CN114215686A - 一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法，包括正反转双叶片和转盘式摩擦纳米发电机，正反转双叶片包括外叶片和内叶片，在不同方向吹来的风的作用下进行相对转动；转盘式摩擦纳米发电机包括第一转盘和第二转盘，第一转盘随外叶片转动，与外叶片连接的整体内部形成容纳空间；第二转盘随内叶片转动，与内叶片连接位于容纳空间内；第一转盘的顶部和底部的内表面均设有第一发电单元，第二转盘的顶部和底部的外表面均设有第二发电单元，位于顶部和底部的第一发电单元和第二发电单元在转动过程中进行摩擦发电。本发明可提高风能利用率，可在较小的体积下收集更多的风能。

Description

一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工 作方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，尤其涉及一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法。

背景技术

当今社会在不断发展与进步，能源的使用量越来越大，与此同时世界还面临着化石能源的枯竭，此时基于摩擦电荷静电感应原理的摩擦纳米发电机被提出，并在短时间内快速发展，其制造工艺结构简单，材料便宜易获得，发电电压高等特点，使得摩擦纳米发电机成为未来收集各种环境能源转化为电能的重要选择。

新能源的开发利用不仅能够作为常规能源的补充，还能有效地降低对环境的污染。其中风能作为可再生的、无污染的自然能源得到了人们关注，目前国家建设的大型风力发电机主要是水平轴风力发电机，针对的是高风速的风能，难以收集到低风速。在垂直轴风力发电机这一块，目前的技术一般采用单个升力型或阻力型叶片，又或是同向组合型叶片。单个阻力型虽然有着不错的起动性能，但其风能利用率较低；单个升力型叶片则有较好的风能利用率，但其起动性能相对较差。同向组合型叶片虽然能同时改善风能利用率较低以及起动性能较差的缺点，但是在起动性能较好的情况下，难以达到一个较高的风能利用率。同时由于传统的风力发电机是基于电磁感应发电，在风力发电机小型化时，叶片难以获得驱动发电机的扭矩。因此如何能利用低风速，扩大风速的利用范围，提高风能的利用率，同时在小型的风力发电机中，能降低发电机所需要的扭矩，是现今技术难以达到的，也是一个急需解决的新问题。

发明内容

根据上述提出的单个阻力型虽然有着不错的起动性能，但其风能利用率较低；单个升力型叶片则有较好的风能利用率，但其起动性能相对较差；同向组合型叶片虽然能同时改善风能利用率较低以及起动性能较差的缺点，但是在起动性能较好的情况下，难以达到一个较高的风能利用率；同时由于传统的风力发电机是基于电磁感应发电，在风力发电机小型化时，叶片难以获得驱动发电机的扭矩的技术问题，而提供一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法。本发明主要利用在不同方向吹来的风的作用下使正反转双叶片进行相对转动，带动第一转盘和第二转盘也朝相反方向转动，覆盖在转盘上的尼龙膜与PVC膜接触摩擦分离，产生的电子转移通过金属电极(可选取铝箔)以及导线引出到用电设备或蓄电设备，从而完成摩擦纳米发电。

本发明采用的技术手段如下：

一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，包括：相互连接的正反转双叶片和转盘式摩擦纳米发电机，所述正反转双叶片包括外叶片和内叶片，在不同方向吹来的风的作用下进行相对转动；所述转盘式摩擦纳米发电机包括第一转盘和第二转盘，所述第一转盘与外叶片连接的整体内部形成容纳空间，所述第一转盘随外叶片进行转动；所述第二转盘与内叶片相连，共同位于容纳空间内，所述第二转盘随内叶片进行转动；

所述第一转盘顶部和底部的内表面分别与第二转盘顶部和底部的外表面摩擦接触；其中，所述第一转盘的顶部和底部的内表面均设有第一发电单元，所述第二转盘的顶部和底部的外表面均设有第二发电单元，位于顶部和底部的第一发电单元和第二发电单元在转动过程中进行摩擦发电。

进一步地，还包括相连接的轴和框架，所述框架设有两个，分别与第一转盘的顶部和底部固定连接，两个框架的中部均设有支架，轴的上下部通过轴承分别与两个支架相连，轴承通过轴承固定件与支架固定连接；所述第二转盘的顶部和底部的中心均与轴固定连接。

进一步地，所述外叶片和所述内叶片的形式为升力型和阻力型当中不同叶片的两两配合，外叶片和内叶片均可根据自身需求分别采用升力型或阻力型，在配合过程中两者的转动方向相反，以达到正反转的目的，提高风能利用率，所述外叶片实现对风能的一次利用，内叶片实现对风能的二次利用。

进一步地，所述外叶片为正转垂直轴外叶片，所述内叶片为反转垂直轴内叶片，所述正转垂直轴外叶片采用升力型叶片，所述反转垂直轴内叶片采用阻力型叶片，升力型叶片呈笼子状将阻力型叶片包含在中间，升力型叶片能够提高风能的利用率，阻力型叶片能够在低风速下启动，不同方向吹来的风均能使叶片进行转动。

进一步地，所述正转垂直轴外叶片采用在圆周方向上等间隔设置的多叶片，形成笼状结构，每个叶片投影的方向成S型，可根据不同要求对叶片数量进行增减；所述反转垂直轴内叶片至少设有两个，为扭曲变形的S型风力机的叶片，即为螺旋Savonius转子。

进一步地，所述第一发电单元包括金属薄膜、尼龙膜和导线，所述金属薄膜覆盖在第一转盘的内表面，并连接有导线引出，所述尼龙膜覆盖在金属薄膜上；所述第二发电单元包括海绵和PVC膜，所述海绵覆盖在第二转盘的外表面，PVC膜覆盖在海绵上，当两个转盘转动时，尼龙膜与PVC膜相互接触摩擦发电，海绵使得尼龙膜与PVC膜紧密贴合。

进一步地，所述第一转盘的顶部和底部的内表面均设有圆形凸台，所述圆形凸台被分割成六个面积均等的扇形凸台，所述扇形凸台上覆盖有金属薄膜和尼龙膜；所述第二转盘的顶部和底部的外表面均间隔覆盖着海绵和PVC膜。

进一步地，所述第一转盘包括两个互不连接的转盘一，位于顶部的转盘一与外叶片的顶部固定连接，位于底部的转盘一与外叶片的底部固定连接；所述第二转盘包括两个互不连接的转盘二，位于顶部的转盘二与内叶片的顶部固定连接，位于底部的转盘二与内叶片的底部固定连接。

本发明还提供了一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置的工作方法，包括如下步骤：

当风从某一个方向吹来的时候，外叶片和内叶片分别朝相反的方向转动，与外叶片和内叶片相连接的第一转盘和第二转盘的底部和顶部也分别朝相反方向进行转动，覆盖在转盘上的尼龙膜与PVC膜接触摩擦分离，摩擦过程中，由于PVC膜是间隔分布，在尼龙膜与间隔分布的PVC膜相互接触过程中，由于电极性的不同，PVC膜与尼龙膜上分别形成有正电荷和负电荷，和未与PVC膜接触的尼龙膜形成电荷差，从而在金属薄膜表面发生电子转移，产生电流，并通过导线引出到用电设备或蓄电设备。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法，采用正反转双叶片的结构，相对于单一叶片或同向组合型叶片来说，正反转结构在转动时的相对转动速度相对增加，具有更高的风能利用率，这就使得其具有更高的输出性能。

2、本发明提供的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法，正反转叶片分别采用升力型和阻力型风力发电机叶片，能有效利用低风速，同时也能有不错的起动性能。

3、本发明提供的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法，双叶片中，外叶片包含着内叶片，结构紧凑且占用体积相对较小，能更好的地利用空间，可在较小的体积下收集更多的风能。

4、本发明提供的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法，结合了摩擦纳米发电机，相对于传统的风力发电机，摩擦纳米发电机所需要的阻力扭矩较小，使叶片更容易起动。

5、本发明提供的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置及其工作方法，将摩擦纳米发电机结合在正反转风力发电机上，一个正反转风力发电单元上理论上最多可设置4个摩擦纳米发电机，一体化设计，集成度高，大大提高功率密度。

综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的单个阻力型虽然有着不错的起动性能，但其风能利用率较低；单个升力型叶片则有较好的风能利用率，但其起动性能相对较差；同向组合型叶片虽然能同时改善风能利用率较低以及起动性能较差的缺点，但是在起动性能较好的情况下，难以达到一个较高的风能利用率；同时由于传统的风力发电机是基于电磁感应发电，在风力发电机小型化时，叶片难以获得驱动发电机的扭矩的问题。

基于上述理由本发明可在风力发电等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明垂直轴正反转双叶片摩擦纳米发电机正视图。

图2为本发明垂直轴外叶片的结构示意图。

图3为本发明垂直轴内叶片的结构示意图。

图中：1、轴；2、框架；3、上转盘顶部；4、上转盘底部；5、正转垂直轴外叶片；6、反转垂直轴内叶片；7、下转盘底部；8、下转盘顶部；9、支架；10、轴承固定件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，包括：相互连接的正反转双叶片和转盘式摩擦纳米发电机，所述正反转双叶片包括外叶片和内叶片，在不同方向吹来的风的作用下进行相对转动；所述转盘式摩擦纳米发电机包括第一转盘和第二转盘，所述第一转盘与外叶片连接的整体内部形成容纳空间，所述第一转盘随外叶片进行转动；所述第二转盘与内叶片相连，共同位于容纳空间内，所述第二转盘随内叶片进行转动；

所述第一转盘顶部和底部的内表面分别与第二转盘顶部和底部的外表面摩擦接触；其中，所述第一转盘的顶部和底部的内表面均设有第一发电单元，所述第二转盘的顶部和底部的外表面均设有第二发电单元，位于顶部和底部的第一发电单元和第二发电单元在转动过程中进行摩擦发电(位于顶部的第一发电单元和第二发电单元以及位于底部的第一发电单元和第二发电单元在转动过程中进行摩擦发电)。

作为优选的实施方式，还包括相连接的轴1和框架2，所述框架2设有两个，分别与第一转盘的顶部和底部固定连接，两个框架2的中部均设有支架9，轴1的上下部通过轴承分别与两个支架9相连(支架9的中部设有通孔，轴承安装在通孔内)，轴承通过轴承固定件10与支架9固定连接；所述第二转盘的顶部和底部的中心均与轴1固定连接。

作为优选的实施方式，所述外叶片和所述内叶片的形式为升力型和阻力型当中不同叶片的两两配合，外叶片和内叶片均可根据自身需求分别采用升力型或阻力型，在配合过程中两者的转动方向相反，以达到正反转的目的，提高风能利用率，所述外叶片实现对风能的一次利用，内叶片实现对风能的二次利用。

作为优选的实施方式，所述外叶片为正转垂直轴外叶片5，所述内叶片为反转垂直轴内叶片6，所述正转垂直轴外叶片5采用升力型叶片，所述反转垂直轴内叶片6采用阻力型叶片，升力型叶片呈笼子状将阻力型叶片包含在中间，升力型叶片能够提高风能的利用率，阻力型叶片能够在低风速下启动，不同方向吹来的风均能使叶片进行转动。

作为优选的实施方式，所述正转垂直轴外叶片5采用在圆周方向上等间隔设置的多叶片，形成笼状结构，每个叶片投影的方向成S型，可根据不同要求对叶片数量进行增减；所述反转垂直轴内叶片6至少设有两个，为扭曲变形的S型风力机的叶片，即为螺旋Savonius转子。

作为优选的实施方式，所述第一发电单元包括金属薄膜、尼龙膜和导线，所述金属薄膜为金属电极，覆盖在第一转盘的内表面，并连接有导线引出，所述尼龙膜覆盖在金属薄膜上；所述第二发电单元包括海绵和PVC膜，所述海绵覆盖在第二转盘的外表面，PVC膜覆盖在海绵上，当两个转盘转动时，尼龙膜与PVC膜相互接触摩擦发电，海绵使得尼龙膜与PVC膜紧密贴合。

作为优选的实施方式，所述第一转盘的顶部和底部的内表面均设有圆形凸台，所述圆形凸台被分割成六个面积均等的扇形凸台，所述扇形凸台上覆盖有金属薄膜和尼龙膜；所述第二转盘的顶部和底部的外表面均间隔覆盖着海绵和PVC膜，不完全覆盖在整个外表面，即若将外表也等分为六个面积相等扇形，则其中间隔的三个扇形上并未覆盖海绵和PVC。

作为优选的实施方式，所述第一转盘包括两个互不连接的转盘一，位于顶部的转盘一与外叶片的顶部固定连接，位于底部的转盘一与外叶片的底部固定连接；所述第二转盘包括两个互不连接的转盘二，位于顶部的转盘二与内叶片的顶部固定连接，位于底部的转盘二与内叶片的底部固定连接。

本发明还提供了一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置的工作方法，包括如下步骤：

当风从某一个方向吹来的时候，外叶片和内叶片分别朝相反的方向转动，与外叶片和内叶片相连接的第一转盘和第二转盘的底部和顶部也分别朝相反方向进行转动，覆盖在转盘上的尼龙膜与PVC膜接触摩擦分离，摩擦过程中，由于PVC膜是间隔分布，在尼龙膜与间隔分布的PVC膜相互接触过程中，由于电极性的不同，PVC膜与尼龙膜上分别形成有正电荷和负电荷，和未与PVC膜接触的尼龙膜形成电荷差，从而在金属薄膜表面发生电子转移，产生电流，并通过导线引出到用电设备或蓄电设备。

实施例1

如图1-3所示，为解决现有技术存在的问题，本发明设计了一种发电装置，即利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，使其可以利用低风速，有更高的风能利用率，较高的风能转化率，能够将更多的风能收集，同时在发电机部分也能有较低的阻力扭矩。该发电装置包括正反转双叶片和转盘式摩擦纳米发电机。

在本实施方式中，所述正反转双叶片，其形式可以为升力型和阻力型当中不同叶片的两两配合，在配合过程中应注意两者的转动方向相反以达到正反转的目的，正反转的目的是提高风能利用率，无论是对比垂直轴单叶片或者是同向垂直轴组合型叶片来说，正反转叶片都能够相对提高对风能的利用，其主要原因在于外叶片是对风能的一次利用，内叶片实现对风能的二次利用(内外叶片与单一叶片相比，是二级利用风能)。本发明不限制内外叶片的形式。在本实施例举例说明中，正反转双叶片采用是：正转叶片采用升力型叶片，反转叶片采用阻力型叶片。升力型叶片如笼子状将阻力型叶片包含在中间，升力型叶片能够提高风能的利用率，阻力型叶片能够在低风速下启动，同时由于叶片的特性，使得不同方向吹来的风均能使叶片转动。

正转外叶片为Darrieus风力机H型叶片的一种变形布局，该布局可以看成是H型垂直轴风力发电机的变形，本实施例中采用三叶片，将叶片投影的方向做成S型，能改善一部分的起动性能，同时又能保证风轮的风速不至于太低，在实际应用中可根据不同要求对叶片数量进行增减。此时的外叶片就如同笼状结构。另一方面，反转内叶片为扭曲变形的S型风力机的叶片，即螺旋Savonius转子，被放置于如同笼子一样的外叶片内部。

所述转盘式摩擦纳米发电机包括两个放置在叶片上下部的内置式转盘，分别为位于上方的上转盘和位于下方的下转盘，上转盘的上下部分分别为上转盘顶部3和上转盘底部4，下转盘的上下部分分别为下转盘顶部8和下转盘底部7，上转盘顶部3与下转盘顶部8的结构相同，上转盘底部4和下转盘底部7的结构相同；单个转盘的上下部分均是随着叶片的转动而分别转动，方向相反，形成相对转动。正反转双叶片分别与转盘顶部、底部连接，具体为正转外叶片与转盘顶部相连接(即正转外叶片的顶部和底部分别与上转盘顶部3和下转盘顶部8固定连接，其中，上转盘顶部3和下转盘顶部8同时随正转外叶片进行转动)，反转内叶片与转盘底部相连接(即反转内叶片的顶部和底部分别与上转盘底部4和下转盘底部7固定连接，其中，上转盘底部4和下转盘底部7同时随反转内叶片进行转动)，使得当正反转叶片转动时，转盘顶部、底部分能够实现相对转动(即位于上方的上转盘顶部3与上转盘底部4相对转动，位于下方的下转盘顶部8与下转盘底部7相对转动)。对于转盘的结构，转盘的顶部上表面(即上转盘顶部3和下转盘顶部8的内表面)覆盖有金属薄膜(为金属电极)，在本实施例中均采用铝箔作为示例(不限定为铝箔)，并连接有导线引出，铝箔上还覆盖有尼龙膜，转盘的底部下表面(即上转盘底部4和下转盘底部7的外表面)覆盖有海绵，海绵上面覆盖着PVC膜，当转盘转动时，尼龙膜与PVC膜相互接触摩擦，海绵在当中起到的作用是使得尼龙膜与PVC膜能够紧密贴合。

如图1所示为垂直轴正反转双叶片摩擦纳米发电机正视图，包括了垂直轴正转外叶片(正转外叶片)、垂直轴正转内叶片(反转内叶片)以及转盘式摩擦纳米发电机。其中轴1为正反转叶片的轴，以确保正反转叶片均能在风的驱动下实现不同方向的转动。框架2为转盘及外叶片框架，上下方设有两个，确保转盘与外叶片固定在一块，在叶片转动时，转盘也随之转动。上转盘顶部3与外叶片通过框架所固定。上转盘底部4与内叶片相固定，使得当内叶片转动时，底部叶片也随之转动。正转垂直轴外叶片5，在风的驱动下能实现从右向左的转动。反转垂直轴内叶片6，在风的驱动下能实现从左向右的转动，正好与正转垂直轴外叶片5的转动方向相反。下转盘底部7与上转盘底部4结构一样。下转盘顶部8与上转盘顶部3结构一样。如图2所示为正反转双叶片摩擦纳米发电机中的垂直轴外叶片部分，支架9为外叶片框架支架，与框架2所固定。轴承固定件10使得轴承能固定在外叶片框架上。垂直轴外叶片5在不同方向的风的驱动下均能实现转动。下转盘顶部8随着叶片的转动而转动。如图3所示为正反转双叶片摩擦纳米发电机中的垂直轴内叶片部分，上转盘底部4随着内叶片的转动而转动。垂直轴内叶片6在风的驱动下实现从左向右的转动，并带动上转盘底部4进行同步转动。下转盘底部7与上转盘底部4一样随着叶片转动而转动。

摩擦纳米发电机(TENG)的工作机理是摩擦电和静电感应的耦合作用，其主要原因是由于两个摩擦电表面的摩擦电极性不同。在未进行运转前，PVC膜与尼龙膜处于初始接触状态，随着叶片在风的驱动下，转盘也随之转动，覆盖在其上的PVC膜与尼龙膜也随着转盘开始进行相互摩擦。摩擦过程中，由于PVC膜是间隔分布，在尼龙膜与间隔分布的PVC膜相互接触过程中，由于电极性的不同，PVC膜与尼龙膜上分别形成有正电荷和负电荷，和未与PVC膜接触的尼龙膜形成电荷差(在摩擦力较小的情况下，PVC膜上的电荷缓慢累积，直到达到最大电荷密度，然后进行发电)，从而在铝箔表面发生电子转移，产生电流。摩擦纳米发电机的发电机理相对于传统的风力发电机中的磁生电来说，其所需要的转动扭矩会更小，对于小型风力发电机来说，这更有利于利用风能。

上转盘顶部3和下转盘顶部8的内表面分别有圆形凸台，并分割成六个面积均等的扇形凸台，扇形凸台上覆盖有上文提到的铝箔和尼龙膜，上转盘底部4和下转盘底部7的外表面则分别在六个面积均等的扇形中分别间隔覆盖着上文提到的海绵和PVC膜。此外，摩擦纳米发电机的电极对数不限于3对，可根据需求设计更多或更少对数。

本发明的具体工作流程为：当风从某一个方向吹来的时候，外叶片和内叶片分别往相反的方向转动，与这两个叶片相连接的上下转盘的顶部底部也分别往相反方向进行转动，覆盖在其上的尼龙膜与间隔分布的PVC膜接触摩擦分离，产生的电子转移通过金属电极(可选取铝箔)以及导线引出到用电设备或蓄电设备。

本发明的摩擦纳米发电机利用正反转叶片来收集风能，同时可结合摩擦纳米发电形式为空气检测器供电。

本发明将摩擦纳米发电机结合在正反转风力发电机上，一个正反转风力发电单元上理论上最多可设置4个摩擦纳米发电机，一体化设计，集成度高，大大提高功率密度。具体4个摩擦纳米发电机的结构形式为：撤掉外叶片框架上下部的部件(支架9)，替换成转盘一半部分，在此称为新部件结构，当内叶片与轴固定时，内叶片的转动可随着轴的连接而传递到轴的各个部分，这样可在新部件结构的相对应位置以及外叶片框架上下部设置转盘，由于新部件结构与轴固定连接，以此可随着内叶片的转动而实现同向转动，从而与外叶片框架外部的转盘实现相反转动，从而在原有设计基础上新增2个摩擦纳米发电机。

相对于传统的风力发电机，由于本发明设计采用转盘式摩擦纳米发电机，其所需要的起动转动力矩会较小，能适用于较大的风力范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，包括：相互连接的正反转双叶片和转盘式摩擦纳米发电机，所述正反转双叶片包括外叶片和内叶片，在不同方向吹来的风的作用下进行相对转动；所述转盘式摩擦纳米发电机包括第一转盘和第二转盘，所述第一转盘与外叶片连接的整体内部形成容纳空间，所述第一转盘随外叶片进行转动；所述第二转盘与内叶片相连，共同位于容纳空间内，所述第二转盘随内叶片进行转动；

所述第一转盘顶部和底部的内表面分别与第二转盘顶部和底部的外表面摩擦接触；其中，所述第一转盘的顶部和底部的内表面均设有第一发电单元，所述第二转盘的顶部和底部的外表面均设有第二发电单元，位于顶部和底部的第一发电单元和第二发电单元在转动过程中进行摩擦发电。

2.根据权利要求1所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，还包括相连接的轴和框架，所述框架设有两个，分别与第一转盘的顶部和底部固定连接，两个框架的中部均设有支架，轴的上下部通过轴承分别与两个支架相连，轴承通过轴承固定件与支架固定连接；所述第二转盘的顶部和底部的中心均与轴固定连接。

3.根据权利要求1所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述外叶片和所述内叶片的形式为升力型和阻力型当中不同叶片的两两配合，外叶片和内叶片均可根据自身需求分别采用升力型或阻力型，在配合过程中两者的转动方向相反，以达到正反转的目的，提高风能利用率，所述外叶片实现对风能的一次利用，内叶片实现对风能的二次利用。

4.根据权利要求3所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述外叶片为正转垂直轴外叶片，所述内叶片为反转垂直轴内叶片，所述正转垂直轴外叶片采用升力型叶片，所述反转垂直轴内叶片采用阻力型叶片，升力型叶片呈笼子状将阻力型叶片包含在中间，升力型叶片能够提高风能的利用率，阻力型叶片能够在低风速下启动，不同方向吹来的风均能使叶片进行转动。

5.根据权利要求4所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述正转垂直轴外叶片采用在圆周方向上等间隔设置的多叶片，形成笼状结构，每个叶片投影的方向成S型，可根据不同要求对叶片数量进行增减；所述反转垂直轴内叶片至少设有两个，为扭曲变形的S型风力机的叶片，即为螺旋Savonius转子。

6.根据权利要求1所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一发电单元包括金属薄膜、尼龙膜和导线，所述金属薄膜覆盖在第一转盘的内表面，并连接有导线引出，所述尼龙膜覆盖在金属薄膜上；所述第二发电单元包括海绵和PVC膜，所述海绵覆盖在第二转盘的外表面，PVC膜覆盖在海绵上，当两个转盘转动时，尼龙膜与PVC膜相互接触摩擦发电，海绵使得尼龙膜与PVC膜紧密贴合。

7.根据权利要求6所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一转盘的顶部和底部的内表面均设有圆形凸台，所述圆形凸台被分割成六个面积均等的扇形凸台，所述扇形凸台上覆盖有金属薄膜和尼龙膜；所述第二转盘的顶部和底部的外表面均间隔覆盖着海绵和PVC膜。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一转盘包括两个互不连接的转盘一，位于顶部的转盘一与外叶片的顶部固定连接，位于底部的转盘一与外叶片的底部固定连接；所述第二转盘包括两个互不连接的转盘二，位于顶部的转盘二与内叶片的顶部固定连接，位于底部的转盘二与内叶片的底部固定连接。

9.一种如权利要求1-8任意一项权利要求所述的利用正反转叶片收集风能的摩擦纳米发电机装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

当风从某一个方向吹来的时候，外叶片和内叶片分别朝相反的方向转动，与外叶片和内叶片相连接的第一转盘和第二转盘的底部和顶部也分别朝相反方向进行转动，覆盖在转盘上的尼龙膜与PVC膜接触摩擦分离，摩擦过程中，由于PVC膜是间隔分布，在尼龙膜与间隔分布的PVC膜相互接触过程中，由于电极性的不同，PVC膜与尼龙膜上分别形成有正电荷和负电荷，和未与PVC膜接触的尼龙膜形成电荷差，从而在金属薄膜表面发生电子转移，产生电流，并通过导线引出到用电设备或蓄电设备。

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