CN109412455A - 一种摩擦发电机及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦发电机，包括：能够在外力的作用下旋转的能源捕获装置；发电装置，所述发电装置包括多组发电单元，所述多组发电单元之间可拆卸地连接；以及传动轴，所述传动轴用于连接所述能源捕获装置和所述发电装置；其中，所述传动轴能够在所述能源捕获装置的带动下旋转，并且所述多组发电单元能够在所述传动轴的带动下产生电能。本发明公开的摩擦发电机采用多个可拆卸的发电单元组成发电装置，可以根据实际需求增加或减少发电单元。本发明还提供了一种发电机系统。

Description

一种摩擦发电机及发电系统

技术领域

本发明涉及纳米新能源领域，具体涉及一种摩擦发电机及发电系统。

背景技术

自从摩擦发电机被提出以来，其得到快速发展，而且相对于传统的电磁发电机，摩擦发电机不需要沉重的材料和设备，可以利用简单轻便的材料即可制备。

但是，现有的摩擦发电机均是根据某一环境制备，使其既能符合该环境又能够较为高效的收集该环境中能量，无法根据实际环境动态的调整摩擦发电部分，即符合该环境的摩擦发电机无法在另一环境下较为高效的收集能量，只能重新制备新的摩擦发电机。

因此，需要一种能够根据不同的环境需求，动态调整的摩擦发电机。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明的实施例提供一种摩擦发电机，包括：能源捕获装置，所述能源捕获装置能够在外力的作用下旋转；发电装置，所述发电装置包括多组发电单元，所述多组发电单元之间可拆卸地连接；以及传动轴，所述传动轴用于连接所述能源捕获装置和所述发电装置；其中，所述传动轴能够在所述能源捕获装置的带动下旋转，并且所述多组发电单元能够在所述传动轴的带动下产生电能。

进一步地，每一组所述发电单元均包括一个定子圆盘和一个转子圆盘；

其中，所述传动轴通过带动每一组发电单元中的所述转子圆盘旋转，使每一组发电单元中的所述定子圆盘和所述转子圆盘发生摩擦，从而使所述发电单元产生电能。

进一步地，所述定子圆盘采用第一高分子聚合物，并在其一面镀有金属电极；所述转子圆盘采用第二高分子聚合物，并在其一面镀有金属电极；其中，镀有金属电极的一面作为输出端，未镀有金属电极的一面作为摩擦面。

进一步地，所述定子圆盘和所述转子圆盘设置有位置相对应的孔，所述传动轴贯穿在多个位置相对应的孔内，并且所述每一组发电单元中的转子圆盘与所述传动轴连接。

进一步地，所述传动轴上等距离分布有多个凸起以形成多个安装键，每一个所述安装键与设置于所述转子圆盘上的键槽相配合，使所述传动轴与所述转子圆盘卡合连接。

进一步地，每一个所述安装键在沿所述安装键分布方向上的宽度与所述转子圆盘的厚度相同，并且相邻两个所述安装键的间隔与所述定子圆盘的厚度相同。

进一步地，所述能源捕获装置包括转轴和呈放射性设置在所述转轴周围的多个叶轮；

其中，所述叶轮能在外力的作用下旋转，并带动所述转轴旋转，所述转轴带动所述传动轴旋转。

进一步地，所述能源捕获装置还包括联轴器，所述联轴器用于连接所述转轴和所述联动轴。

进一步地，所述能源捕获装置还包括设置在所述叶轮上的多个叶片；

其中，在所述叶轮转动过程中，其中一部分叶轮的多个叶片处于闭合受力状态并且另一部分叶轮的多个叶片处于打开状态。

进一步地，所述摩擦发电机还包括框架，所述框架用于加强所述能源捕获装置的机械强度。

进一步地，所述摩擦发电机还包括固定架，所述固定架用于与所述每一组发电单元中的定子圆盘可拆卸连接，使所述定子圆盘能够在所述转子圆盘转动时保持固定状态。

根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种发电系统，包括多个如上述所述的任一项摩擦发电机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明公开的摩擦发电机采用多个可拆卸的发电单元组成发电装置，可以根据实际需求增加或减少发电单元。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其他目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为本发明实施例提供的摩擦发电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的传动轴的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的发电装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的叶轮以及叶片在转动过程中的示意图。

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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种摩擦发电机100，包括能源捕获装置2、发电装置1以及用于连接能源捕获装置2和发电装置1的传动轴3，发电装置1可以包括多组发电单元10，多组发电单元10之间可拆卸地连接。其中，能源捕获装置2可以在外力的作用下旋转，并带动传动轴3的旋转，并且多组发电单元10能够在传动轴3的带动下产生电能。

图1示出的能源捕获装置2可以包括转轴24、与转轴24相配合的轴承23和呈放射状设置在转轴24周围的多个叶轮21，叶轮21的形状可以是图示中的方形，也可以是其他形状，例如扇形等等。

而且还可以在每个叶轮21上均设置有多个可以打开或关闭的小叶片211，并且当叶轮21在转动时，会保持其中一部分叶轮的多个叶片211处于打开状态，另一部分叶轮的多个叶片211处于闭合受力状态，这样不仅可以确保水流或风能够顺利通过并带动能源捕获装置2旋转，还能使叶轮21的转动不受水流或风力的方向以及强度的影响，即可以将低速或高速的任意方向的风能或水流动能转化为叶轮21转动的机械能。并且采用这种设计，可以将多个摩擦发电机100竖排摆放在空间狭长的区域，位于后方的摩擦发电机100的叶轮21仍然可以在风力或水流的作用下转动，虽然位于后方的摩擦发电机100的叶轮21的转速会逐渐递减，但实现了能量的多层利用，提高了能量利用率，相比之下，采用传统的叶轮21的摩擦发电机100则无法具有本实施例提供的摩擦发电机100较高的能量利用率。

下面结合图4详细说明能源捕获装置2是如何在水流或风能的作用下转动。需要说明的是，在图4中，箭头的方向为水流或风的方向，多个叶轮21的旋转方向是顺时针旋转。

图4示出的能源捕获装置2可以包括6个叶轮21，而且其中3个叶轮的小叶片211处于闭合受力状态，这样增大了与水流或风的接触面积，进而通过水流或风作用在小叶片211上的力带动整个叶轮21的转动。另外3个叶轮的小叶片211则处于打开状态，有利于水流或风能够顺利通过能源捕获装置2。而且当处于打开状态的小叶片211随着叶轮21的转动，会逐渐闭合，而处于闭合受力状态的小叶片211随着叶轮21的转动，会逐渐打开。这样在叶轮21旋转过程中，总有一部分叶轮21的小叶片211是处于打开状态，而另一部分叶轮21的小叶片211是处于闭合受力状态。如图1所示，摩擦发电机100还可以包括设置在能源捕获装置2外部的框架22，框架22可以用于加强能源捕获装置2的机械强度。具体的，框架22可以包括上端横梁221、下端横梁223，以及连接上端横梁221和下端横梁223的中部横梁222，能源捕获装置2位于上端横梁221和下端横梁223之间。

如图1所示，能源捕获装置2与每一组发电单元10可以通过传动轴3连接，这样当能源捕获装置2的转轴24在外力的作用下旋转时，转轴24带动传动轴3旋转，然后每一组发电单元10的转子圆盘12在传动轴3的带动下旋转，并与定子圆盘11摩擦，产生电能。

在本实施例中，如图3所示，发电装置1可以为多层结构，即发电装置1可以包括多组发电单元10，并且多组发电单元10包括的多个定子圆盘11与转子圆盘12呈交替叠加排列，即每一个定子圆盘11位于相邻的两个转子圆盘12之间，每一个转子圆盘12位于相邻的两个定子圆盘11之间。并且所有的定子圆盘11可以通过安装在圆盘外侧并与上端横梁221连接的固定架14保持固定，即通过固定架14对定子圆盘11进行加固处理。在本实施例中，固定架14的数量可以是四个，而且四个固定架14所围成的图案可以是方形，当然固定架14的数量可以更多或更少，只要能够使得定子圆盘11始终保持固定状态即可。

在本实施例中，采用叠加式的发电装置1可以方便后期维护保养以及更换，还可以根据需求灵活地调整发电单元10的数量，例如当电路需要的电流增大时，可以增加发电单元10的数量，反之可以减少发电单元10的数量。

其中，定子圆盘11可以是采用第一高分子聚合物如薄膜-聚酰亚胺(Kapton)材料制成，并在其一面镀有金属电极，转子圆盘12采用第二高分子聚合物如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，并同样在一面镀有金属电极，其中，镀有金属电极的一面作为输出端，未镀有金属电极的一面作为摩擦面。这样，当转子圆盘12与定子圆盘11发生摩擦时，两层聚合物之间发生摩擦，并产生电荷分离进而形成电势差，而镀有金属电极的两面则通过静电感应生成感应电荷，进而产生电能。

为了使传动轴3能够带动转子圆盘12转动，需要在转子圆盘12的中心部分开设有贯穿其本体的圆孔13，而由于定子圆盘11和转子圆盘12交替叠加设置，定子圆盘11的中心部分也需要开设有贯穿其本体的圆孔13，而且定子圆盘11的圆孔13与转子圆盘12的圆孔13需要对准设置，圆孔13直径又需要与传动轴3的直径相同，以使所有的定子圆盘11和转子圆盘12都能通过圆孔13套设在转轴24上，进而使得传动轴3能够带动所有的转子圆盘12转动。

而且，为了使传动轴3在带动转子圆盘12时不发生打滑现象，可以在传动轴3上等距离分布多个凸起以形成多个安装键31，每个安装键31在沿所述安装键31分布方向上的宽度与转子圆盘12的厚度相同，并且相邻两个安装键31的间隔为一个定子圆盘11的厚度。并且为了使传动轴3能够带动转子圆盘12转动，则需要转子圆盘12设置有与安装键31相配合的键槽，即通过传动轴3上的安装键31与设置在圆孔13上的键槽，使得转子圆盘12能够与传动轴3相匹配固定，在本实施例中，键槽可以设于中心圆孔13上。这样，当转子圆盘12经过传动轴3上的安装键31固定后，在跟随传动轴3转动时不发生打滑现象。而且后期若需要对摩擦发电机100进行维护保养，能够方便快捷地更换发电圆盘。

在本实施例中，还可以在传动轴3与转轴24之间设置联轴器4，当叶轮21在外力的作用下转动时，通过联轴器4将转轴24的转动传到传动轴3，使得传动轴3能够在转轴24的带动下旋转。

在进一步较佳实施例中，在能源捕获装置2与发电装置1之间还可以设置变速装置，用于调节能源捕获装置2与转子圆盘12的转速比。通过变速装置使得转子圆盘12的转速大于能源捕获装置2的转速，这样，转子圆盘12在外力较弱的情况下，也可以产生理想的电能。例如，变速装置可以是多个齿轮的组合，这样可以通过改变齿轮的配置，改变能源捕获装置2与发电圆盘的转速比。

在进一步较佳实施例中，如图1所示，可以在能源捕获装置2的下端安装有支撑架5，支撑架5可以与下端横梁223相连接，这样可以根据水流区域的深度或者陆地上风口的位置来进行相应的调整摩擦发电机100的高度，使其处于最佳工作状态，叶轮21的转速达到最大值，能量利用率最高。

根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种发电系统，包括多个上述任一实施例所述的摩擦发电机。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

本发明公开的摩擦发电机采用多个可拆卸的发电单元组成发电装置，可以根据实际需求增加或减少发电单元。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种摩擦发电机，包括：

能源捕获装置，所述能源捕获装置能够在外力的作用下旋转；

发电装置，所述发电装置包括多组发电单元，所述多组发电单元之间可拆卸地连接；以及

传动轴，所述传动轴用于连接所述能源捕获装置和所述发电装置；

其中，所述传动轴能够在所述能源捕获装置的带动下旋转，并且所述多组发电单元能够在所述传动轴的带动下产生电能。

2.如权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述能源捕获装置包括转轴和呈放射性设置在所述转轴周围的多个叶轮；

其中，所述叶轮能在外力的作用下旋转，并带动所述转轴旋转，所述转轴带动所述传动轴旋转。

3.如权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，其特征在于，所述能源捕获装置还包括设置在所述叶轮上的多个叶片；

其中，在所述叶轮转动过程中，其中一部分叶轮的多个叶片处于闭合受力状态并且另一部分叶轮的多个叶片处于打开状态。

4.如权利要求1-3任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，每一组所述发电单元均包括一个定子圆盘和一个转子圆盘；

其中，所述传动轴通过带动每一组发电单元中的所述转子圆盘旋转，使每一组发电单元中的所述定子圆盘和所述转子圆盘发生摩擦，从而使所述发电单元产生电能。

5.如权利要求4所述的摩擦发电机，其特征在于，所述定子圆盘采用第一高分子聚合物，并在其一面镀有金属电极；所述转子圆盘采用第二高分子聚合物，并在其一面镀有金属电极；其中，镀有金属电极的一面作为输出端，未镀有金属电极的一面作为摩擦面。

6.如权利要求4或5所述的摩擦发电机，其特征在于，所述定子圆盘和所述转子圆盘设置有位置相对应的孔，所述传动轴贯穿设置在多个位置相对应的孔内，并且所述每一组发电单元中的转子圆盘与所述传动轴连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述传动轴上等距离分布有多个凸起以形成多个安装键，每一个所述安装键与设置于所述转子圆盘上的键槽相配合，使所述传动轴与所述转子圆盘卡合连接。

8.如权利要求7所述的摩擦发电机，其特征在于，每一个所述安装键在沿所述安装键分布方向上的宽度与所述转子圆盘的厚度相同，并且相邻两个所述安装键的间隔与所述定子圆盘的厚度相同。

9.如权利要求1-8任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述能源捕获装置还包括联轴器，所述联轴器用于连接所述转轴和所述联动轴。

10.如权利要求1-9任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电机还包括框架，所述框架用于加强所述能源捕获装置的机械强度。

11.如权利要求2-10任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电机还包括固定架，所述固定架用于与所述每一组发电单元中的定子圆盘可拆卸连接，使所述定子圆盘能够在所述转子圆盘转动时保持固定状态。

12.一种发电系统，包括多个如权利要求1-11任一项所述的摩擦发电机。