CN113659865A - 基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，包括具有离心力驱动层的主TENG和具有齿轮组的激励TENG，通过主TENG上第一定子和第一转子的自动模式转换，可以适用于不同的工作频率，提高了耐久性，延长TENG的使用寿命；同时通过激励TENG的协同工作，提高了摩擦纳米发电机的电性能输出，可直接用于收集转动的机械能，电极对数和尺寸大小均可以根据不同场景调整设计，适用场景广。

Description

基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机。

背景技术

随着大数据和物联网的快速发展，各种类型的传感器不断涌现，并应用于各种分布式领域。虽然这些广泛分布的传感器大多数不需要大功率驱动，但如果所有传感器都仅由电池供电，则很难保持人工手动维护，并且电池的大量使用会造成一定的环境污染。基于摩擦电与静电感应耦合的摩擦纳米发电机已被证明是一种利用环境机械能实现自供电和分布式传感器件的有效途径。该摩擦纳米发电机(TENG)具有制作成本低、重量轻、结构和材料选择丰富等优点，具有广阔的应用前景和广泛的研究兴趣。

在TENG获取周围环境中机械能的实际应用中,TENG的电输出性能是我们关注的一个重要问题，其表面电荷密度是决定TENG输出性能的最重要参数。此外，中高频区域的滑动摩擦产生的热量和材料表面的巨大磨损严重降低了TENG的电输出性能。

目前，人们已经提出了许多有效提高表面电荷密度的方法，如材料表面改性、工作条件控制、离子注入和电荷激励等。但对于长期连续工作的TENG，特别是旋转和滑动型TENG，在中频或高频区域会受到强烈的机械磨损，其电输出性能会大大下降。因此，合理的结构设计对有效提高TENG的耐久性是十分必要的。此外，适当的材料选择也可以有效地减少TENG的机械磨损。以上方法有效地保证了TENG的长期耐久性。然而，同时提高电输出性能和耐久性，在旋转和滑动式TENG中仍然是一个挑战。因此，进一步探索同时提高耐久和电输出性能的优化设计将是非常有意义的。

发明内容

针对现有技术中摩擦纳米发电机耐久性和输出功率较低的问题，本发明提出一种基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，通过电荷激励方式提高TENG的电输出性能，同时通过齿轮组和离心力驱动层的结构设计，实现了转速降低和自动接触-分离的工作模式，有效地降低了TENG在中高频区的滑动摩擦产热和磨损问题，提升了TENG的工作耐久性。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，包括具有离心力驱动层的主TENG和具有齿轮组的激励TENG，主TENG通过半波整流桥与激励TENG连接。

优选的，所述主TENG包括第一定子、第一转子和离心力驱动层；所述第一定子包括第一基板1、第一电极对3和4、第一介电膜5，第一电极对3和4设置在第一基板1的表面，第一介电膜5覆盖在第一电极对3和4表面；第一转子包括第二储能电极对7和8、覆盖于电极8表面的第二介电膜6、第二亚克力基板9，第二储能电极对7和8设置在第二亚克力基板9的表面。

优选的，在所述第一基板1、第一电极对3和4之间还设置有第一柔性泡棉2。

优选的，所述离心力驱动层包括四个分离组件和第三亚克力基板12，四个分离组件分别均匀固定在第三亚克力基板12上，所述分离组件用于调整主TENG中第一定子和第一转子之间的间隔距离。

优选的，所述分离组件包括弹簧10、空心钢球11、固定板和直角三角形滑板，固定板固定在第三亚克力基板12边缘，弹簧10的一端连接在固定板上，弹簧10的另一端连接空心钢球11，空心钢球11水平放置在第三亚克力基板12上；直角三角形滑板中第一直边固定在第二亚克力基板9的表面边缘，直角三角形滑板中第二直边和第二亚克力基板9互相垂直且远离第二亚克力基板9边缘，空心钢球11在直角三角形滑板的斜边滑动。

优选的，所述激励TENG包括第二定子和第二转子；第二转子包括第三亚克力基板14、覆盖在第三亚克力基板14下表面的第二柔性泡棉15、覆盖于第二柔性泡棉15下表面的第三介电膜16；第二定子包括第三电极对18和19、覆盖于第三电极对18和19上表面的第四介电膜17，第三电极对覆盖于第三电极对18和19设置在第四亚克力基板20的上表面。

优选的，所述激励TENG还包括齿轮组，齿轮组包括中心转动轴25、驱动轮22、第一从动轮23、第二从动轮24和第三从动轮21，中心转动轴25为主TENG和激励TENG的共用转动轴；

驱动轮22在中心转动轴25上并同方向转动，第一从动轮23与驱动轮22咬合，第二从动轮24的粘合在第一从动轮23的上表面，第三从动轮21与第二从动轮24咬合，第三从动轮21套接在中心转动轴25上且第三从动轮21的上表面第三亚克力基板14的下表面固定。

优选的，第三电极对18和19分别连接在半波整流桥的输入端，半波整流桥的输出负极与电极7连接，输出正极与电极8连接。

优选的，激励TENG的转动速度为主TENG中转速的N倍，且N＜1。

优选的，所述摩擦纳米发电机应用在水流驱动和森林环境火灾监测。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明的摩擦纳米发电机包括具有离心力驱动层的主TENG和具有齿轮组的激励TENG，通过主TENG上第一定子和第一转子的自动模式转换，可以适用于不同的工作频率，提高了耐久性，延长TENG的使用寿命；

同时通过激励TENG的协同工作，提高了摩擦纳米发电机的电性能输出，可直接用于收集转动的机械能，电极对数和尺寸大小均可以根据不同场景调整设计，适用场景广。

附图说明：

图1为根据本发明示例性实施例的一种基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机示意图。

图2a为根据本发明示例性实施例的齿轮组简略示意图；图2b为根据本发明示例性实施例的齿轮组示意图。

图3a为根据本发明示例性实施例的主TENG的输出电荷与转速的关系示意图；图3b为根据本发明示例性实施例的主TENG的输出电压与转速的关系示意图；图3c为根据本发明示例性实施例的主TENG的短路电流与转速的关系示意图。

图4为根据本发明示例性实施例的激励TENG的输出电荷、电压与转速的关系示意图。

图5a为根据本发明示例性实施例的激励TENG、主TENG在未激励和激励情况下的输出电压示意图；图5b为根据本发明示例性实施例的激励TENG、主TENG在未激励和激励情况下的输出功率示意图。

图6为根据本发明示例性实施例的发电机为不同电容的充电曲线示意图。

图7为根据本发明示例性实施例的发电机驱动LED灯示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，包括具有离心力驱动层的主TENG和具有齿轮组的激励TENG，主TENG通过半波整流桥13与激励TENG连接。

本实施例中，具有离心力驱动层的主TENG包括第一定子、第一转子和离心力驱动层。第一定子包括第一亚克力基板1、第一柔性泡棉2(起到减小磨损和提高接触效率作用)、第一电极对3和4、覆盖于第一电极对下表面的第一介电膜5，第一电极对3和4设置在柔性泡棉2的下表面。第一转子包括第二储能电极对7和8、覆盖于电极8上的第二介电膜6、第二亚克力基板9，第二储能电极对7和8设置在第二亚克力基板9的上表面。离心力驱动层包括四个分离组件和第三亚克力基板12，四个分离组件分别均匀固定在第三亚克力基板12上；分离组件包括弹簧10、空心钢球11、固定板和直角三角形滑板(可采用亚克力材料)，固定板(固定板为亚克力板，尺寸为宽9mm、高16mm、厚2mm)固定在第三亚克力基板12边缘(例如与边缘相距10mm)，弹簧10的一端连接在固定板上，弹簧10的另一端连接空心钢球11，空心钢球11水平放置在第三亚克力基板12上，直角三角形滑板中第一直边(较长的一边)固定在第二亚克力基板9的下表面边缘，直角三角形滑板中第二直边(较短的一边)和第二亚克力基板9互相垂直却远离第三亚克力基板12边缘，空心钢球11在直角三角形滑板的斜边滑动。

本实施例中，具有齿轮组的激励TENG包括第二定子、第二转子和齿轮组。第二转子包括第三亚克力基板14(第三亚克力基板14被均匀划分为8个扇形部分)、覆盖在第三亚克力基板14下表面的第二柔性泡棉15(第二柔性泡棉15的数量为4个，间隔地贴在第三亚克力基板14的扇形部分，在摩擦起电中充当滑块，起到减小磨损和提高接触效率作用，在摩擦起电中，一般是第二定子不动，第二转子在第二定子上面滑动)、覆盖于第二柔性泡棉15下表面的第三介电膜16；第二定子包括第三电极对18和19、覆盖于第三电极对上的第四介电膜17和第四亚克力基板20，第三电极对18和19设置在第四亚克力基板20的上表面；

如图2所示，齿轮组包括驱动轮22、第一从动轮23、第二从动轮24和第三从动轮21。驱动轮22是通过螺丝固定在中心转动轴25上并同方向转动，第一从动轮23咬合在驱动轮22的右侧，第一从动轮23半径25，驱动轮22半径8，然后它们在咬合的时候重叠1mm，故第一从动轮23的中心与驱动轮22的中心相距32mm；第一从动轮23和第二从动轮24用胶水粘合，且第二从动轮24与第四亚克力基板20的下表面贴合；第三从动轮21粘贴在第三亚克力基板14下表面，且和第二从动轮24通过齿轮咬合。动轮22、第一从动轮23、第二从动轮24和第三从动轮21都是中空结构。主TENG和激励TENG都采用同一个中心转动轴25，但激励TENG中第二定子没有与中心转动轴25连接，中心转动轴25穿过了第二定子的中间孔。

本实施例中，齿数为16齿的驱动轮22紧密固定在主TENG和激励TENG中心转动轴25上。驱动轮22通过齿轮咬合带动第一从动轮23(第一从动轮23的齿数为48齿)以相同的线速度转动，第一从动轮23和第二从动轮24紧密固定在一起以相同的角速度转动，第二从动轮24通过齿轮咬合带动第三从动轮21(第三从动轮21的齿数为48齿)以相同的线速度转动，从而带动第三亚克力基板14转动即第二转子发生转动。第三从动轮21套在激励TENG的中心转动轴25上，因此可以在中心转动轴25上自由转动。

本实施例中，所述主TENG中第一定子和第一转子上的电极对的数量可以变化，同理激励TENG中第二定子和第二转子上的电极对的数量也可以变化，可根据需要设置电极对的数量。

本实施例中，主TENG中转子上的第二储能电极对7和8通过半波整流桥13与激励TENG中第二定子上的第三电极对18和19连接。

本实施例中，激励TENG通过齿轮组变速将激励TENG的第二转子的转动速度减小为主TENG中第一转子转速的N倍(N＜1，例如N为1/9)，保证第二转子始终在较低的频率下工作。激励TENG输出的交流电信号通过半波整流桥13转化为直流电信号，并输出到主TENG的第二储能电极对7和8上，以提升主TENG的电输出性能。

例如，激励TENG的第二转子中第三亚克力基板14和第三从动轮21紧密固定，可以一起绕着中心转动轴25转动；驱动轮22有16个齿，第一从动轮23有48个齿，第二从动轮24有16个齿，第三从动轮21有48个齿，因此两次变速后可以将激励TENG的第二转子的转速改变为主TENG的第一转子转速的1/9。

本实施例中，激励TENG中第二定子上第三电极对18和19分别连接在半波整流桥13的输入端，半波整流桥13的输出端连接到转子上的第二储能电极对7和8(输出负极与电极7连接，输出正极与电极8连接)。

本实施例中，当主TENG低速转动时，由于工作频率较低(例如小于2Hz)，离心力驱动层的离心力小于弹簧10的弹力，空心钢球11沿着直角三角形滑板的斜边向第二直边靠近，从而推动第一转子向上运动，则主TENG的第一定子和第一转子之间紧密接触，此时，主TENG的工作原理是摩擦起电和静电感应的耦合；当主TENG在高频(例如大于或等于2Hz)下工作时，由于离心力驱动层的离心力大于弹簧10的弹力，弹簧收缩，即四个小球11分别向四周扩散，主TENG的第一转子向下移动，则第一定子和第一转子发生分离，此时，主TENG的工作原理是静电感应。当主TENG在周期性工作时，束缚于第一转子中第二介电膜6表面和第二储能电极对7、8上的电荷会驱动第一定子上的电子在第一电极对3和3之间周期性地来回转移，从而对外输出交流信号。

因此主TENG的第一定子和第一转子可以分别在低频和高频实现接触-分离模式的自动转换，有效地避免高频工作时的接触磨损，最大限度地延长器件的使用寿命。

在主TENG转动过程中，由于离心力和离心力驱动层中弹簧10弹力的相互作用，主TENG中第一转子的下降距离随着转速的增加而逐渐增加，即转速越高，主TENG中第一转子下降距离越多，第一转子和第一定子之间的间隔距离越长。当主TENG处于静止状态时，弹簧10处于正常状态(一般是发生了2mm的形变，为了是小球更加稳固，弹簧初始形变有2mm，所以在低频时，离心力小于弹簧弹力，小球仍然不会滑动)，第一定子和第一转子处于紧密接触、两者贴合的状态状态，当主TENG处于工作状态，随着转速的增加，主TENG的第一定子和第一转子之间从最开始的紧密接触状态逐渐变为分离状态。

如图3所示，主TENG的转移电荷输出随着转速的增加而逐渐减小。转速为60rpm、120rpm、180rpm、240rpm、300rpm、360rpm、420rpm的电荷输出分别为680nC、600nC、500nC、480nC、4000nC、380nC、300nC。

如图4所示，激励TENG的电荷(Charge)和电压(Voltage)输出基本不随转速变化的影响，即无论在高频还是低频旋转时，激励TENG都可以不断地向主TENG注入电荷，显著提高了主TENG的电性能输出。例如转速分别7rpm、13rpm、20rpm、27rpm、33rpm、40rpm、47rpm时，激励TENG的电荷输出都为500nC左右，电压输出都为3.5KV左右。

因此，本发明的摩擦纳米发电机可以在不同的工作频率下实现接触-分离工作模式的自动切换，并且在激励TENG的电荷激励下快速地产生大于普通接触滑移TENG的电性能输出，且具有远高于普通接触滑移TENG的输出耐久性。

本实施例中，半波整流桥13保证了激励TENG的电荷可以持续地注入到主TENG的第二储能电极对7和8中，增强主TENG的静电感应达到提高主TENG电输出性能的效果。

如图5a所示，激励TENG(E-TENG)、主TENG在未激励(M-TENG)和激励(CEMA-TENG)情况下的输出电压分别为1KV、1.1KV和1.6KV；如图5b所示，激励TENG(E-TENG)、主TENG在未激励(M-TENG)和激励(CEMA-TENG)情况下的输出功率分别为2.5mW、6mW和19mW。可看出CEMA-TENG的最大输出功率是M-TENG和E-TENG总和的2倍左右，因此说明本发明的摩擦纳米发电机具有高的电性能输出。

本实施例中，主TENG中第一定子的第一亚克力基板1的尺寸内径、外径、厚度分别为16mm、128mm、4mm，第一亚克力基板1的下表面覆盖有第一柔性泡棉2，用于缓解材料的摩擦损耗，其内径、外径、厚度分别为12mm、128mm和2mm，第一电极对3和4的内径、外径分别为24mm、104mm和27mm、114mm；第一电极对3和4的的表面覆盖有第一介电膜5。

第一转子中第二亚克力基板9的尺寸内径、外径、厚度分别为16mm、123mm、4mm，第二电极对7和8的尺寸和第一电极对3、4相同，即内径、外径分别为24mm、104mm和27mm、114mm，电极7的表面覆盖有内径、外径、厚度分别为24mm、104mm、50um的第二介电膜6。

离心驱动层的四个分离组件分别固定在第三亚克力基板12上，第三亚克力基板12的内径、外径、厚度分别为16mm、128mm、4mm。空心钢球11的外径为13mm，弹簧10的长度为20mm。通过采用电刷和半波整流桥13将激励TENG和主TENG的第二储能电极对7、8相连接，避免电路缠绕问题。

本实施例中，激励TENG中第二定子的第四亚克力基板20的尺寸内径、外径、厚度分别为54mm、120mm、4mm；第二转子的第三亚克力基板14的尺寸内径、外径、厚度分别为16mm、120mm、4mm。第三亚克力基板14和第四亚克力基板20均为圆形，且中心有圆孔，用于安装和连接转动轴。第二转子中第三亚克力基板14的下表面粘贴有第二柔性泡棉15，用于缓解器件之间的摩擦损耗，内径、外径、厚度分别为58mm、116mm和2mm，第二柔性泡棉15的下表面还覆盖有50微米厚的第三介电膜16(可采用尼龙膜)。第二定子中的第三电极对18和19均为铝电极，电极18的内径、外径、径向角分别为57mm、112mm、45°，电极19的内径、外径、径向角分别为60mm、120mm、45°，电极18和电极19的间隙为2mm；第三电极对的上表面覆盖有50微米厚的第四介电膜17(FEP介电膜)。

齿轮组中，齿数为16齿的驱动轮22紧密固定在激励TENG中心转动轴上25上。驱动轮22带动第一从动轮23以相同的线速度转动，第一从动轮23的齿数为48齿，第一从动轮23和第二从动轮24紧密固定在一起以相同的角速度转动，第二从动轮24带动第三从动轮21以相同的线速度转动，第三从动轮21的齿数为48齿，第三从动轮21套在激励TENG的中心转动轴25上，可以在中心转动轴25上自由转动。

为了测试本发明发电机的输出性能，在TENG的电性能输出测试过程中，用可编程步进电机模拟外界转动的机械能，在不同的转速模式下驱动TENG，TENG的输出端连接静电计(Keithley 6514)和高速静电电压表(Trek model 370)来显示其转移电荷、短路电流和开路电压的输出情况。

如图3所示：通过激励TENG的电荷激励后，摩擦纳米发电机在不同的转速驱动下的电性能输出，其转移电荷和开路电压随着转速的增加呈现出逐渐减少的趋势，输出电流随着转速的增加而逐渐增加。主TENG的最大输出电荷和最小输出电荷输出分别达到796nC和384nC(图3a)，最大电压和最小电压分别为3400V和2300V(图3b),相应的最小短路电流和最大短路电流分别为10.5μA和47μA(图3c)。

此外，如图5a所示，激励TENG(E-TENG)、主TENG在未激励(M-TENG)和激励(CEMA-TENG)情况下的输出电压分别为1KV、1.1KV和1.6KV；如图5b所示，激励TENG(E-TENG)、主TENG在未激励(M-TENG)和激励(CEMA-TENG)情况下的输出功率分别为2.5mW、6mW和19mW。可看出CEMA-TENG的最大输出功率是M-TENG和E-TENG总和的2倍左右。结果表明，电荷激励可以显著提高主TENG的电性能输出。

如图6所示，本发明的发电机可以在水流的驱动下，给不同的商业电容充电，比如分别给470μF、1mF和3.3mF的电容充电至3.5V、3.5V和2.9V，充电完成后电容可以驱动一个商用火灾报警模块，当火光出现时，报警模块可以发出红灯警报可以用于森林环境监测。除此之外，还可以同时驱动两个串联的温湿度计。

如图7所示，本发明的发电机在60rpm的电机驱动下，能成功点亮了944个串联的直径5mm绿色LED灯，可以发出十分明亮的光亮。

由于本发明摩擦纳米发电机的接触-分离的自动模式切换和电荷激励策略，从而提高了TENG的机械耐久性、拓展工作频率范围以及同时提高了其电性能输出。更重要的是，本研究展示的摩擦电纳米发电机，将为有河流或小溪的偏远地区的物联网提供电源选择。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，包括具有离心力驱动层的主TENG和具有齿轮组的激励TENG，主TENG通过半波整流桥与激励TENG连接。

2.如权利要求1所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述主TENG包括第一定子、第一转子和离心力驱动层；所述第一定子包括第一基板(1)、第一电极对(3)和(4)、第一介电膜(5)，第一电极对(3)和(4)设置在第一基板(1)的表面，第一介电膜(5)覆盖在第一电极对(3)和(4)表面；第一转子包括第二储能电极对(7)和(8)、覆盖于电极(8)表面的第二介电膜(6)、第二亚克力基板(9)，第二储能电极对(7)和(8)设置在第二亚克力基板(9)的表面。

3.如权利要求2所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，在所述第一基板(1)、第一电极对(3)和(4)之间还设置有第一柔性泡棉(2)。

4.如权利要求1所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述离心力驱动层包括四个分离组件和第三亚克力基板(12)，四个分离组件分别均匀固定在第三亚克力基板(12)上，所述分离组件用于调整主TENG中第一定子和第一转子之间的间隔距离。

5.如权利要求4所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述分离组件包括弹簧(10)、空心钢球(11)、固定板和直角三角形滑板，固定板固定在第三亚克力基板(12)边缘，弹簧(10)的一端连接在固定板上，弹簧(10)的另一端连接空心钢球(11)，空心钢球(11)水平放置在第三亚克力基板(12)上；直角三角形滑板中第一直边固定在第二亚克力基板(9)的表面边缘，直角三角形滑板中第二直边和第二亚克力基板(9)互相垂直且远离第二亚克力基板(9)边缘，空心钢球(11)在直角三角形滑板的斜边滑动。

6.如权利要求1所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述激励TENG包括第二定子和第二转子；第二转子包括第三亚克力基板(14)、覆盖在第三亚克力基板(14)下表面的第二柔性泡棉(15)、覆盖于第二柔性泡棉(15)下表面的第三介电膜(16)；第二定子包括第三电极对(18)和(19)、覆盖于第三电极对(18)和(19)上表面的第四介电膜(17)，第三电极对覆盖于第三电极对(18)和(19)设置在第四亚克力基板(20)的上表面。

7.如权利要求6所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述激励TENG还包括齿轮组，齿轮组包括中心转动轴(25)、驱动轮(22)、第一从动轮(23)、第二从动轮(24)和第三从动轮(21)，中心转动轴(25)为主TENG和激励TENG的共用转动轴；

驱动轮(22)在中心转动轴(25)上并同方向转动，第一从动轮(23)与驱动轮(22)咬合，第二从动轮(24)的粘合在第一从动轮(23)的上表面，第三从动轮(21)与第二从动轮(24)咬合，第三从动轮(21)套接在中心转动轴(25)上且第三从动轮(21)的上表面第三亚克力基板(14)的下表面固定。

8.如权利要求6所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，第三电极对(18)和(19)分别连接在半波整流桥的输入端，半波整流桥的输出负极与电极(7)连接，输出正极与电极(8)连接。

9.如权利要求7所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述激励TENG的转动速度为主TENG的转动速度的N倍，且N＜1。

10.如权利要求1所述的基于模式自动切换和电荷激励的旋转摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机应用在水流驱动和森林环境火灾监测。

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