CN111193430B

CN111193430B - 全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机

Info

Publication number: CN111193430B
Application number: CN202010026844.9A
Authority: CN
Inventors: 奚伊; 杨红梅; 邓明明; 杨仁余
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: CN111193430A

Abstract

本发明公开了一种摩擦电磁杂化发电机，包括外筒体以及设置在外筒体内的底座和中间板，外筒体的顶盖的内表面上固设有线圈，底座上固定有若干个摩擦纳米发电机单元，每个摩擦纳米发电机单元包括至少一个弯折部，弯折部为U形，弯折部包括弯臂和两个直臂，两个直臂的内侧分别设置有第一摩擦发电单元和第二摩擦发电单元，第一摩擦发电单元包括第一电极层和第一摩擦层，第二摩擦发电单元包括第二电极层；当每个摩擦纳米发电机单元具有多个弯折部时，弯折部竖向延伸呈竖向波浪形；中间板的上表面是凹面，下表面是平面，中间板设置在摩擦纳米发电机单元的上方，中间板上设置有多个扇形的第三摩擦发电单元，中间板上设置有磁铁球。

Description

全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种能在全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机。

背景技术

振动是我们日常生活中随处可见的机械能来源之一，如移动的车辆、振动的桥梁、海浪的振荡等。它具有振动频谱宽、振动方向不确定、振动形式随机等特点。传统的振动能量收集装置主要是基于压电，电磁和静电的三种转换机制。近年来，新发明的基于摩擦起电和静电感应效应的摩擦纳米发电机(TENG)，已经被证实在随机和低频振动机械能收集方面有着独特的优势，相比于传统的电磁发电机(EMG)，TENG重量轻、成本低、结构简单、功率密度高和转换效率高。人们已经设计出各种结构和功能不同的TENGs用于收集振动能量。然而，绝大多数振动能收集装置只能有效地收集单一方向或者很小带宽或者大振幅的振动能量，并且环境中自然振荡频率一般在50Hz并且振动的振幅相对较小，因此导致它们在实际环境应用中受到限制。而且，大部分基于摩擦纳米发电机构建的自供能系统中，发电机的供能部分和应用场景部分是分开的，也就是说需要额外的机械能驱动发电机作为自供能系统中的能源模块，这对于实际应用中是不现实的，如何设计一种高精度微振动机械能的收集和应用场景一体化的摩擦纳米发电机，实现同时收集与监测微振动能，从而实现真正地自供能系统是摩擦纳米发电机是走出实验室，走进生产生活的关键。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机。

本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：

一种摩擦电磁杂化发电机，包括外筒体以及设置在外筒体内的底座和中间板，所述外筒体的顶盖的内表面上固设有线圈，所述底座上固定有若干个摩擦纳米发电机单元，每个摩擦纳米发电机单元包括至少一个由高分子聚合物薄膜制作的弯折部，所述弯折部为U形，弯折部包括弯臂和两个直臂，弯折部的U 形开口朝向水平方向，两个直臂的内侧分别设置有第一摩擦发电单元和第二摩擦发电单元，所述第一摩擦发电单元包括第一电极层和第一摩擦层，所述第一电极层设置在直臂的内表面上，第一电极层上接触设置所述第一摩擦层，所述第二摩擦发电单元包括第二电极层；当每个摩擦纳米发电机单元具有多个弯折部时，弯折部竖向延伸呈竖向波浪形，两个相对的直臂上分别设置有第一摩擦发电单元和第二摩擦发电单元；

所述中间板的上表面是凹面，下表面是平面，中间板设置在摩擦纳米发电机单元的上方，摩擦纳米发电机单元的弯折部顶端固定在中间板的下表面上，摩擦纳米发电机单元对中间板起支撑作用；中间板上设置有多个扇形的第三摩擦发电单元，所述第三摩擦发电单元包括从上往下依次设置的第三摩擦层、第三电极层、基底层；第三摩擦发电单元上设置有向外辐射蜿蜒的叉指状图案；中间板上设置有磁铁球。

作为优选地，所述第二摩擦发电单元还包括缓冲层，所述缓冲层设置在直臂的内表面上，缓冲层接触设置第二电极层；第二摩擦发电单元设置在下方的直臂上。设置缓冲层后，摩擦纳米发电机单元的电输出更大。

在上述技术方案中，所述第二摩擦发电单元还包括第二摩擦层，所述第二电极层设置在直臂的内表面上，第二电极层上接触设置所述第二摩擦层。

作为优选地，所述弯折部和基底层的制作材料均为Kapton膜，Kapton膜具有优良的化学稳定性、耐高温性、坚韧性、耐磨性，来源广泛、易于得到。

作为优选地，所述外筒体的顶盖的内表面上固设有绑线柱，线圈缠绕在所述绑线柱上，绑线柱的下端设置有托盘用于托住线圈。将线圈直接缠绕在绑线柱上，制作容易，托盘可以防止线圈散开。

作为优选地，所述底座上还设置有摩擦纳米发电机单元的固定座，可以指示摩擦纳米发电机单元应该固定的位置、更方便制作。

作为优选地，所述底座、中间板的材质为塑料，材料重量轻、性能优异。

作为优选地，所述摩擦纳米发电机单元的数量为4个，所述第三摩擦发电单元的数量为4个，方便制作、结构稳定、发电机性能优异。

本发明的有益效果是：提供了一种适用于收集宽频谱、全方位的微振动能量的摩擦-电磁杂化发电机。具有制作简单、成本低廉、转换效率高等特点。并且该杂化发电机对于微弱水波蓝色能源的收集有着巨大的应用潜能，利用收集到的水波能量，可以构建真正的自供电海水分解产氢系统和电化学阴极保护系统，可直接将海浪能量转化为氢能，将船体振动的能量转换为船体防腐的电源，这对于未来的清洁能源和海上船体的自我防护有着重大的应用潜能。此外，根据信号峰值个数与振动强度之间的线性关系，可以实现高灵敏度自供电振幅监测和报警系统，可用于桥梁的振动强度检测、地震监测等领域。该发明对于随机的宽频谱下任意方向的微弱振动能量的收集，蓝色能源的采集，便携式小型电子设备的供能，自供能的环境监测和保护，自供电清洁能源系统有着巨大的应用潜能。

附图说明

图1是本发明的摩擦电磁杂化发电机的结构示意图。

图2是图1中弯折部的放大结构示意图。

图3是图1中摩擦纳米发电机单元的放大结构示意图。

图4是图1中第三摩擦发电单元的结构爆炸图。

图5是图1中顶盖、绑线柱、托盘的结构关系示意图。

图6是本发明摩擦纳米发电机的工作原理图，其中，a是多层TENGs单元的接触分离工作机理和电荷分布示意图，b是TENGⅰ的两个电极间的COMSOL电势模拟。

图7是单层TENG在不同振动强度下的输出特点，其中，a是振动强度θ的示意图，b是输出电压与θ的关系。

图8是TENGs的电学输出性能，其中，a是单层TENG在不同频率(0.5-2Hz)下的输出性能，b是不同层数TENGs(层间并联)的输出性能，c是不同层数TENGs 的峰值功率，d是不同层数TNEGs给33μF电容器的充电曲线，e是电子手表供能曲线图，插图为收集小车振动的示意图，f是收集微小水波能量给LED灯供能。

图9是EMG的电学输出性能，其中，a是EMG在微小水波驱动下的输出性能， b是EMG给100μF电容器的充电曲线，c是输出特性与振动强度θ的关系图，d 是输出功率与外部负载之间的关系。

图10是自供电海水分解产氢系统，其中，a是自供电海水分解产H₂的示意图， b和c是自供电海水分解系统的实物图，d是Pt电极放大图，e是TEHG供电2s 后Pt电极放大图。

图11是自供电电化学阴极保护系统，其中，a是自供电电化学阴极保护系统示意图，b是有无TEHG连接时三电极测试系统中电压随时间变化图，c是有无 TEHG连接的打磨碳钢分别浸入3.5wt％NaCl溶液中0h、2h和4h后的光学图。

图12是自供电振幅传感和报警系统，其中，a是基于LabVIEW软件的自供电振幅监测和报警系统示意图，b是输出信号峰值个数与振动幅度之间的关系，c是不同振动幅值下的输出电压曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。

下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1、全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机

制作全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其结构如图1～5所示：主要由外筒体1以及设置在外筒体1内的底座2和中间板3组成。外筒体1的顶盖1a的内表面上固定有线圈4，底座2设置在外筒体1的底板上，底座2上固设有若干个摩擦纳米发电机单元，每个摩擦纳米发电机单元包括至少一个由高分子聚合物薄膜制作的弯折部5，弯折部5为U形，弯折部5包括弯臂5a和两个直臂5b，弯折部5的U形开口朝向水平方向，两个直臂5b的内侧分别设置有第一摩擦发电单元6和第二摩擦发电单元7，第一摩擦发电单元6包括第一电极层6a和第一摩擦层6b，第一电极层6a设置在直臂5b的内表面上，第一电极层6a上接触设置第一摩擦层6b。

第二摩擦发电单元7包括第二电极层7a，第二电极层7a可以同时作为电极和摩擦层与第一摩擦层6b摩擦生电，不需要单独在第二电极层7a上设置一层摩擦层，这样结构比较简单、方便制作；或者，也可以在第二摩擦发电单元7 设置缓冲层7c，缓冲层7c设置在直臂5b的内表面上，缓冲层7c接触设置第二电极层7a，设置有缓冲层7c的第二摩擦发电单元7设置在下方的直臂5b上，当弯折部5的两个直臂5b由于磁铁球9的运动而接触时，缓冲层7c起到缓冲作用，使得电输出更大；或者，第二电极层7a上也可以不设置缓冲层7c，而是设置第二摩擦层7b，第二电极层7a设置在直臂5b的内表面上，第二电极层7a 上接触设置所述第二摩擦层7b，这样方便制作摩擦纳米发电机单元，波浪形的多个弯折部5上的每个直臂5b上可以采用相同的设置，而不用在上方、下方相对的两个直臂5b上进行不同的制作。

当每个摩擦纳米发电机单元具有多个弯折部5时，弯折部5竖向延伸呈竖向波浪形，两个相对的直臂5b上分别设置有第一摩擦发电单元6和第二摩擦发电单元7。弯折部5的个数越多参与发电的单元越多，输出也越大。

中间板3的上表面是凹面、是一个曲面，而下表面是平面，中间板3设置在摩擦纳米发电机单元的上方，摩擦纳米发电机单元的弯折部5顶端固定在中间板3的下表面上，摩擦纳米发电机单元对中间板3起支撑作用；中间板3上设置有多个扇形的第三摩擦发电单元8，第三摩擦发电单元8包括从上往下依次设置的第三摩擦层8b、第三电极层8a、基底层8c；第三摩擦发电单元8上设置有向外辐射蜿蜒的叉指状图案；中间板3上设置有磁铁球9；线圈4和磁铁球9 构成电磁发电机单元，磁铁球9和第三摩擦发电单元8构成振幅传感器。

弯折部5和基底层8c的制作材料均为Kapton膜，Kapton膜是聚酰亚胺(PI) 薄膜材料，具有优良的化学稳定性、耐高温性、坚韧性、耐磨性、阻燃性、电绝缘性等，可以直接从市面上购买得到。

外筒体1的顶盖1a的内表面上固设有绑线柱1b，线圈4缠绕在绑线柱1b 上，绑线柱1b的下端设置有托盘1c用于托住线圈4。将线圈直接缠绕在绑线柱上，制作容易，托盘可以防止线圈散开。

底座2上还设置有摩擦纳米发电机单元的固定座2a，可以指示摩擦纳米发电机单元应该固定的位置、更方便制作。

底座2、中间板3的材质为塑料，可以是3D打印得到，可以根据需要做成不同大小。

线圈4的材料是铜线圈，第一电极层6a、第二电极层7a、第三电极层8a 可以采用金属、合金或导电氧化物，比如金、银、铝、铜或其它本领域常用的电极材料。第一摩擦层6b、第二摩擦层7b、第三摩擦层8b可以采用PTFE(聚四氟乙烯)膜或其它本领域常用的摩擦层材料。弯折部5和基底层8c的制作材料可以采用具有柔性和韧性的高分子聚合物绝缘材料。

在本实施例中外筒体1为圆筒形，底座2、中间板3也相应地为圆形。摩擦纳米发电机单元的数量为4个，第三摩擦发电单元8的数量为4个，结构稳定、制作方便、发电机性能优异。每个摩擦纳米发电机单元的弯折部5为两个，形成S形。摩擦纳米发电机单元和第三摩擦发电单元8也可以是其它数量，均能实现本发明的目的。

实施例2、全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机的制作方法

实施例1的摩擦电磁杂化发电机(TEHG)，主要由3大部分组成：电磁发电机(EMG)单元、自供电的振幅传感器和四个摩擦纳米发电机单元(TENGs)。磁铁球同时作为EMG的磁通量来源、振幅传感器的正电性摩擦材料和接触分离式TENGs的触发源。众所周知,TENG对低频(<2Hz)能量收集更有效，而根据法拉第电磁感应定律EMG对于高频率的机械能收集更有效。因此，这种摩擦-电磁杂化结构的发电机有效地拓宽了工作频率范围，可以收集工作带宽较宽的微振动机械能。

一、其制作过程如下：

(1)TENG的具体制作过程如下：首先，将Kapton薄膜切成矩形(长(L)： 12.9cm，宽(W)：4cm，厚(T)：0.05mm)。然后，将Kapton薄膜折成S 字形。将贴了铝膜(T:0.01mm)的泡沫橡胶(T:1cm)粘贴到每个S字形Kapton 膜的一侧，泡沫橡胶作为缓冲层，铝膜为电极层。接着，将具有相同尺寸的铝膜(T：0.01mm)和PTFE膜(T:0.05mm)分别粘贴在每个S字形Kapton膜的另一侧，分别作为另一电极和摩擦层。这样，基本的接触分离模式TENG单元就制作完成了。最后，将TENGs的一侧固定到采用3D打印的底座的上表面，另一侧固定到3D打印的中间板的下表面。

(2)EMG的具体制作过程如下：首先，将铜线圈(1500圈，直径为0.018mm 的铜线)固定外筒体顶盖的底部。然后，将一个直径为3cm的磁铁球放置在中间板上，组合成EMG。

(3)振幅传感器的制作过程如下：第三摩擦发电单元设计为扇形结构，4个第三摩擦发电单元在中间板上铺放、将圆形的中间板四等分。第三摩擦发电单元上设置有向外辐射蜿蜒的叉指状图案，工作原理为叉指结构的独立摩擦层模式的TENG。基底层采用Kapton膜。第三电极层采用铝膜，铝电极的宽度为5mm，电极之间的间隔为1mm。PTFE膜(T：0.05mm)用作第三摩擦层，磁铁球用作正电性摩擦材料和传感器的触发源。当磁铁球在外力作用下滚动时，信号的数量和来源将反映出振动的幅度和方向。也可以设置更多数量的第三摩擦发电单元，从而提高方向的精度，多个方向识别。

二、工作原理

本发明的摩擦电磁杂化发电机将微振动能量转化为电能的工作机理，可以将一个完整的摆动周期分为三个连续的步骤来说明，如图6所示。图6a为TENGs 单元的接触分离工作机理和电荷分布示意图。由于摩擦起电和静电感应效应的耦合，磁铁球的压力导致电负性不同的两种摩擦材料相互接触，两种摩擦材料表面分别带上等量异号的摩擦电荷；磁铁球滚动开时，摩擦层相对分离产生电势差，两个电极之间的电子通过外部回路流动来平衡电势差。磁铁球周期的来回滚动，外部回路便产生周期的交流信号。此外，导电-介电材料接触-分离模式 TENG的两个电极之间的电压可表示为：

其中σ_c是介质1中由于摩擦产生的饱和表面电荷密度，σ₁(z,t)是自由电子在电极积累的电荷密度，d₁为电介质的厚度，z(t)是介电层和电极之间的距离，它随时间周期性变化，ε₁，ε₀分别为电介质和空气的介电常数。由公式(1)可知，介电层与电极之间的周期性接触分离是将机械能转化为电能的过程。此外，两个电极间的电势的变化也通过COMSOL软件进行了模拟，结果如图6b所示。以上结果表明，当器件在外力作用前后摆动时，不仅会引起TENGs单元的周期性触发，而且铜线圈内的磁通也会周期性的改变产生电能输出。因此，该装置可以有效得收集微振动的机械能，如水波、船舶、车辆、桥梁的振动或任何其他能安装该装置的振动物体的振动能量。

实施例3、性能测试

为了展示本发明的摩擦电磁杂化发电机对于微振动能量采集的独特优势，我们系统地测试了单层TENG(即摩擦纳米发电机单元只有一个U形弯折部)在不同振动强度下的输出特点，如图7所示。其中发电机设计的最优参数为：接触分离的距离d_c-s＝3cm，Kapton膜厚T_Kapton＝0.05mm,圆盘曲率ρ＝200mm,接触面积 S＝16cm2。图7a展示了器件振动强度的示意图，图7b为输出电压与振动强度θ之间的关系，结果表明，当θ为0.4rad时,磁铁球可以运动到曲面圆盘的边缘,得到最大的滚动距离,使得TENGs有最大的接触分离距离，由实施例2中的公式(1)可得，TENGs获得最大输出电压为350V。这些结果表明，该装置在多方向随机微振动能量采集方面具有独特的优势和潜在的应用价值，可以通过调节圆形曲面的曲率来适应各种微振动的应用场景。

接下来，采用直线电机对混合发电机的电学输出特性进行系统定量的研究。图8a展示了单层TENG在不同频率(0.5-2Hz)下的短路电流(I_sc),开路电压(V_oc)，可以看出，随着频率的增加，由于接触不充分，σc减小，V_oc从420V逐渐减少到350 V，相反,I_sc从4μA逐渐增加到23.5μA,因为电流是电荷转移的快慢，因此电流大小与频率成正相关。当θ＝0.4rad,f＝1Hz时，图8b和图8c展示了不同层数 TENGs(层间并联)的输出性能，结果表明，在层数增加(即弯折部个数增加)时， I_sc(从7.3μA增加到18.9μA)、V_oc(从376V增加到541.7V),电荷转移量(从155.6nC 增加到477.3nC)和输出峰值功率(在负载为32MΩ时从0.65mW增加到3.65mW) 也可以得到很好的整合叠加，因此增加TENG的层数可以有效得提高TENG的输出性能。图8d展示了不同层数TNEGs给33μF电容器充电的电压曲线图，三层TENGs(即弯折部数量为3个)可以在39s内将电容器充到1.5V，图8e(四个单元) 表明，该器件可以收集微小振动能量为电子手表供能，插图为器件固定在汽车上收集汽车振动能量的示意图。图8f表明该装置可以有效地将微小水波的能量转化成电能,给小型的电子设备供能，如LED灯阵列。这表明该装置不仅可以收集波涛汹涌海面的能量，而且对于平静海面微振动的蓝色能源也有很大的应用潜能，并且后者为海面主要的海浪情况。

EMG的电学输出如图9所示。EMG在微小水波驱动时能产生稳定的I_sc～23 mA和V_oc～10V地输出，如图9a所示。并且能在4.25s内将100μF电容器充到9.57 V，如图9b所示。此外，图9c给出了输出性能与振动弧度的关系，当θ超过0.4rad，磁通量变化最大，EMG可以获得最大的输出(I_sc～22.9mA，V_oc～10.1V)。EMG 在负载为350Ω，频率为1Hz,θ＝0.4rad时有最大输出功率，峰值功率为22.4mW。众所周知，TENG对低频(<2Hz)能量收集更有效，而根据法拉第电磁感应定律 EMG对于高频率的机械能收集更有效。因此，这种摩擦-电磁杂化结构的发电机有效地拓宽了工作频率范围，可以收集工作带宽较宽的微振动机械能。

实施例4、本发明摩擦电磁杂化发电机的应用

一、自供电海水分解产氢系统

实施例3的结果表明，本发明发电机能有效地将微振动能量转化为电能。为了说明TEHG的潜在应用，我们证明了它可以直接用于自供电海水分解产氢系统，如图10所示。图10a为自供电海水分解产H₂的示意图。这里用3.5wt％的NaCl 溶液代替海水，同时提高电导率，用Pt板作电极。根据电解原理，海水的分解机理如下:

2NaCl→2Na⁺+Cl₂+2e^-(anode) (2)

2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂(cathode) (3)

图10b和图10c为自供电海水分解产氢系统的照片，该杂化装置经过整流和转换之后，可将微小的水波能量转化为电能作为水分解系统的电源。Pt电极的放大图如图10d和e所示，可以看出TEHG在接入2S后Pt电极上产生了大量的氢气。在实际应用中，可以利用排水法收集氢气，实现自供电、无污染的清洁能源生产系统，在未来生产和生活中具有很大的应用潜力。

二、自供电电化学阴极保护系统

此外，TEHG将微小水波振动能量转换为电能，还可以作为自供电电化学阴极保护系统的电源，如图11所示。图11a为自供电电化学阴极保护系统示意图。将碳钢连接到整流器的负极上，将铂电极连接到整流器的正极上，TEHG产生的电子将注入到碳钢表面，从而减缓腐蚀。开路电位(OCP)降作为阴极保护系统中的一个重要参数，可用于评价阴极保护效果。一般来说，负的OCP位移越大，阴极保护效果越好。在3.5wt％NaCl溶液中，以三电极体系测量有无TEHG的碳钢的OCP变化，这里以Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，如图11b所示。没有 TEHG的碳钢的OCP约为-0.7V(vs.Ag/AgCl)，在TEHG链接供电后，OCP急剧地变为-1.2V(vs.Ag/AgCl)。因此，OCP负移约为500mV，说明碳钢被有效地保护。当移除TEHG时，OCP正向移动并基本恢复到接近原始值的位置。OCP的周期性变化反映了TEHG用于阴极保护系统供电的高重复有效性。

为了直接观察TEHG的阴极保护效果，将连接TEHG和不连接TEHG的抛光打磨的碳钢分别浸入3.5wt％NaCl溶液中0h、2h和4h。他们的光学显微图像如图11c所示。可以明显看到在不连接TEHG时，碳钢表面在浸泡2h后会完全被红锈所覆盖，并且随着浸泡时间的延长变得更严重；然而,连接TEHG后，浸泡2h 后碳钢表面没有发生明显的腐蚀,随着浸泡时间延长到4h碳钢表面只有少数腐蚀痕迹,这表明TEHG的使用对碳钢进行了有效的腐蚀保护。因此，TEHG供电的阴极保护系统是一种有效的电化学腐蚀控制手段，可以将该装置固定在船体表面收集船体的振动能量，从而构建自供电船体防腐系统，在海洋船体的自我防护中有重大的应用潜能。

四、自供电振幅传感和报警系统

研究结果表明磁铁球的滚动距离与振动弧度θ密切相关。因此，本发明的发电机可以作为自供能的振幅传感器。图12a为自供电振幅传感器照片，这里采用扇形状独立层模式TENG捕捉振幅信号，不同的振幅(θ)使磁铁球滚动不同的距离，相应产生不同个数的信号。图12b中的折线图表明，峰值数与振动幅值之间成线性相关，函数关系可表示为:

Y＝33.33θ+0.33 (4)

Y是信号的数量,θ是振动的弧度。为了体现实时在线监测的能力，制作了如图 12c所示基于LabVIEW软件的自供电振幅监测和报警系统。用直线电机产生一个持续和稳定的振荡，当振动振幅达到预设值时警报器就会自动开启，同时可以通过减少电极的宽度来提高传感器的灵敏度。此外，它也可以作为自供能振源方向传感器，该自供电振幅传感系统在桥梁的振幅检测、地震监测等方面有着潜在的应用价值。

Claims

1.一种全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：包括外筒体(1)以及设置在外筒体(1)内的底座(2)和中间板(3)，所述外筒体(1)的顶盖(1a)的内表面上固定有线圈(4)，所述底座(2)上固设有若干个摩擦纳米发电机单元，每个摩擦纳米发电机单元包括至少一个由高分子聚合物薄膜制作的弯折部(5)，所述弯折部(5)为U形，弯折部(5)包括弯臂(5a)和两个直臂(5b)，弯折部(5)的U形开口朝向水平方向，两个直臂(5b)的内侧分别设置有第一摩擦发电单元(6)和第二摩擦发电单元(7)，所述第一摩擦发电单元(6)包括第一电极层(6a)和第一摩擦层(6b)，所述第一电极层(6a)设置在直臂(5b)的内表面上，第一电极层(6a)上接触设置所述第一摩擦层(6b)，所述第二摩擦发电单元(7)包括第二电极层(7a)；当每个摩擦纳米发电机单元具有多个弯折部(5)时，弯折部(5)竖向延伸呈竖向波浪形，两个相对的直臂(5b)上分别设置有第一摩擦发电单元(6)和第二摩擦发电单元(7)；

所述中间板(3)的上表面是凹面，下表面是平面，中间板(3)设置在摩擦纳米发电机单元的上方，摩擦纳米发电机单元的弯折部(5)顶端固定在中间板(3)的下表面上，摩擦纳米发电机单元对中间板(3)起支撑作用；中间板(3)上设置有多个扇形的第三摩擦发电单元(8)，所述第三摩擦发电单元(8)包括从上往下依次设置的第三摩擦层(8b)、第三电极层(8a)、基底层(8c)；第三摩擦发电单元(8)上设置有向外辐射蜿蜒的叉指状图案；中间板(3)上设置有磁铁球(9)。

2.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述第二摩擦发电单元(7)还包括缓冲层(7c)，所述缓冲层(7c)设置在直臂(5b)的内表面上，缓冲层(7c)接触设置第二电极层(7a)；第二摩擦发电单元(7)设置在下方的直臂(5b)上。

3.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述第二摩擦发电单元(7)还包括第二摩擦层(7b)，所述第二电极层(7a)设置在直臂(5b)的内表面上，第二电极层(7a)上接触设置所述第二摩擦层(7b)。

4.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述弯折部(5)和基底层(8c)的制作材料均为Kapton膜。

5.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述外筒体(1)的顶盖(1a)的内表面上固设有绑线柱(1b)，线圈(4)缠绕在所述绑线柱(1b)上，绑线柱(1b)的下端设置有托盘(1c)用于托住线圈(4)。

6.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述底座(2)上还设置有摩擦纳米发电机单元的固定座(2a)。

7.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述底座(2)、中间板(3)的材质为塑料。

8.如权利要求1所述的全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机，其特征在于：所述摩擦纳米发电机单元的数量为4个，所述第三摩擦发电单元(8)的数量为4个。