CN110620523A - 一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机 - Google Patents

一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机包括外壳、动力部件、传动部件、发电组件；所述传动部件、发电组件采用串联的方式安装于外壳内部；基于摆线位移设计的波浪板，一方面可将旋转运动转换成高频的接触‑分离运动，另一方面可减少动力传输过程中的机械冲击。同时，摩擦纳米发电机的发电组件，可将传动部件输出往复直线运动转化成多高频的接触‑分离运动或者进行摩擦纳米发电机与电磁发电机复合发电，提升了发电机的输出性能，完成在水流与风能环境下的能量收集工作；同时，本发明由结构简单、体积小、具有组网发电的能力，可进行集群式布置，大大提高发电能力。

Description

一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机
技术领域
本发明涉及能量转换领域，特别涉及一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机。
背景技术
持续消耗化石燃料正在进一步加剧全球能源危机，开发替代能源是解决这一问题的重要途径。现代替代能源主要包括太阳能，风能，水能和海洋能。其中水能作为一种清洁可再生的能源，具有分布广，储量丰富等优点得到了广泛的关注与开发。目前利用电磁发电机是收集水能的主要方法，但这种方法存在着成本高，对生态环境有负面影响等问题。
2012年首次报道的摩擦电纳米发电机(TENG)，基于摩擦起电和静电感应原理可将环境中的机械能转化为电能，具有高功率密度、高效率、低重量和低制造成本的优点。摩擦电纳米发电机因此在能量收集领域受到了广泛的关注。摩擦电纳米发电机现阶段滑动模式和接触分离模式是大多数摩擦电纳米发电机在水力能量收集中使用的模式。滑动模式摩擦电纳米发电机具有更高频率的电输出，但存在磨损问题；接触分离模式摩擦电纳米发电机具有较小的磨损但电输出频率较低，并且还可能存在有害的机械冲击。因此，需要一种用于收集具有低磨损、低机械冲击和高频电能输出的收集水能和风能的摩擦电纳米发电机。
发明内容
本发明的目的是提供一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机，可以将旋转运动转变为高频直线往复运动。
为了实现上述目的，本发明提供一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机，包括外壳、动力部件、传动部件、发电组件，其中，所述动力部件、传动部件、发电组件采用串联的方式安装，所述传动部件、发电组件设置于外壳内部；所述动力部件为将水能/风能传递给所述传动部件；所述传动部件用以将所述动力部件的旋转运动转换成直线往复运动；所述发电组件为将直线往复运动的机械能转变为电能的摩擦纳米发电组件。
优选的，所述外壳包括轴承端盖、端盖、壳体一、壳体二、螺栓、轴承和滑套；所述轴承端盖边缘设置有通孔一、中间设置有凸台一和通孔二；所述通孔一与螺栓固定连接轴承端盖与端盖；所述传动部件穿过通孔二与动力部件配合连接；所述滑套用于为传动部件的往复直线运动提供支撑；
所述轴承端盖、端盖、壳体一和壳体二之间通过螺栓固定连接。
优选的，所述端盖设置有阶梯孔一，所述阶梯孔一与凸台一配合安装轴承。
优选的，所述壳体一设置有腔体、固定肋板、导向槽、阶梯孔二；所述传动部件安装于腔体内；所述固定肋板设置于壳体一中间位置，其与壳体二通过螺栓固定连接；所述导向槽设置在腔体内侧；所述阶梯孔二设置于壳体一底部用于安装滑套。
优选的，所述动力部件包括能量转换结构和联轴器；所述能量转换结构为叶轮或者风杯；其中所述叶轮将水能传递给传动部件，所述风杯将风能传递给传动部件；所述联轴器用于与所述传动部件连接。
优选的，所述传动部件由传动轴、滚轮、波浪板、螺母二、传动板组件和弹簧组成，将所述动力部件的旋转运动转换成直线往复运动；所述传动轴由阶梯轴一、阶梯轴二两部分组成，所述阶梯轴一与轴承配合与端盖固定，同时阶梯轴一通过联轴器与动力部件连接用以传动，所述阶梯轴二沿阶梯轴一法向均匀布置，通过过盈配合的方式安装滚轮；弹簧设置在波浪板与腔体的内底面之间。
优选的，所述波浪板设置有弧面、推杆、限位凸起和螺母二安装孔，所述弧面是基于摆线位移曲线设计的波浪结构，所述弧面的波峰、波谷的个数都为n；所述弧面侧面设置有限位凸起，所述限位凸起与所述导向槽配合；所述推杆设置于所述弧面底部，推杆端部设置有螺母二安装孔用以在传动时与发电组件连接其中n≥2，且n为整数；优选的，n的取值与所述阶梯轴二的个数相等。
优选的，所述传动板组件为多层式传动组件，包括传动板一、传动板二和螺杆一；所述传动板一设置有连接凸台一可与所述推杆固定连接，在连接凸台一中间位置设置有连接通孔一，传动板一背面设置有限位孔；所述传动板二其上设置有连接凸台二，所述连接通孔二设置于连接凸台二中间；装配时螺杆一依次穿过连接通孔二、连接通孔一与安装于螺母二安装孔的螺母二连接；
优选的，所述传动板组件为折纸型传动组件，包括包括传动板三和螺杆三，传动板三为矩形结构，其上设置有连接凸台三、连接通孔三，通过与螺杆三配合与波浪板固定连接。
优选的，所述传动板组件包括复合型传动组件和螺杆五，复合型传动件为圆柱状结构，设置有连接凸台四、连接通孔四，通过与螺杆五配合与波浪板固定连接；优选的，所述复合型传动件内部设置有磁铁安装槽。
优选的，所述发电组件包括距离固定设置的多个支撑板和发电单元；在所述支撑板的中间设置有通孔八，用于传动板组件的连接凸台通过，传动板组件的传动板设置在两个支撑板之间；所述发电单元为将直线往复运动的机械能转变为电能的摩擦纳米发电组件，在所述支撑板和所述传动板组件的相对运动过程中产生电能。
优选的，所述发电单元为多板式发电单元或折纸型发电单元，其中，所述多板式发电单元分别设置于传动板组件与支撑板之间，每个发电单元包括层叠设置的材料一和材料二，层叠设置的材料三、材料四和材料五，其中，材料二和材料三面对面设置，在传动部件的带动下可以互相接触分离；所述材料一采用强度与韧性适中的材料；所述材料二与材料三(4-4-100-3)及材料四构成一组摩擦对，所述材料二根据摩擦纳米发电机的发电特性采用更易失电子的材料作为摩擦层及电极，材料三及材料四根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料；材料五(4-4-100-5)采用更易失电子的材料以用作电极；
所述折纸型发电单元采用折纸结构，各层发电单元由材料六、材料七、材料八组成，其中，所述材料八采用韧性材料用作折纸型发电单元的多层结构基底；材料六和材料七面对面设置，在传动部件的带动下，多层结构所述材料八带动材料六和材料七可以互相接触分离；所述材料六、材料七构成一组摩擦对，其中材料六根据摩擦纳米发电机的发电特性采用更易失电子的材料作为摩擦层及电极，材料七根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料。
优选的，所述发电组件为混合型发电单元，包括摩擦发电单元、电磁发电单元、底座；所述底座设置在所述支撑板上；所述摩擦电发电单元包括材料九、材料十，根据摩擦纳米发电机的发电特性材料九采用更易失电子的材料作为摩擦层或电极，材料十根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料，所述材料九可粘贴于复合型传动件底部作为摩擦层及电极，或粘贴于底座设置的底座底面作为电极，所述材料十粘贴于底座底面的材料九的表面，作为另一种摩擦材料；材料九、材料十面对面设置，在复合型传动组件的带动下可以互相接触分离；所述电磁发电单元，包括柱状磁铁一、线圈，所述柱状磁铁一设置于磁铁安装槽内部，所述线圈设置于底座侧壁沿圆周方向布置，与柱状磁铁一配合，基于电磁感应原理进行发电。
本发明的技术方案与现有技术相比，有下列优点：
工作时，在水流或风的带动下，叶轮产生旋转运动，通过联轴器旋转运动带动传动部件运动，同时，传动部件将旋转运动转换为发电组件所需的高频往复直线运动。发电组件工作时，材料二与料三及材料四或者材料六与材料七进行有规律的接触分离或相对错动，基于接触起电原理、静电感应原理或电磁感应原理，发电组件的外部电路会产生交流电信号。基于摆线位移设计的波浪板，一方面可将旋转运动转换成高频的接触-分离运动，另一方面可减少动力传输过程中的机械冲击。同时，摩擦纳米发电机的发电组件，可将传动部件输出往复直线运动转化成多高频的接触-分离运动或者进行摩擦纳米发电机与电磁发电机复合发电，提升了发电机的输出性能，完成在水流与风能环境下的能量收集工作。因此，本发明提出的摩擦纳米发电机将水能或者风能转换成电能具有低磨损，低机械冲击和高频电能输出的特点。同时，本发明由结构简单、体积小、具有组网发电的能力，可进行集群式布置，大大提高发电能力。
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为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机结构示意图；
图2为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的外壳结构示意图；
图3为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的轴承端盖示意图；
图4为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的端盖结构视图；
图5为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的壳体一结构示意视图；
图6为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的壳体一结构俯视图；
图7为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的动力部件结构示意图；
图8为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的叶轮结构示意图；
图9为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的风杯结构示意图；
图10为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的传动部件分解视图；
图11为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的传动轴结构示意图；
图12为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的波浪板一结构示意图；
图13为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的波浪板一仰视图；
图14为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的波浪板二结构示意图；
图15为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的波浪板二结构仰视图；
图16为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的波浪板三结构示意图；
图17为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的波浪板三结构仰视图；
图18为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的多层式传动组件装配示意图；
图19为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的多层式传动组件的传动板一结构示意图；
图20为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的多层式传动组件的传动板一结构仰视图；
图21为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的多层式传动组件的传动板二的结构示意图；
图22为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的折纸型传动组件结构示意图；
图23为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的折纸型传动组件的传动板三结构示意图；
图24为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的复合型传动组件结构示意图；
图25为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的复合型传动组件的复合型传动件结构示意图；
图26为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的结构示意图；
图27为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的圆形支撑板结构示意图；
图28为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的方形支撑板结构示意图；
图29为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的多板式发电单元结构示意图；
图30为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的折纸型发电单元结构示意图；
图31为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的混合型发电单元装配结构示意图；
图32为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的发电组件的混合型发电单元结构示意图；
图33为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的混合型发电单元的底座结构示意图；
图34为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的收集水能时集群设计示意图；
图35为本发明提出的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机的收集风能时集群设计示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-35对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供的水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机，参见图1、图8和图9，包括外壳1、动力部件2、传动部件3、发电组件4；所述动力部件2、传动部件3、发电组件4采用串联的方式安装，所述传动部件3、发电组件4设置于外壳1内部。动力部件2可以为叶轮2-1-100或者风杯2-1-101，其中叶轮2-1-100将水能传递给传动部件3，所述风杯2-1-101将风能传递给传动部件3。传动部件3用以将动力部件2的旋转运动转换成直线往复运动。发电组件4为将直线往复运动的机械能转变为电能的摩擦纳米发电组件。
所述外壳1包括轴承端盖1-1、端盖1-2、壳体一1-3、壳体二1-4、螺栓1-5、轴承1-6和滑套1-7；所述轴承端盖1-1边缘设置有通孔一1-1-1、中间设置有凸台一1-1-2和通孔二1-1-3；所述通孔一1-1-1用以与螺栓1-5配合将轴承端盖1-1与端盖1-2固定连接；所述通孔二1-1-3可使传动部件3穿过与动力部件2配合连接。滑套1-7用于为传动部件3的往复直线运动提供支撑。
所述轴承端盖1-1、端盖1-2、壳体一1-3和壳体二1-4之间通过螺栓1-5固定连接。本发明中主要采用穿过支耳的通孔中设置螺栓的方式进行固定连接(参见附图2、4、6)，也可以采用其它连接方式进行固定连接。
所述端盖1-2设置有阶梯孔一1-2-1、螺纹孔1-2-2、支耳一1-2-3、通孔三1-2-4；所述阶梯孔一1-2-1与凸台一1-1-2配合安装轴承1-6；所述支耳一1-2-3对称设置于端盖1-2两端，其上设置有通孔三1-2-4；螺栓1-5穿过通孔三1-2-4固定连接端盖1-2与壳体一1-3。螺纹孔1-2-2与轴承端盖1-1设置的通孔1-1-1配合将轴承端盖1-1与端盖1-2固定。
所述壳体一1-3设置有腔体1-3-1、支耳二1-3-2、通孔四1-3-3、固定肋板1-3-4、支耳三1-3-5、通孔五1-3-6、支耳四1-3-7、通孔六1-3-8、导向槽1-3-9、阶梯孔二1-3-10；所述腔体1-3-1用以安装传动部件3；所述支耳二1-3-2对称设置于壳体一1-3端部，其上设置有通孔四1-3-3，所述通孔四1-3-3与通孔三1-2-4配合通过螺栓1-5固定连接；所述固定肋板1-3-4设置于壳体一1-3中间位置，其四周均匀设置有支耳四1-3-7，其上设置有通孔六1-3-8，使其与壳体二1-4通过螺栓1-5固定连接；所述支耳三1-3-5设置于固定肋板1-3-4下方，其上设置有通孔五1-3-6，用以固定发电组件4；在腔体1-3-1内侧设置有导向槽1-3-9；所述阶梯孔二1-3-10设置于壳体一1-3底部用于安装滑套1-7。
所述动力部件2包括能量转换结构2-1和联轴器2-2；所述能量转换结构2-1可以为叶轮2-1-100、风杯2-1-101，其中所述叶轮2-1-100将水能传递给传动部件3，所述风杯2-1-101将风能传递给传动部件3；所述联轴器2-2用于与所述传动部件3连接。
所述传动部件3由传动轴3-1、滚轮3-2、波浪板3-3、螺母二3-4、传动板组件3-5、弹簧3-6组成；所述传动部件3用以将动力部件2的旋转运动转换成直线往复运动；所述传动轴3-1由阶梯轴一3-1-1、阶梯轴二3-1-2两部分组成，所述阶梯轴一3-1-1与轴承4配合与端盖5固定，同时阶梯轴一3-1-1通过联轴器2-2与动力部件2连接用以传动，所述阶梯轴二3-1-2沿阶梯轴一3-1-1法向均匀布置，通过过盈配合的方式安装滚轮3-2。弹簧3-6设置在波浪板3-3与腔体1-3-1的内底面之间，用于为波浪板3-3回位提供回弹力。
所述波浪板3-3设置有弧面、推杆、限位凸起和螺母二安装孔，所述弧面是基于摆线位移曲线设计的波浪结构，所述弧面的波峰、波谷的个数都为n；所述弧面侧面设置有限位凸起，所述限位凸起与所述导向槽1-3-9配合；所述推杆设置于所述弧面底部，推杆端部设置有螺母二安装孔用以在传动时与发电组件4连接。在能量转换结构2-1的带动下，阶梯轴二3-1-2带动滚轮3-2旋转，并在弹簧3-6共同作用下，推动波浪板3-3上下往复运动，将旋转的机械能转变为高频往复运动。
所述波浪板3-3可以为波浪板一3-300、波浪板二3-301、波浪板三3-302三种形式。
所述波浪板一3-300设置有弧面一3-300-1、推杆一3-300-2、限位凸起一3-300-3和螺母安装孔一3-300-4；所述弧面一3-300-1是基于摆线位移曲线设计的波浪结构，所述弧面一3-300-1的波峰一3-300-1-1、波谷一3-300-1-2的个数都为四；所述弧面一3-300-1侧面设置有限位凸起一3-300-2，所述限位凸起一3-300-2与导向槽1-3-9配合，以限制传动部件3的波浪板7-3的周向转动；所述推杆一3-300-3设置于弧面一3-300-1底部，推杆一3-300-3端部设置有螺母安装孔一3-300-4用以在传动时与发电组件4连接。
所述波浪板二3-301设置有弧面二3-301-1、推杆二3-301-2、限位凸起二3-301-3和螺母安装孔二3-301-4，所述弧面二3-301-1是基于摆线位移曲线设计的波浪结构，所述弧面二3-301-1的波峰二3-301-1-1、波谷二3-301-1-2的个数都为三；所述弧面二3-301-1侧面设置有限位凸起二3-301-2，所述限位凸起二3-301-2与导向槽1-3-9配合，以限制传动部件3的波浪板7-3的周向转动；所述推杆二3-301-3设置于弧面二3-301-1底部，推杆二3-301-3端部设置有螺母安装孔二3-301-4用以在传动时与发电组件4连接。
所述波浪板三3-302设置有弧面三3-302-1、推杆三3-302-2、限位凸起三3-302-3和螺母安装孔三3-302-4；所述弧面三3-302-1是基于摆线位移曲线设计的波浪结构，所述弧面三3-302-1的波峰三3-302-1-1、波谷三3-302-1-2的个数都为二；所述弧面三3-302-1侧面设置有限位凸起三3-302-2，所述限位凸起三3-302-2与导向槽1-3-9配合，以限制传动部件3的波浪板7-3的周向转动；所述推杆三3-302-3设置于弧面三3-302-1底部，推杆三3-302-3端部设置有螺母安装孔三3-302-4用以在传动时与发电组件4连接；所述波浪板二3-301、波浪板三3-302与波浪板一3-300的不同点在于波浪板二3-301的弧面二3-301-1的弧面参数及波浪板三3-302的弧面三3-300-1的弧面参数与波浪板一3-300的弧面一3-300-1的弧面参数不同，即所述弧面参数峰、谷个数n不同，所述n≥2，且n为整数。在实际摩擦纳米发电机中，n的取值与所述阶梯轴二3-1-2的个数相等。
所述传动板组件3-5可以包括多层式传动组件3-500、折纸型传动组件3-501、复合型传动组件3-502。
所述多层式传动组件3-500包括传动板一3-500-1、传动板3-500-2和螺杆一3-500-3；所述传动板一3-500-1设置有连接凸台一3-500-1-1可与推杆一3-300-2、推杆二3-301-2或推杆三3-302-2固定连接，在连接凸台一3-500-1-1中间位置设置有连接通孔一3-500-1-2，传动板一3-500-1背面设置有限位孔3-500-1-3，用以与传动板二3-500-2配合连接；所述传动板二3-500-2其上设置有连接凸台二3-500-2-1，所述连接通孔二3-500-2-2设置于连接凸台二3-500-2-1中间；装配时螺杆一3-500-3依次穿过连接通孔二3-500-2-2、连接通孔一3-500-1-2与安装于螺母安装孔一3-300-4或螺母安装孔二3-301-4或3-302-4的螺母二3-4连接，从而将传动板组件3-5与波浪板3-3固定连接。
所述折纸型传动组件3-501与多层式传动组件3-500不同点在于所述折纸型传动组件3-501的传动板三3-501-1为矩形结构，包括传动板三3-501-1和螺杆三3-501-2，其上设置有连接凸台三3-501-1-1、连接通孔三3-501-1-2，通过与螺杆三3-501-2配合与波浪板3-3固定连接。
所述复合型传动组件3-502与折纸型传动组件3-501不同点在于所述复合型传动组件3-502的复合型传动件3-502-1为圆柱状结构，包括复合型传动组件3-502和螺杆五3-502-2，所述复合型传动件3-502-1其上设置有连接凸台四3-502-1-1、连接通孔四3-502-1-3，通过与螺杆五3-502-2配合与波浪板3-3固定连接，复合型传动件3-502-1内部可以设置有磁铁安装槽3-501-1-2，用于电磁发电。
所述发电组件4包括距离固定设置的多个支撑板4-3和发电单元4-4；在所述支撑板4-3的中间设置有通孔八4-3-100-3，用于传动板组件的连接凸台通过，传动板组件的传动板(传动板一、传动板二或者传动板三)设置在两个支撑板4-3之间；所述发电单元4-4为将直线往复运动的机械能转变为电能的摩擦纳米发电组件，在所述支撑板4-3和所述传动板组件的相对运动过程中产生电能。该发电组件可以适应以上任意结构的传动板组件3-5，可以与之配合应用。下面具体介绍发电组件4的结构。
所述发电组件4包括螺杆二4-1、螺母一4-2、支撑板4-3、发电单元4-4；所述支撑板4-3分为圆形支撑板4-3-100、方形支撑板4-3-101，所述发电单元4-4分为多板式发电单元4-4-100、折纸型发电单元11-4-101、混合型发电单元11-4-102；所述圆形支撑板4-3-100为圆盘形可与多板式发电单元4-4-100、混合型发电单元11-4-102配合使用，所述圆形支撑板4-3-100沿圆周方向均匀设置有四个支耳五4-3-100-1，并在每个支耳五4-3-100-1上设置有通孔七4-3-100-2，用于与螺杆二4-1及螺母一4-2配合固定连接，在中间位置设置有通孔八4-3-100-3以方便连接凸台一3-500-1-1及连接凸台二3-500-2-1通过，同时方便安装螺杆一3-500-3；m个圆形支撑板4-3-100通过螺杆二4-1串联，并通过螺母一4-2进行限位，所述m≥3，且为整数，在本具体实施方式中m为3，即沿螺杆二4-1自上而下设置有三个圆形支撑板4-3-100，所述传动板一3-500-1设置于上方和中部的圆形支撑板3-3-100之间，所述传动板二3-500-2设置于中部和底部的圆形支撑板4-3-100之间；所述方形支撑板4-3-101设置有支耳六4-101-3-1，并在其上上设置有通孔八4-3-101-2；所述通孔九4-3-101-3设置于方形支撑板4-3-101中间位置用以连接凸台三3-501-1-1通过及安装螺杆三3-501-2。
所述多板式发电单元4-4-100分别设置于传动板组件3-5与支撑板4-3之间，每个发电单元包括层叠设置的材料一4-4-100-1和材料二4-4-100-2，层叠设置的材料三4-4-100-3、材料四4-4-100-4和材料五4-4-100-5，其中，材料二4-4-100-2和材料三4-4-100-3面对面设置，在传动部件的带动下可以互相接触分离；所述材料一4-4-100-1采用强度与韧性适中的材料，本具体实施方式中采用亚克力材料；所述材料二4-4-100-2与材料三4-4-100-3及材料四4-4-100-4构成一组摩擦对，所述材料二4-4-100-2根据摩擦纳米发电机的发电特性采用更易失电子的材料作为摩擦层及电极，在本具体实施方式中采用铜材料，材料三4-4-100-3及材料四4-4-100-4根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料，本具体实施方式中采用聚四氟乙烯(PTFE)和Kapton作为摩擦材料；材料五4-4-100-5采用更易失电子的材料以用作电极，在本具体实施方式中采用铜材料。
所述折纸型发电单元4-4-101采用折纸结构，以进一步增加发电效率，各层发电单元由材料六4-4-101-1、材料七4-4-101-2、材料八4-4-101-3组成，其中，所述材料八4-4-101-3采用韧性材料用作折纸型发电单元4-4-101的多层结构基底，参见图30；材料六4-4-101-1和材料七4-4-101-2面对面设置，在传动部件的带动下，多层结构所述材料八4-4-101-3带动材料六4-4-101-1和材料七4-4-101-2可以互相接触分离；所述材料六4-4-101-1、材料七4-4-101-2构成一组摩擦对，其中材料六4-4-101-1根据摩擦纳米发电机的发电特性采用更易失电子的材料作为摩擦层及电极，在本具体实施方式中选择铜作为材料六4-4-101-1，材料七4-4-101-2根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料，本具体实施方式中采用聚四氟乙烯(PTFE)；所述材料八4-4-101-3宜采用韧性较好的材料用作折纸型发电单元4-4-101的基底，在本具体实施方式中采用材料Kapton。
所述混合型发电单元4-4-102包括摩擦发电单元4-4-102-1、电磁发电单元4-4-102-2、底座4-4-102-3；所述底座4-4-102-3设置在所述支撑板4-3上；所述摩擦电发电单元4-4-102-1包括材料九4-4-102-1-1、材料十4-4-102-1-2，根据摩擦纳米发电机的发电特性材料九4-4-102-1-1采用更易失电子的材料作为摩擦层或电极，在本具体实施方式中选择铜，材料十4-4-102-1-2根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料，本具体实施方式中采用聚四氟乙烯(PTFE)，所述材料九4-4-102-1-1可粘贴于复合型传动件3-502-1底部作为摩擦层及电极，又可粘贴于底座4-4-102-3设置的底座底面4-4-102-3-1作为电极，所述材料十4-4-102-1-2粘贴于底座底面4-4-102-3-1的材料九4-4-102-1-1的表面，作为另一种摩擦材料；材料九4-4-102-1-1、材料十4-4-102-1-2面对面设置，在复合型传动组件3-502的带动下可以互相接触分离；所述电磁发电单元4-4-102-2，包括柱状磁铁一4-4-102-2-1、线圈11-4-102-2-2，所述柱状磁铁一4-4-102-2-1通过胶粘等方式设置于磁铁安装槽3-501-1-3内部，所述线圈4-4-102-2-2设置于底座侧壁4-4-102-3-2沿圆周方向布置，通过胶粘的方式固定，用以与柱状磁铁一4-4-102-2-1配合，基于电磁感应原理进行发电。
工作原理：
工作时，在水流或风的带动下，叶轮产生旋转运动，通过联轴器2-2旋转运动带动传动部件3运动，同时，传动部件3将旋转运动转换为发电组件所需的高频往复直线运动。发电组件工作时，发电单元的材料二4-4-100-2与料三4-4-100-3及材料四4-4-100-4或者材料六4-4-101-1与材料七4-4-101-2进行有规律的接触分离或相对错动，基于接触起电原理、静电感应原理或电磁感应原理，发电组件的外部电路会产生交流电信号。因此，本发明提出的一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机将水能或者风能转换成电能。本发明由于结构简单体积小，可以进行集群布置发电，大大提高发电能力，参见图34和35。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种水能/风能两用运动模式转换型摩擦纳米发电机，其特征在于：包括外壳(1)、动力部件(2)、传动部件(3)、发电组件(4)，其中，
所述动力部件(2)、传动部件(3)、发电组件(4)采用串联的方式安装，所述传动部件(3)、发电组件(4)设置于外壳(1)内部；所述动力部件(2)为将水能/风能传递给所述传动部件(3)；所述传动部件(3)用以将所述动力部件(2)的旋转运动转换成直线往复运动；所述发电组件(4)为将直线往复运动的机械能转变为电能的摩擦纳米发电组件。
2.根据权利要求1所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述外壳(1)包括轴承端盖(1-1)、端盖(1-2)、壳体一(1-3)、壳体二(1-4)、螺栓(1-5)、轴承(1-6)和滑套(1-7)；所述轴承端盖(1-1)边缘设置有通孔一(1-1-1)、中间设置有凸台一(1-1-2)和通孔二(1-1-3)；所述通孔一(1-1-1)与螺栓(1-5)固定连接轴承端盖(1-1)与端盖(1-2)；所述传动部件(3)穿过通孔二(1-1-3)与动力部件(2)配合连接；所述滑套(1-7)用于为传动部件(3)的往复直线运动提供支撑；
所述轴承端盖(1-1)、端盖(1-2)、壳体一(1-3)和壳体二(1-4)之间通过螺栓(1-5)固定连接。
3.根据权利要求2所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述端盖(1-2)设置有阶梯孔一(1-2-1)，所述阶梯孔一(1-2-1)与凸台一(1-1-2)配合安装轴承(1-6)。
4.根据权利要求2或3所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述壳体一(1-3)设置有腔体(1-3-1)、固定肋板(1-3-4)、导向槽(1-3-9)、阶梯孔二(1-3-10)；所述传动部件(3)安装于腔体(1-3-1)内；所述固定肋板(1-3-4)设置于壳体一(1-3)中间位置，其与壳体二(1-4)通过螺栓(1-5)固定连接；所述导向槽(1-3-9)设置在腔体(1-3-1)内侧；所述阶梯孔二(1-3-10)设置于壳体一(1-3)底部用于安装滑套(1-7)。
5.根据权利要求4所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述动力部件(2)包括能量转换结构(2-1)和联轴器(2-2)；所述能量转换结构(2-1)为叶轮(2-1-100)或者风杯(2-1-101)；其中所述叶轮(2-1-100)将水能传递给传动部件(3)，所述风杯(2-1-101)将风能传递给传动部件(3)；所述联轴器(2-2)用于与所述传动部件(3)连接。
6.根据权利要求5所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述传动部件(3)由传动轴(3-1)、滚轮(3-2)、波浪板(3-3)、螺母二(3-4)、传动板组件(3-5)和弹簧(3-6)组成，将所述动力部件(2)的旋转运动转换成直线往复运动；所述传动轴(3-1)由阶梯轴一(3-1-1)、阶梯轴二(3-1-2)两部分组成，所述阶梯轴一(3-1-1)与轴承(4)配合与端盖(5)固定，同时阶梯轴一(3-1-1)通过联轴器(2-2)与动力部件(2)连接用以传动，所述阶梯轴二(3-1-2)沿阶梯轴一(3-1-1)法向均匀布置，通过过盈配合的方式安装滚轮(3-2)；弹簧(3-6)设置在波浪板(3-3)与腔体(1-3-1)的内底面之间。
7.根据权利要求6所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述波浪板(3-3)设置有弧面、推杆、限位凸起和螺母二安装孔，所述弧面是基于摆线位移曲线设计的波浪结构，所述弧面的波峰、波谷的个数都为n；所述弧面侧面设置有限位凸起，所述限位凸起与所述导向槽(1-3-9)配合；所述推杆设置于所述弧面底部，推杆端部设置有螺母二安装孔用以在传动时与发电组件(4)连接其中n≥2，且n为整数；优选的，n的取值与所述阶梯轴二(3-1-2)的个数相等。
8.根据权要求7所述摩擦纳米发电机，其特征在于：
所述传动板组件(3-5)为多层式传动组件(3-500)，包括传动板一(3-500-1)、传动板二(3-500-2)和螺杆一(3-500-3)；所述传动板一(3-500-1)设置有连接凸台一(3-500-1-1)可与所述推杆固定连接，在连接凸台一(3-500-1-1)中间位置设置有连接通孔一(3-500-1-2)，传动板一(3-500-1)背面设置有限位孔(3-500-1-3)；所述传动板二(3-500-2)其上设置有连接凸台二(3-500-2-1)，所述连接通孔二(3-500-2-2)设置于连接凸台二(3-500-2-1)中间；装配时螺杆一(3-500-3)依次穿过连接通孔二(3-500-2-2)、连接通孔一(3-500-1-2)与安装于螺母二安装孔的螺母二(3-4)连接。
9.根据权要求7所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述传动板组件(3-5)为折纸型传动组件(3-501)，包括包括传动板三(3-501-1)和螺杆三(3-501-2)，传动板三(3-501-1)为矩形结构，其上设置有连接凸台三(3-501-1-1)、连接通孔三(3-501-1-2)，通过与螺杆三(3-501-2)配合与波浪板(3-3)固定连接。
10.根据权要求7所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述传动板组件(3-5)包括复合型传动组件(3-502)和螺杆五(3-502-2)，复合型传动件(3-502-1)为圆柱状结构，设置有连接凸台四(3-502-1-1)、连接通孔四(3-502-1-3)，通过与螺杆五(3-502-2)配合与波浪板(3-3)固定连接；优选的，所述复合型传动件(3-502-1)内部设置有磁铁安装槽(3-501-1-2)。
11.根据权利要求8-10任一项所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述发电组件(4)包括距离固定设置的多个支撑板(4-3)和发电单元(4-4)；在所述支撑板(4-3)的中间设置有通孔八(4-3-100-3)，用于传动板组件的连接凸台通过，传动板组件的传动板设置在两个支撑板(4-3)之间；所述发电单元(4-4)为将直线往复运动的机械能转变为电能的摩擦纳米发电组件，在所述支撑板(4-3)和所述传动板组件的相对运动过程中产生电能。
12.根据权利要求11所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述发电单元(4-4)为多板式发电单元(4-4-100)或折纸型发电单元(11-4-101)，其中，所述多板式发电单元(4-4-100)分别设置于传动板组件(3-5)与支撑板(4-3)之间，每个发电单元包括层叠设置的材料一(4-4-100-1)和材料二(4-4-100-2)，层叠设置的材料三(4-4-100-3)、材料四(4-4-100-4)和材料五(4-4-100-5)，其中，材料二(4-4-100-2)和材料三(4-4-100-3)面对面设置，在传动部件的带动下可以互相接触分离；所述材料一(4-4-100-1)采用强度与韧性适中的材料；所述材料二(4-4-100-2)与材料三(4-4-100-3)及材料四(4-4-100-4)构成一组摩擦对，所述材料二(4-4-100-2)根据摩擦纳米发电机的发电特性采用更易失电子的材料作为摩擦层及电极，材料三(4-4-100-3)及材料四(4-4-100-4)根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料；材料五(4-4-100-5)采用更易失电子的材料以用作电极；
所述折纸型发电单元(4-4-101)采用折纸结构，各层发电单元由材料六(4-4-101-1)、材料七(4-4-101-2)、材料八(4-4-101-3)组成，其中，所述材料八(4-4-101-3)采用韧性材料用作折纸型发电单元(4-4-101)的多层结构基底；材料六(4-4-101-1)和材料七(4-4-101-2)面对面设置，在传动部件的带动下，多层结构所述材料八(4-4-101-3)带动材料六(4-4-101-1)和材料七(4-4-101-2)可以互相接触分离；所述材料六(4-4-101-1)、材料七(4-4-101-2)构成一组摩擦对，其中材料六(4-4-101-1)根据摩擦纳米发电机的发电特性采用更易失电子的材料作为摩擦层及电极，材料七(4-4-101-2)根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料。
13.根据权利要求11所述摩擦纳米发电机，其特征在于：所述发电组件为混合型发电单元(4-4-102)，包括摩擦发电单元(4-4-102-1)、电磁发电单元(4-4-102-2)、底座(4-4-102-3)；所述底座(4-4-102-3)设置在所述支撑板(4-3)上；所述摩擦电发电单元(4-4-102-1)包括材料九(4-4-102-1-1)、材料十(4-4-102-1-2)，根据摩擦纳米发电机的发电特性材料九(4-4-102-1-1)采用更易失电子的材料作为摩擦层或电极，材料十(4-102-4-1-2)根据摩擦纳米发电机的发电特性，采用更易得电子的材料作为摩擦材料，所述材料九(4-4-102-1-1)可粘贴于复合型传动件(3-502-1)底部作为摩擦层及电极，或粘贴于底座(4-4-102-3)设置的底座底面(4-4-102-3-1)作为电极，所述材料十(4-4-102-1-2)粘贴于底座底面(4-4-102-3-1)的材料九(4-4-102-1-1)的表面，作为另一种摩擦材料；材料九(4-4-102-1-1)、材料十(4-4-102-1-2)面对面设置，在复合型传动组件(3-502)的带动下可以互相接触分离；所述电磁发电单元(4-4-102-2)，包括柱状磁铁一(4-4-102-2-1)、线圈(11-4-102-2-2)，所述柱状磁铁一(4-4-102-2-1)设置于磁铁安装槽(3-501-1-3)内部，所述线圈(4-4-102-2-2)设置于底座侧壁(4-4-102-3-2)沿圆周方向布置，与柱状磁铁一(4-4-102-2-1)配合，基于电磁感应原理进行发电。
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