CN109546883B - 一种摩擦纳米发电机 - Google Patents
一种摩擦纳米发电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109546883B CN109546883B CN201711476905.6A CN201711476905A CN109546883B CN 109546883 B CN109546883 B CN 109546883B CN 201711476905 A CN201711476905 A CN 201711476905A CN 109546883 B CN109546883 B CN 109546883B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- friction
- generator
- electrode
- electrode unit
- roller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 90
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 20
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 10
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 9
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- -1 ITO Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- WSNMPAVSZJSIMT-UHFFFAOYSA-N COc1c(C)c2COC(=O)c2c(O)c1CC(O)C1(C)CCC(=O)O1 Chemical compound COc1c(C)c2COC(=O)c2c(O)c1CC(O)C1(C)CCC(=O)O1 WSNMPAVSZJSIMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/04—Friction generators
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明涉及纳米新能源、波浪能收集领域，公开了一种摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机包括壳体和发电机组件，发电机组件置于壳体内部，且发电机组件包括若干发电机单元，其中，每个发电机单元包括两个相对设置的挡片、位于两个挡片之间的滚盘以及置于滚盘周侧且与两个挡片配合形成滚盘运动腔的滚道，其中：滚盘可相对于挡片沿滚道的内表面滚动地设置于滚盘运动腔内；至少一个挡片包括基板以及置于基板朝向滚盘一侧且相互绝缘的第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元。该摩擦纳米发电机结构紧凑，可在波浪激励作用下，基于滚盘的运动，依靠摩擦电极层产生交流电并加载给负载，实现对波浪能的吸收并转化为电能。
Description
技术领域
本发明涉及纳米新能源、波浪能收集领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机。
背景技术
现代社会资源环境的约束对于清洁可再生能源提出了更高的要求，而波浪能作为一种清洁能源具有极大的应用潜力，而现有波浪能收集技术一般采用电磁式发电机，存在技术复杂、成本较高等限制，且经过多年的发展，仍停留在小规模试验运行阶段。
摩擦纳米发电技术的基本原理是利用摩擦(接触)在两表面(其中至少一个为绝缘材料)生成静电荷，当接触表面分离时，静电荷的分离产生电势差，驱动绝缘表面下感应电极中的自由电荷定向移动，从而收集环境中的机械能，并转化为电能。摩擦纳米发电技术尤其适用于收集低频运动的机械能，且具有结构简单、成本低、材料选择丰富等优势。将其应用于波浪能收集领域，将提供一条新的技术路径。
因此，制造一种应用纳米摩擦发电技术的用于收集波浪的摩擦纳米发电机器显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种摩擦纳米发电机，上述摩擦纳米发电机通过装置在波浪中晃动，基于内部结构间发生的摩擦产生电能，并供给负载，简洁的装置结构利于较好的吸收波浪能并将机械能转化为电能。
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，包括壳体和发电机组件，所述发电机组件置于所述壳体内部，且所述发电机组件包括若干发电机单元，其中，每个所述发电机单元包括两个相对设置的挡片、位于两个所述挡片之间的滚盘以及置于所述滚盘周侧且与两个所述挡片配合形成滚盘运动腔的滚道，其中：
所述滚盘可相对于所述挡片沿所述滚道的内表面滚动地设置于所述滚盘运动腔内；
至少一个所述挡片包括基板以及置于所述基板朝向所述滚盘一侧的第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元，所述第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元相互绝缘。
上述摩擦纳米发电机中，摩擦纳米发电机包括壳体和置于壳体内部的发电机组件，而发电机组件包括若干发电机单元，每个发电机单元包括两个相对设置的挡片、位于两个挡片之间的滚盘以及置于滚盘周侧且与两个挡片配合形成滚盘运动腔的滚道。当壳体受到波浪等机械能激励时，每个发电机单元内的滚盘可相对于挡片在滚盘运动腔内、沿滚道的内表面滚动，且在该过程中滚盘与位于其两侧的至少一个挡片上的摩擦电极层不断摩擦，从而使得滚盘上产生电荷；该电荷可在相互绝缘的第一摩擦电极单元与第二摩擦电极单元上感应产生在第一摩擦电极单元与第二摩擦电极单元间来回移动的电荷，从而产生交流电供给负载。综上，本发明提供的摩擦纳米发电机结构紧凑，可在波浪的激励作用下，基于滚盘的运动，依靠摩擦电极层产生交流电并加载给负载，实现对波浪能的吸收并转化为电能。
因此，上述摩擦纳米发电机通过装置在波浪中晃动中，基于内部结构间发生的摩擦产生电能，并供给负载，简洁的装置结构利于较好的吸收波浪能并将机械能转化为电能。
优选地，所述滚盘为非绝缘材料制备的滚盘，每个所述挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第一电极层、设置于所述第一电极层背离所述基板一侧的第一摩擦层；
所述第二摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第二电极层、设置于所述第二电极层背离所述基板一侧的第二摩擦层；
所述第一摩擦层和第二摩擦层的制备材料为绝缘材料。
优选地，每个挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括至少一个第一电极层，所述第二摩擦电极单元包括至少一个第二电极层，且所述第一电极层与所述第二电极层交替排列。
优选地，所述滚盘为绝缘材料制备的滚盘，每个所述挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第一电极层；
所述第二摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第二电极层。
优选地，每个挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括至少一个第一电极层，所述第二摩擦电极单元包括至少一个第二电极层，且所述第一电极层与所述第二电极层交替排列。
优选地，所述壳体还包括用于调节重心的配重部。
优选地，所述发电机组件中，各所述发电机单元的挡片相互平行、且多个所述发电机单元沿垂直于所述挡片的方向排列。
优选地，所述发电机组件中，前一所述发电机单元朝向后一所述发电机单元一侧的所述基板与后一所述发电机单元朝向前一所述发电机单元一侧的所述基板具有一体式结构。
优选地，所述发电机组件中，多个所述发电机单元的滚道具有一体式结构，且各所述滚道配合形成一与所述挡片平行的安装板，所述安装板上设有与所述滚盘一一对应的通孔，每一对相互对应的通孔和滚盘中，所述通孔的孔壁形成与所述滚盘对应的滚道的内表面。
优选地，所述发电机组件中，各所述发电机单元中，位于所述安装板同一侧的各挡片的基板具有一体式结构。
优选地，所述滚盘与所述挡片平行设置。
优选地，所述滚盘运动腔下侧曲率半径与所述滚盘曲率半径之差为6.25cm-100cm。
优选地，还包括用于整流及调压的电源管理电路。
优选地，所述电源管理电路的输入端与所述发电机组件中每个所述发电机单元内的所述第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元分别电连接。
优选地，所述电源管理电路的输入端与所述发电机组件中每个所述发电机单元内的所述第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元并联后的整体输出端电连接。
优选地，还包括用于连接每个所述发电单元内第一摩擦电极单元的第一导电体和用于连接每个所述发电单元中第二摩擦电极单元的第二导电体，所述第一导电体与所述第二导电体分别与所述电源管理电路的输入端电连接。
附图说明
图1为本发明实施例提供的摩擦纳米发电机结构示意图；
图2为本发明实施例提供的摩擦纳米发电机中发电机组件结构示意图；
图3为本发明实施例结构中发电机单元剖切结构示意图；
图4为本发明实施例结构中发电机单元正视图；
图5为本发明实施例提供的摩擦纳米发电机安装配重部后在水面浮动的状态和受力情况图；
图6为图5中结构在波浪中的运动过程图；
图7为本发明实施例提供的摩擦纳米发电机中发电机单元的另一种结构示意图；
图8为本发明实施例提供的摩擦纳米发电机电路图；
图9为本发明实施例提供的摩擦纳米发电机中一个发电机单元输出效果图。
图标：110-封装外壳；120-封装盖板；200-发电机组件；210-滚道；211-滚盘运动腔；220-滚盘；230-挡片；231-基板；232-第一电极层；233-第一摩擦层；234-第二电极层；235-第二摩擦层；241-第一导电体；242-第二导电体；300-质量块；400-整流桥；500-电容；600-输出端。
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。
请参考图1-图3，本发明提供一种摩擦纳米发电机，包括壳体和发电机组件200，发电机组件200置于壳体内部，且发电机组件200包括若干发电机单元，其中，每个发电机单元包括两个相对设置的挡片230、位于两个挡片230之间的滚盘220以及置于滚盘220周侧且与两个挡片230配合形成滚盘运动腔211的滚道210，其中：
滚盘220可相对于挡片230沿滚道210的内表面滚动地设置于滚盘运动腔211内；
至少一个挡片230包括基板231以及置于基板231朝向滚盘220一侧的第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元，第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元相互绝缘。
上述摩擦纳米发电机中，摩擦纳米发电机包括壳体和置于壳体内部的发电机组件200，而发电机组件200包括若干发电机单元，每个发电机单元包括两个相对设置的挡片230、位于两个挡片230之间的滚盘220以及置于滚盘220周侧且与两个挡片230配合形成滚盘运动腔211的滚道210。当壳体受到波浪等机械能激励时，每个发电机单元内的滚盘220可相对于挡片230在滚盘运动腔211内、沿滚道210的内表面滚动，且在该过程中滚盘220与位于其两侧的至少一个挡片230上的摩擦电极层不断摩擦，从而使得滚盘220上产生电荷；该电荷可在相互绝缘的第一摩擦电极单元与第二摩擦电极单元上感应产生在第一摩擦电极单元与第二摩擦电极单元间来回移动的电荷，从而产生交流电供给负载。综上，本发明提供的摩擦纳米发电机结构紧凑，可在波浪的激励作用下，基于滚盘220的运动，依靠摩擦电极层产生交流电并加载给负载，实现对波浪能的吸收并转化为电能。
因此，上述摩擦纳米发电机通过装置在波浪中晃动，基于内部结构间发生的摩擦产生电能，并供给负载，简洁的装置结构利于较好的吸收波浪能并将机械能转化为电能。在上述技术方案的基础上，本发明提供的摩擦纳米发电机中，壳体的制备材料可为金属、聚合物以及复合材料等各种结构材料，每个发电机单元中，基板231及滚道210的制备材料均可为聚合物以及复合材料等各种绝缘结构材料。
此外，需要说明的是，滚盘220的材料可为金属、聚合物以及无机氧化物等具摩擦起电效应的材料。而针对不同材料的滚盘220，挡片230具有不同结构，具体至少为以下几种结构中的一种：
结构一：滚盘220为非绝缘材料制备的滚盘220，每个挡片230中：
请继续参考图3，第一摩擦电极单元包括设置于基板231朝向滚盘220一侧表面的第一电极层232、设置于第一电极层232背离基板231一侧的第一摩擦层233；
第二摩擦电极单元包括设置于基板231朝向滚盘220一侧表面的第二电极层234、设置于第二电极层234背离基板231一侧的第二摩擦层235；
第一摩擦层233和第二摩擦层235的制备材料为绝缘材料。
具体的，请参考图4，当滚盘220为非绝缘材料制备，壳体受到波浪激励时，滚盘220在滚盘运动腔211内往复滚动，并与自身两侧挡片230上的第一摩擦层233及第二摩擦层235摩擦，滚盘220和第一摩擦层233与第二摩擦层235组成的摩擦层分别带异种电荷，带电滚盘220上的电荷会在第一电极层232与第二电极层234组成的电极层上产生感应电荷，且随着滚盘220在滚盘运动腔211内的往复滚动，感应电荷通过外电路在第一电极层232与第二电极层234间来回移动，从而产生交流电。
需要说明的是，第一电极层232及第二电极层234的制备材料可为金属、ITO以及碳材料等导电薄膜。第一摩擦层233及第二摩擦层235的制备材料可以为聚合物以及无机氧化物等易于摩擦起电材料。
在结构一中技术方案的基础上，作为一种优选实施方式，每个挡片230中：
第一摩擦电极单元包括至少一个第一电极层232，第二摩擦电极单元包括至少一个第二电极层234，且第一电极层232与第二电极层234交替排列。
需要说明的是，第一摩擦电极单元包括的第一电极层232与第二摩擦电极单元包括的第二电极层234可均为奇数个，也可均为偶数个，也可以一个是奇数个另一个是偶数个，但必须满足第一电极层232与第二电极层234交替排列的要求。
为了简化结构，优选的，可以选取每个挡片230的基板231一侧的第一摩擦电极单元仅包括一个第一电极层232，第二摩擦电极单元包括一个仅包括一个第二电极层234，且第一电极层232与第二电极层234之间绝缘设置。
结构二：滚盘220为绝缘材料制备的滚盘220，每个挡片230中：
第一摩擦电极单元包括设置于基板231朝向滚盘220一侧表面的第一电极层232；
第二摩擦电极单元包括设置于基板231朝向滚盘220一侧表面的第二电极层234。
具体的，当滚盘220为绝缘材料制备，壳体受到波浪激励时，滚盘220在滚盘运动腔211内往复滚动，并与自身两侧挡片230上的第一电极层232及第二电极层234摩擦，滚盘220和第一电极层232与第二电极层234组成的电极层分别带异种电荷，随着滚盘220在滚盘运动腔211内的往复滚动，感应电荷通过外电路在第一电极层232与第二电极层234间来回移动，从而产生交流电。
同样的，第一电极层232及第二电极层234的制备材料可为金属、ITO以及碳材料等导电薄膜。
在结构二中技术方案的基础上，作为一种优选实施方式，每个挡片230中：
第一摩擦电极单元包括至少一个第一电极层232，第二摩擦电极单元包括至少一个第二电极层234，且第一电极层232与第二电极层234交替排列。
需要说明的是，第一摩擦电极单元包括的第一电极层232与第二摩擦电极单元包括的第二电极层234可均为奇数个，也可均为偶数个，也可以一个是奇数个另一个是偶数个，但必须满足第一电极层232与第二电极层234交替排列的要求。
为了简化结构，优选的，可以选取每个挡片230的基板231一侧的第一摩擦电极单元仅包括一个第一电极层232，第二摩擦电极单元包括一个仅包括一个第二电极层234，且第一电极层232与第二电极层234之间绝缘设置。
在上述技术方案的基础上，需要说明的是，壳体的结构可以是一体的也可以是分体的，为了便于对壳体内部发电机组件200的安装与维护，优选的，上述壳体为分体结构，包括具有发电机组件200的容纳腔的封装外壳110和用于封闭封装外壳110开口的封装盖板120，具体请继续参考图1。
优选的，封装盖板120与封装外壳110的接口处设置有密封件。此外，壳体的外侧不一定是光滑结构，也可以包含各种形式的突起结构，以更好地受到波浪的作用。
在上述技术方案的基础上，为减小滚盘220在滚动过程中表面的摩擦力，优选的，滚盘220表面可以制作粗糙、波纹结构以及各种微纳米结构。
在上述技术方案的基础上，滚盘220的结构可以为能在滚盘运动腔211内发生相对运动的各种形状盘式结构，优选的，滚盘220为圆盘。
此外，需要说明的是，由于滚盘运动腔211的曲率会影响滚盘220的滚动周期，因此，滚盘运动腔211的曲率可以根据设计需要进行变化。又因为滚盘220的滚动周期可近似用单摆周期公式来计算，因此滚盘运动腔211下侧曲率半径与滚盘220曲率半径之差可等价为单摆的摆长，从而可以通过调节此参数以达到与波浪的共振。一般波浪能量集中在2Hz-0.5Hz，则滚盘运动腔211下侧曲率半径与滚盘220曲率半径差为的范围可为6.25cm-100cm，例如，波浪能量集中在1Hz左右，则优选的曲率半径差为25cm。
在上述技术方案的基础上，为了更好的吸收波浪能，壳体还包括用于调节重心的配重部。
在上述技术方案的基础上，作为一种优选实施方式，壳体的配重部为设置于壳体外部的质量块300，请继续参考图1。质量块300可为金属、陶瓷等高密度材料。
需要说明的是，请参考图5，本发明提供的摩擦纳米发电机中，由于壳体外部安装了质量块300，则整个发电机的重心会下移，与浮心不重合，当本发明提供的摩擦纳米发电机发生偏转且重心与浮心的连线不竖直时，这一不重合结构将产生一个回复力矩，使器件回复图示位置，并由于惯性作用，产生类似单摆的摆动，并使内部滚盘220在滚盘运动腔211内发生滚动。
具体的工作过程如图6所示，在状态(1)时，整个发电机由于波浪产生倾斜，且因重心和浮心不重合，会产生一个回复力矩，使发电机回摆，此时，内部滚盘220会相对滚动，进入状态(2)；由于惯性作用，发电机在经过状态(2)后会继续向右侧摆动，从而进入状态(3)，此时滚盘220滚动到另一端，并由于回复力矩，回摆至状态(4)，并由于惯性进一步达到状态(1)，从而形成周期摆动。
需要说明的是，当此发电机摆动的周期与波浪的周期及滚盘220滚动的周期一致时，会产生共振，使摆动最大化，从而最大程度收集波浪能量。此发电机摆动的周期也可近似由单摆周期公式估算，重心与浮心的距离优选为25cm。
在上述技术方案的基础上，需要说明的是，发电机组件200中的多个发电机单元的排列方式存在多种方式，具体至少为以下几种方式中的一种“
方式一：请继续参考图1和图2，发电机组件200中，各发电机单元的挡片230相互平行、且多个发电机单元沿垂直于挡片230的方向排列。
在方式一中技术方案的基础上，发电机组件200中，前一发电机单元朝向后一发电机单元一侧的基板231与后一发电机单元朝向前一发电机单元一侧的基板231具有一体式结构。
方式二：请参考图7，发电机组件200中，多个发电机单元的滚道210具有一体式结构，且各滚道210配合形成一与挡片230平行的安装板，安装板上设有与滚盘220一一对应的通孔，每一对相互对应的通孔和滚盘220中，通孔的孔壁形成与滚盘220对应的滚道210的内表面。
在方式二中技术方案的基础上，发电机组件200中，各发电机单元中，位于安装板同一侧的各挡片230的基板231具有一体式结构。
方式三:以方式二中的多个发电机单元组成的结构作为一个大发电机单元，且多个上述大发电机单元的挡片230相互平行、且多个大发电机单元沿垂直于挡片230的方向排列。
在上述技术方案的基础上，为了使滚盘220在滚盘运动腔211内滚动时与挡片230上的第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元更好的摩擦，作为一种优选实施方式，滚盘220与挡片230平行设置。
在上述技术方案的基础上，本发明提供的摩擦纳米发电机还包括用于整流及调压的电源管理电路。
作为一种优选实施方案，请参考图8，上述电源管理电路包括用于整合发电机组件200输出电流的整流桥400以及用于储存电量的电容500。需要说明的是，整流桥400对从发电机组件200输出的电流整流后，给电容500充电并通过输出端600输出给负载。
值得注意的是，发电机组件200与电源管理电路的输入端的连接方式有多种，具体至少为以下几种结构中的一种：
连接结构一：电源管理电路的输入端与发电机组件200中每个发电机单元内的第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元分别电连接。
具体的，电源管理电路中的整流桥400可对每个发电机单元的输出分别整流，再对同一电容500充电并输出给负载。
连接结构二：电源管理电路的输入端与发电机组件200中每个发电机单元内的第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元并联后的整体输出端电连接。
具体的，每个发动机单元中的第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元汇聚后形成一个输入端，每个发动机单元中的第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元汇聚后形成另一个输入端，两个输入端输入整流桥400，整流桥400的输出端给电容500充电并输出给负载。
在上述技术方案的基础上，为了便于每个发动机单元中第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元电流的汇聚以及每个发动机单元中第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元电流的汇聚，优选的，本发明提供的摩擦纳米发电机还包括用于连接每个发电单元内第一摩擦电极单元的第一导电体和用于连接每个发电单元中第二摩擦电极单元的第二导电体，第一导电体与第二导电体分别与电源管理电路的输入端电连接。
在上述技术方案的基础上，第一导电体241连接每个发动机单元中的第一电极层232，第二导电体242连接每个发动机单元中的第二电极层234，例如图2中所示。
此外，需要说明的是，第一导电体241和第二导电体242的制备材料可为金属、ITO、碳材料等导电材料。
综上，选取滚盘220为圆盘时，本发明提供的摩擦纳米发电机中单个发电机单元的输出效果如图9所示，在该发电机单个发电机单元的体积小于直径为7cm的现有球形波浪能发电机的情形下，该发电机单个发电机单元实际测得的电荷量输出远大于球形波浪能发电机的电荷量，达到500nC以上。
值得注意的是，本发明提供的整个摩擦纳米发电机的输出可由各单元并联得到，输出电荷量将是各单元的加和。明显的，本发明提供的摩擦纳米发电机在用于波浪能回收时，可与波浪发生共振，提高吸收波浪能的效果，输出电荷密度高，功率密度大。
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 (15)
1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括壳体和发电机组件，所述发电机组件置于所述壳体内部，且所述发电机组件包括若干发电机单元，其中，每个所述发电机单元包括两个相对设置的挡片、位于两个所述挡片之间的滚盘以及置于所述滚盘周侧且与两个所述挡片配合形成滚盘运动腔的滚道，其中：
所述滚盘可相对于所述挡片沿所述滚道的内表面滚动地设置于所述滚盘运动腔内；
至少一个所述挡片包括基板以及置于所述基板朝向所述滚盘一侧的第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元，所述第一摩擦电极单元和第二摩擦电极单元相互绝缘；
所述滚盘运动腔下侧曲率半径与所述滚盘曲率半径之差为6.25cm-100cm。
2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述滚盘为非绝缘材料制备的滚盘，每个所述挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第一电极层、设置于所述第一电极层背离所述基板一侧的第一摩擦层；
所述第二摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第二电极层、设置于所述第二电极层背离所述基板一侧的第二摩擦层；
所述第一摩擦层和第二摩擦层的制备材料为绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，每个挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括至少一个第一电极层，所述第二摩擦电极单元包括至少一个第二电极层，且所述第一电极层与所述第二电极层交替排列。
4.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述滚盘为绝缘材料制备的滚盘，每个所述挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第一电极层；
所述第二摩擦电极单元包括设置于所述基板朝向所述滚盘一侧表面的第二电极层。
5.根据权利要求4所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，每个挡片中：
所述第一摩擦电极单元包括至少一个第一电极层，所述第二摩擦电极单元包括至少一个第二电极层，且所述第一电极层与所述第二电极层交替排列。
6.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述壳体还包括用于调节重心的配重部。
7.根据权利要求1-6任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述发电机组件中，各所述发电机单元的挡片相互平行、且多个所述发电机单元沿垂直于所述挡片的方向排列。
8.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述发电机组件中，前一所述发电机单元朝向后一所述发电机单元一侧的所述基板与后一所述发电机单元朝向前一所述发电机单元一侧的所述基板具有一体式结构。
9.根据权利要求1-6任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述发电机组件中，多个所述发电机单元的滚道具有一体式结构，且各所述滚道配合形成一与所述挡片平行的安装板，所述安装板上设有与所述滚盘一一对应的通孔，每一对相互对应的通孔和滚盘中，所述通孔的孔壁形成与所述滚盘对应的滚道的内表面。
10.根据权利要求9所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述发电机组件中，各所述发电机单元中，位于所述安装板同一侧的各挡片的基板具有一体式结构。
11.根据权利要求1-6任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述滚盘与所述挡片平行设置。
12.根据权利要求2或3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括用于整流及调压的电源管理电路。
13.根据权利要求12所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电源管理电路的输入端与所述发电机组件中每个所述发电机单元内的所述第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元分别电连接。
14.根据权利要求12所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电源管理电路的输入端与所述发电机组件中每个所述发电机单元内的所述第一摩擦电极单元及第二摩擦电极单元并联后的整体输出端电连接。
15.根据权利要求14所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括用于连接每个所述发电单元内第一摩擦电极单元的第一导电体和用于连接每个所述发电单元中第二摩擦电极单元的第二导电体，所述第一导电体与所述第二导电体分别与所述电源管理电路的输入端电连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711476905.6A CN109546883B (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种摩擦纳米发电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711476905.6A CN109546883B (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种摩擦纳米发电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109546883A CN109546883A (zh) | 2019-03-29 |
| CN109546883B true CN109546883B (zh) | 2020-04-10 |
Family
ID=65830777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711476905.6A Active CN109546883B (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种摩擦纳米发电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109546883B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110138258B (zh) * | 2019-05-21 | 2021-05-11 | 电子科技大学 | 一种风铃式摩擦纳米发电机及其制作方法 |
| CN111307120B (zh) * | 2019-07-22 | 2022-10-21 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种传感器、海洋波谱的测量系统及其测量方法 |
| CN112145548B (zh) * | 2020-08-31 | 2021-12-28 | 清华大学 | 自供能滚动轴承、轴承组件和旋转机械 |
| CN114374336B (zh) * | 2022-01-14 | 2024-04-19 | 上海大学 | 一种伞型四电极波浪能量收集摩擦纳米发电机 |
| CN114738173B (zh) * | 2022-04-06 | 2024-03-29 | 大连海事大学 | 一种基于摩擦纳米发电机的波浪能收集装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104682766B (zh) * | 2013-11-26 | 2017-08-08 | 北京纳米能源与系统研究所 | 基于独立摩擦层的纳米发电机、发电机组和发电方法 |
| CN203851063U (zh) * | 2014-01-24 | 2014-09-24 | 国家纳米科学中心 | 一种振动式摩擦发电装置及海浪发电装置 |
| KR101557070B1 (ko) * | 2014-03-17 | 2015-10-02 | 연세대학교 산학협력단 | 마찰전기 에너지 수확 소자 및 이의 제조 방법 |
| KR20170087122A (ko) * | 2016-01-19 | 2017-07-28 | 한국기계연구원 | 마찰전기 발전기 및 그 제조방법 |
| CN205547047U (zh) * | 2016-04-13 | 2016-09-07 | 纳智源科技（唐山）有限责任公司 | 自发电发光诱捕渔笼 |
| US10770990B2 (en) * | 2016-05-10 | 2020-09-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Triboelectric generator |
| CN106655875A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-05-10 | 北京大学 | 可拉伸摩擦发电机和制备方法 |
-
2017
- 2017-12-29 CN CN201711476905.6A patent/CN109546883B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109546883A (zh) | 2019-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109546883B (zh) | 一种摩擦纳米发电机 | |
| CN110932591B (zh) | 摆式摩擦纳米发电机、供能器件及传感器 | |
| CN112564541B (zh) | 一种用于低频运动的电磁摩擦电混合式能量收集器 | |
| CN105915117B (zh) | 摩擦‑压电‑磁电复合式振动微能源采集器 | |
| CN108322083A (zh) | 基于摩擦纳米发电机的波浪能高效发电装置 | |
| Du et al. | Recent advances in mechanical vibration energy harvesters based on triboelectric nanogenerators | |
| CN109510505B (zh) | 一种摩擦纳米发电机 | |
| Liu et al. | Ultra-high output hybrid nanogenerator for self-powered smart mariculture monitoring and warning system | |
| CN107086649B (zh) | 一种电磁压电复合式波浪能收集装置 | |
| CN204131203U (zh) | 一种无线传感器网络节点的自供电装置 | |
| CN112039365A (zh) | 一种基于液态金属的振动能量收集装置及其应用 | |
| CN108539951A (zh) | 一种二维电磁式动能采集器 | |
| CN112187104B (zh) | 一种旋转式压电-摩擦复合发电机 | |
| Yang et al. | Triboelectric nanogenerator integrated with a simple controlled switch for regularized water wave energy harvesting | |
| Xue et al. | Coil-levitated hybrid generator for mechanical energy harvesting and wireless temperature and vibration monitoring | |
| CN108039832A (zh) | 一种摩擦发电装置 | |
| CN115459622A (zh) | 一种涡激振动发电装置 | |
| CN206759340U (zh) | 一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器 | |
| CN108649832A (zh) | 基于悬挂式振动的接触式摩擦发电装置 | |
| CN111510016B (zh) | 能够同时收集机械能和热能的直流纳米发电机及传感器 | |
| CN110165926B (zh) | 三维多层电极及包含其的摩擦纳米发电机 | |
| CN207801780U (zh) | 一种基于独立层模式的摩擦发电装置 | |
| CN115111107B (zh) | 一种基于纳米发电机的全方位波浪能发电装置 | |
| CN113217260B (zh) | 一种波浪能发电装置 | |
| CN111313745A (zh) | 一种摩擦纳米发电机、发电方法及发电系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |