上述转子和定子为圆柱体或棱柱等柱体结构。

在本发明的一些实施例中，上述发电机的转子还包括扇叶，该扇叶固定于底盘的垂直中心轴上，用于带动底盘绕中心轴杆转动。

在本发明的一些实施例中，上述发电机通过外接电路连接至负载。

在本发明的一些实施例中，其目的在于提供一种发电机，该发电机为基于摩擦纳米发电机的混合发电机，将其应用于收集环境中的机械能，主要是结合摩擦纳米发电机和电磁感应发电机的共同作用以得到高的输出。摩擦纳米发电机具有高电压、低电流的特点，在收集低频能源方面有绝对的优势。与之恰恰相反，电磁感发电机的特点是高电流、低电压，适合收集高频的能量。本实施例主要是以风能的收集为例来说明，但能量收集形式不限于风能。本实施例提出的发电机可以收集不同频率的风能，频率较高时，摩擦纳米发电机和电磁感应发电机共同收集能量，频率较低时，电磁感应发电机工作效率低，但是摩擦纳米发电机适合收集低频能源的优势将会发挥作用。该器件实现了对风能全方位、多频段的收集，在可持续能源收集发展方面有很重要的应用前景。

以下通过具体实施例，对本发明提出的发电机进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提出一种发电机，其主体部的支撑包括若干个实心小圆柱1和包括内壳2-1和外壳2-2的外部支架2，实心小圆柱1的侧面有两个凹槽，凹槽中放置有线圈1-2，该凹槽的长度与实心小圆柱侧面的长度相等；实心小圆柱1的侧壁，在除凹槽外的其他部分覆有FEP(Fluorinated ethylene propylene)薄膜1-1作为第二摩擦层；外部支架内壳2-1的外侧壁和外部支架外壳2-2的内侧壁分别贴有插指电极2-11和2-21作为第一摩擦层，该插指电极的材料为铜膜；外部支架内壳2-1的内侧壁贴有S极磁铁2-12，外部支架外壳2-2的外侧壁贴有N极磁铁2-22。

另外，本实施例的发电机还包括中心轴杆3、圆盘4和扇叶5，中心轴杆3为外部支架2的中心，圆盘用于固定若干个实心小圆柱1，并以中心轴杆3为中心紧贴于外部支架2的一个端面，扇叶5位于圆盘4的垂直中心轴上，用于在外界作用力下带动圆盘4绕中心轴杆3旋转，从而带动若干个实心小圆柱1自转并绕中心轴杆3公转。

本实施例的发电机按功能可包括摩擦纳米发电机和电磁感应发电机。其中摩擦纳米发电机包括FEP薄膜1-1及插指电极2-11、2-21；当小圆柱1在运动的时候，小圆柱1表面包裹的FEP薄膜1-1将会与外部支架2中内壳2-1、外壳2-2的插指电极2-11、2-21发生摩擦，并通过外接导线连通插指电极2-11、2-21实现电能输出。电磁感应发电机包括N极磁铁2-22、S极磁铁2-12、线圈1-2。N极磁铁2-22和S极磁铁2-12之间会产生磁场，小圆柱1在滚动的时候，一边公转，一边发生自转，则自转的时候会使通过线圈1-2中的磁通量发生变化，从而产生感应电流，并通过外接导线连通该线圈实现电能输出。

本实施例中所述的插指电极，其中条状结构电极的长度方向与中心轴杆方向平行。优选的，第一摩擦层和第二摩擦层与条状结构的尺寸相同或相近，在转子和定子互相转动时，第二摩擦层可以顺次与不同的条状结构电极靠近。

图2-1至图2-9为本实施例的发电机的制备流程中各个阶段的示意图图。如图2-1所示，先制备具有凹槽(图中未示出)的小圆柱1，如图2-2所示，在小圆柱1的凹槽中缠绕上线圈1-2，如图2-3所示，再在小圆柱1侧壁上，除凹槽外的部分包裹摩擦材料FEP薄膜1-1；同时，加工出如图2-4所示的定子2，如图2-5所示，在外部支架内壳2-1的外侧壁和外部支架外壳2-2的内侧壁粘贴插指电极2-11和2-21，如图2-6所示，将小圆柱1放在内壳2-1和外壳2-2之间的位置。如图2-7所示，在外部支架外壳2-2的外侧壁和外部支架内壳2-1的内侧壁上分别放置磁铁N极磁铁2-22和S极磁铁2-12，如图2-8所示，采用圆盘4固定小圆柱的相对位置，并将其连接在中心轴杆3上，最后，如图2-9所示，在中心轴杆3上安装扇叶5。

此处将本实施例的发电机应用于收集风能，对本实施例提出的发电机的工作原理进行说明，在风的作用下，扇叶5将带动轴旋转，固定在轴上的圆盘4将带动小圆柱1转动。小圆柱1以中间轴为中心公转时，其表面包裹的FEP薄膜1-1将与外部支架侧壁上的插指电极2-11和2-21发生摩擦产生电荷。小圆柱自转时，其表面缠绕的线圈1-2将切割磁感应线产生感应电流。

具体地，如图3所示，摩擦纳米发电的摩擦层为FEP薄膜1-1及插指电极2-11和2-21，FEP薄膜和插指电极2-11/2-21构成了一个自由摩擦层式摩擦纳米发电机。图3是摩擦纳米发电机的一个完整工作周期。在图3(I)的初始状态下，FEP薄膜1-1和插指电极2-11/2-21完全接触。由于摩擦起电作用使得FEP薄膜1-1表面带负电，插指电极2-11/2-21表面带上等量正电荷，此时上下摩擦面的正负电荷处于平衡状态，外接回路中没有电流。小圆柱滚动时，FEP薄膜1-1沿着插指电极2-11/2-21表面向相邻的插指电极2-11’/2-21’滑动，如图3(II)所示，对应的FEP薄膜1-1上的正电荷随之移动，则插指电极2-11/2-21上的正电荷向插指电极2-11’/2-21’移动，通过插指电极的两个输出端在外电路产生电流。小圆柱1完全移动到插指电极2-11’/2-21’上方的时候，如图3(III)，FEP薄膜1-1上的电荷与插指电极2-11’/2-21’上的电荷达到平衡，回路中没有电流。当FEP薄膜1-1滑动到最左端时，如图3(IV)，随着FEP薄膜1-1上的电荷的移动，正电荷由插指电极2-11’/2-21’向插指电极2-11/2-21转移，外电路出现电流。小圆柱继续运动时，工作状态回到图3(I)，即开始下一个循环。

具体地，如图4所示为电磁感应发电的工作原理图，图4中(I)至(IV)是电磁感应发电的一个完整工作周期，采用电刷对电磁感应得到的电流进行机械整流。图4(I)为初始状态，线圈1-2的方向与N极磁铁2-22和S极磁铁2-12的磁感应线的方向平行，此时线圈1-2中的电流最大，电流方向如图4(I)中箭头所示；线圈1-2旋转至图4(II)中的位置时，线圈1-2与磁场方向垂直，此时线圈1-2中电流最小，数值为0；线圈继续运动，到状态如图4(III)所示的位置时，此时线圈再次与磁场方向垂直，感应电流最大，方向如图4(III)所示，与初始状态图4(I)中的电流大小相同，方向相反；图4(IV)为末状态，线圈1-2与磁场方向垂直，感应电流为0。小圆柱1上的线圈1-2继续运动时，将重复上一个循环。

实施例2

如图5所示，本实施例提出一种发电机，其主体部分包括转子6和定子7两部分组成，定子7包括内壳7-1和外壳7-2，转子6的侧面有若干个对称的凹槽(图中未示出)，凹槽中放置有线圈6-2，该凹槽的长度与转子6侧面的长度相等；转子6的侧壁，在除凹槽外的其他部分覆有铜膜6-1作为第二摩擦层；定子内壳7-1的外侧壁和定子外壳7-2的内侧壁分别贴有插指电极7-11、7-21，及FEP薄膜7-12、7-22作为第一摩擦层，该插指电极的材料为铜膜；定子外壳7-2的外侧壁贴有强磁磁铁7-23。

另外，本实施例的发电机还包括中心轴杆3、圆盘4和扇叶5，圆盘用于固定若干个实心小圆柱1，并紧贴于定子6的一个端面，扇叶5位于圆盘5的垂直中心轴上，并以中心轴杆3为中心固定于中心轴杆3上，用于在外界作用力下带动圆盘4绕中心轴杆3旋转，从而带动转子6绕中心轴杆3公转。

图6-1至图6-9为本实施例提出的发电机的制备流程中各个阶段的示意图。分别是定子和转子的组成与组装。如图6-1及图6-2所示，定子7是在外壳7-2的内侧壁和内壳7-1的外侧壁分别制备插指电极7-21、7-11，接着如图6-3所示，在插指电极7-21及7-11的表面制备摩擦材料FEP薄膜7-22及7-12作为第一摩擦层，最后，如图6-4所示，在外壳7-2的外侧壁固定多个细长型的强磁磁铁7-23，构建电磁感应磁场。对于转子6，如图6-5所示，首先是在其若干个对称的凹槽中缠绕线圈6-2，缠绕方式如图6-6所示，与圆心呈放射状，同时如图6-7所示，在外侧壁凹槽外的其他部分及内侧壁铺上摩擦材料铜膜6-1作为第二摩擦层。如图6-8所示，接着转子6整个固定在中心轴杆3和圆盘4上。使圆盘4和中心轴杆3相互固定，使扇叶5、圆盘4、转子7的位置相对固定。最后，如图6-9所示，将定子7与转子6组装，得到整体的发电机装置。

此处将本实施例的发电机应用于收集风能，对本实施例提出的发电机的工作原理进行说明，有风吹过时，在扇叶5的带动下，转子6会发生转动，则摩擦材料铜膜6-1和摩擦材料FEP薄膜7-22及7-12会发生相对摩擦从而产生摩擦发电。同时，线圈6-2会与磁铁7-23发生相对位移，产生磁感应线的切割，产生电磁感应电流。

具体地，如图7所示，为本实施例中发电机摩擦纳米发电的工作原理图。如图7所示，摩擦材料铜膜6-1、FEP薄膜7-22/7-12、插指电极7-21/7-11、及相邻的插指电极7-21’/7-11’构成了一个自由摩擦层式摩擦纳米发电机。图7中的(I)至(IV)是摩擦纳米发电机的一个完整工作周期。在图7(I)的初始状态下，铜膜6-1和FEP薄膜7-22/7-12完全接触。由于摩擦起电作用使得FEP薄膜7-22/7-12表面带负电，插指电极7-21/7-11表面带上等量正电荷。此时上下摩擦面的正负电荷处于平衡状态，外接回路中没有电流。铜膜6-1向右移动时，FEP薄膜7-22/7-12沿着插指电极7-21/7-11表面向相邻的插指电极7-21’/7-11’表面滑动，如图7(II)所示，对应的FEP薄膜7-22/7-12上的正电荷随之移动，则插指电极7-21’/7-11’上的正电荷向插指电极7-21/7-11移动，在外电路产生电流。铜膜6-1完全移动到插指电极7-21’/7-11’上方的时候，如图7(III)，FEP薄膜7-22/7-12上的电荷与铜膜6-1上的电荷达到平衡，回路中没有电流。当铜膜6-1滑动到最左端时，如图7(IV)，随着FEP薄膜7-22/7-12上的电荷的移动，正电荷由插指电极7-21/7-11向插指电极7-21’/7-11’转移，外电路出现电流。铜膜6-1继续运动时，工作状态回到图7(I)，即开始下一个循环。

具体地，图8-1至图8-3为本实施例中发电机电磁感应发电的工作原理图。由于本实施例采用的磁铁为如图8-1所示的强磁磁铁，7-231、7-232分别为N极和S极，即一块磁铁由N极7-231和S极7-232组成。电磁感应线的分布方向如图8-2所示，线圈6-2的运动转化为水平方式的放大运动形式如图8-3所示，线圈6-2的平面垂直于磁铁7-23的排布方向时得到的感应电流最大，因此本实施例采取线圈6-2的位置相对磁铁只做沿磁铁7-23方向的平行移动，以保证其磁通量变化最大，即电磁感应电流最大。

综上所述，本发明是结合摩擦纳米发电机和电磁感应发电机的一种混合发电机，提出了摩擦纳米发电与电磁感应发电机相辅相成、共同作用收集自然界中的风能的混合发电器件，在高频和低频状态下都能很好的发挥能量收集的优势，可用于能源收集、环境监测等领域。本发明的混合发电器件，不但能提供高电流，而且还可以提供高电压，扩展了能量收集的范围，也极大的增加了应用领域，有很重要的发展前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种发电机，包括：以中心轴杆为中心的定子和转子，其中：

所述定子包括：外壳和内壳，所述外壳的内侧壁和/或所述内壳的外侧壁有第一摩擦层；

所述转子包括：转子本体和底盘，其中：

所述转子本体穿插于所述定子的外壳和内壳之间，并可沿所述外壳和内壳之间的空间转动或滚动，其侧壁有第二摩擦层；

所述底盘以所述中心轴杆为中心紧贴于所述定子的一端面，用于固定所述转子本体。

2.如权利要求1所述的发电机，其中，所述外壳和内壳呈圆筒状，所述内壳套设于所述外壳内。

3.如权利要求1所述的发电机，其中，

所述转子本体包括空心/实心的若干个小柱体，所述小柱体的外侧壁具有若干个对称分布的凹槽，所述凹槽内放置有线圈；

所述外壳的外侧壁有N/S型磁铁，所述内壳的内侧壁有S/N型磁铁；

所述若干个小柱体可沿所述外壳和内壳之间的空间滚动，以自转并绕所述中心轴杆公转。

4.如权利要求3所述的发电机，其中，所述小柱体的外侧壁，除凹槽外的其他部分有所述第二摩擦层。

5.如权利要求4所述的发电机，其中，

所述第二摩擦层的材料为绝缘材料；

所述绝缘材料包括有机绝缘材料或无机绝缘材料。

6.如权利要求1至5中任一项所述的发电机，其中，

所述第一摩擦层的材料为导电材料；

所述导电材料包括铜膜或铝膜或铂膜或金膜或银纤维膜或氧化铟锡。

7.如权利要求6所述的发电机，其中，所述第一摩擦层为插指电极；所述插指电极包括条状结构。

8.如权利要求1所述的发电机，其中，

所述转子本体为一空心柱，所述空心柱的侧壁具有若干个对称分布的凹槽，所述若干个凹槽内放置有相对于中心轴放射状分布的线圈；以及

所述定子的外壳的外侧壁有磁铁。

9.如权利要求8所述的发电机，其中，所述空心柱的外侧壁除凹槽外的其他部分和内侧壁有所述第二摩擦层。

10.如权利要求9所述的发电机，其中，

所述第二摩擦层为导电材料或绝缘材料，所述导电材料包括铜膜或铝膜或铂膜或金膜或银纤维膜或氧化铟锡，所述绝缘材料包括无机绝缘材料或有机绝缘材料。

11.如权利要求8至10中任一项所述的发电机，其中，所述第一摩擦层自外向内包括插指电极和摩擦材料；

所述插指电极为导电材料，所述导电材料包括铜膜或铝膜或铂膜或金膜或银纤维膜或氧化铟锡；

所述摩擦材料为绝缘材料，所述绝缘材料包括无机绝缘材料或有机绝缘材料，其中，所述第二摩擦层为绝缘材料时，与所述第一摩擦层的绝缘材料不为同一种绝缘材料。

12.如权利要求11所述的发电机，其中，所述插指电极包括条状结构。

13.如权利要求1所述的发电机，所述转子还包括扇叶，所述扇叶固定于所述底盘的垂直中心轴上，用于带动所述底盘绕所述中心轴杆转动。

14.如权利要求1所述的发电机，其中，所述发电机通过外接电路连接至负载。

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