CN114499044B - 一种风力能量收集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力能量收集器，包括外壳，电磁模块和摩擦电模块，外壳上设置有涵道，以向外壳内引入风能；电磁模块和摩擦电模块均设置于外壳内。本发明同时集成有电磁模块和摩擦电模块，电磁模块在风能驱动下转动并产生电能的同时，能够同步带动摩擦电模块中的虹膜转盘转动，再配合回转机构对虹膜转盘的回转作用，能够使得虹膜转盘往复转动，实现虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片之间的接触分离且相互摩擦，产生摩擦电。本发明的风力能量收集器基于纳米摩擦效应与电磁感应效应，通过摩擦电和电磁式相互配合，构成混合式能量收集器，可以提高能量收集效率，从而使系统中更多的风能转化为电能，实用性强。

Description

一种风力能量收集器

技术领域

本发明属于清洁能源领域，涉及一种能量收集装置，特别是涉及一种基于摩擦电与电磁效应的风力能量收集器。

背景技术

近年来，随着信息技术的迅猛发展，市面上出现了很多便于人体携带的电子设备，这些设备多依赖于化学电池供电，然而传统的化学电池存在容量有限，更换不便，且极易对环境造成污染等诸多弊端。从环境中获取能源可以解决这些问题，目前，许多能源已经被开发出来，包括太阳能、风能、潮汐能等。其中的风能是最具活力的可再生能源之一，使用清洁，成本较低，取用不尽，风力发电还具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全，能源永不耗竭等优势。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。使用风力发电可以减少化石燃料发电产生的大量的污染物。

纳米摩擦发电机(TENG)是一种体积小的风力能量收集器，在清洁能源领域崭露头角。纳米摩擦发电机具有较低的工作频率和较高的功率密度。然而，纳米摩擦发电机的输出电压高，输出电流小，不好集成，能量收集效率低。而目前的电磁式能量收集器的输出电流大，输出功率高。由此可见，设计一款摩擦电与电磁混合的风力能量收集器，以将更多的风能转化为电能，是十分有必要和有研究价值的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于摩擦电与电磁效应的风力能量收集器，通过利用纳米摩擦效应和电磁效应相互配合，构成混合式能量收集器，以解决上述现有技术存在的能量收集效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种风力能量收集器，包括：

外壳，所述外壳上设置有涵道，以向所述外壳内引入风能；

电磁模块，所述电磁模块设置于所述外壳内，其包括电磁转子和电磁定子，所述电磁转子套设于所述电磁定子的外周，所述电磁转子上设置有电磁气流收集壳，所述电磁气流收集壳能够在所述风能的作用下带动所述电磁转子转动；所述电磁转子和所述电磁定子中的一者为电磁线圈，另一者为能够产生磁感线的磁铁组件，所述电磁线圈能够通过切割磁感线产生电流；

摩擦电模块，所述摩擦电模块设置于所述外壳内，其包括虹膜底盘、虹膜转盘、虹膜片、虹膜片摩擦片和虹膜底盘摩擦片，所述虹膜转盘活动安装于所述外壳内，所述虹膜片位于所述虹膜底盘与所述虹膜转盘之间，并与所述虹膜转盘相连；所述虹膜片的靠近所述虹膜底盘的一侧设置所述虹膜片摩擦片，所述虹膜底盘的靠近所述虹膜片的一侧设置所述虹膜底盘摩擦片；所述电磁转子上设置有拨动凸块，所述虹膜转盘上设置有回弹块，所述拨动凸块能够在所述电磁转子转动时拨动所述回弹块，以使所述虹膜转盘转动，进而带动所述虹膜片移动，并使所述虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片发生接触分离，且相对摩擦产生摩擦电；所述回弹块连接有回转机构，所述回转机构能够驱动所述虹膜转盘回转，进而带动所述虹膜片复位，并使所述虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片发生接触分离，且相对摩擦产生摩擦电。

可选的，所述虹膜底盘的中心垂直设置一安装轴；所述虹膜转盘通过轴承转动安装于所述安装轴上。

可选的，所述电磁定子为电磁线圈，其包括中心轴和圆柱式缠绕线圈，所述中心轴沿所述圆柱式缠绕线圈的轴向插设于所述圆柱式缠绕线圈的中心，并与所述安装轴相连；

所述电磁转子为磁铁组件，其包括第一半圆柱磁铁和第二半圆柱磁铁，所述第一半圆柱磁铁和所述第二半圆柱磁铁对接包覆于所述圆柱式缠绕线圈的外周，且磁极相反布置；

所述电磁气流收集壳套设于所述圆柱式缠绕线圈的外周，并与所述圆柱式缠绕线圈同轴布置；所述第一半圆柱磁铁和所述第二半圆柱磁铁均嵌置于所述电磁气流收集壳的内壁。

可选的，所述电磁模块还包括端盖，所述端盖通过轴承转动安装于所述安装轴上，且所述端盖的一端与所述电磁气流收集壳的轴向一端连接，所述端盖的另一端端面上沿其周向设置有所述拨动凸块。

可选的，所述回转机构包括：

回转卡盘，所述回转卡盘套设于所述安装轴上，且位于所述端盖和所述虹膜转盘之间；所述回弹块凸出设置于所述虹膜转盘的靠近所述端盖的一端，且所述回弹块位于所述端盖与所述回转卡盘之间；所述回转卡盘的边缘开设有豁口，所述回弹块位于所述豁口处，并沿所述虹膜转盘的周向设置，所述回转卡盘的靠近所述端盖的一端开设有沿其周向设置的弧形槽，所述弧形槽沿所述回弹块的转动轨迹设置；所述拨动凸块转动过程中能够拨动所述回弹块滑入所述弧形槽，并在所述回弹块完全进入所述弧形槽后与所述回弹块分离；

弯轴，所述弯轴沿所述回弹块的转动轨迹设置，且所述弯轴的一端与所述回弹块滑动配合，另一端嵌置于所述回转卡盘内；

弹簧，所述弹簧套设于所述弯轴上，且所述弹簧的一端与所述回弹块连接，另一端与所述回转卡盘连接；所述弹簧用于在所述拨动凸块与所述回弹块分离时，将所述回弹块沿与所述拨动凸块转动方向相反的方向回弹。

可选的，所述回弹块设置有两个，且两个所述回弹块以所述回转卡盘的中心为中心呈180°对称布置；

所述拨动凸块设置有6个，且6个所述拨动凸块在所述端盖上呈圆周间隔均匀分布。

可选的，所述虹膜片为三角形虹膜片，所述三角形虹膜片沿所述回转卡盘的周向设置有六片；

所述虹膜底盘上开设有正六边形滑槽，任意一所述三角形虹膜片的靠近所述虹膜底盘的一侧均通过方形销与所述正六边形滑槽滑动配合；六片所述三角形虹膜片沿所述正六边形滑槽均匀分布；

所述虹膜转盘上沿其周向间隔设置有6条滑道，任意一所述三角形虹膜片的靠近所述虹膜转盘的一侧均设置有圆柱销，6条所述滑道与六片所述三角形虹膜片一一对应，且所述三角形虹膜片通过所述圆柱销与所述滑道滑动配合；

所述虹膜转盘在所述拨动凸块的拨动作用下转动时，带动六片所述三角形虹膜片径向向外展开，并使所述虹膜片摩擦片与所述虹膜底盘摩擦片发生接触分离，产生摩擦电；所述虹膜转盘在所述弹簧的作用下回转时，带动六片所述三角形虹膜片径向向内收缩，并使所述虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片发生接触分离，产生摩擦电。

可选的，所述虹膜片摩擦片为栅栏式构型，包括铜电极和特氟龙摩擦层；所述虹膜底盘摩擦片为栅栏式构型，包括铜电极和特氟龙摩擦层。

可选的，所述外壳上开设有三条所述涵道，三条所述涵道以所述外壳的中心为中心呈圆周均匀分布；任意一所述涵道的横截面积由气流入口至气流出口逐渐减小，任意一所述涵道的所述气流出口均位于所述外壳的内壁，任意一所述涵道的所述气流入口均位于所述外壳的外壁。

可选的，所述摩擦电模块设置为两组，两组所述摩擦电模块对称布置于所述电磁模块的两侧。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的风力能量收集器，同时集成有电磁模块和摩擦电模块，电磁模块在风能驱动下转动并产生电能(电流)的同时，能够同步带动摩擦电模块中的虹膜转盘转动，再配合回转机构对虹膜转盘的回转作用，能够使得虹膜转盘往复转动，实现虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片之间的接触分离，产生摩擦电。本发明的风力能量收集器基于纳米摩擦效应与电磁感应效应，通过摩擦电和电磁式相互配合，构成混合式能量收集器，可以提高能量收集效率，从而使系统中更多的风能转化为电能，实用性强。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例所公开的风力能量收集器的结构示意图(隐藏了一组摩擦电模块)；

图2为本发明实施例所公开的电磁模块的安装示意图；

图3为本发明实施例所公开的外壳的分解结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的摩擦电模块的分解结构示意图；

图5为本发明实施例所公开的摩擦电模块的工作原理示意图；

图6为本发明实施例所公开的回弹块的回弹原理示意图。

其中，附图标记为：

100、一种风力能量收集器；

1、外壳；11、涵道；111、气流入口；112、气流出口；

2、电磁模块；21、中心轴；22、圆柱式缠绕线圈；221、第一线圈端盖；222、第二线圈端盖；23、第一半圆柱磁铁；24、第二半圆柱磁铁；25、电磁气流收集壳；26、端盖；27、拨动凸块；

3、摩擦电模块；31、虹膜底盘；311、安装轴；312、正六边形滑槽；32、虹膜转盘；321、回弹块；322、滑道；33、虹膜片；331、方形销；332、圆柱销；34、虹膜片摩擦片；35、虹膜底盘摩擦片；

4、回转卡盘；41、豁口；42、弧形槽；43、弯轴；44、弹簧；45、圆柱孔；

5、轴承一；

6、轴承二。

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。

本发明的目的之一是提供一种基于摩擦电与电磁效应的风力能量收集器，通过利用纳米摩擦效应和电磁效应相互配合，构成混合式能量收集器，以解决现有技术存在的能量收集效率低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1～图6所示，本实施例提供一种风力能量收集器100，包括外壳1、电磁模块2和摩擦电模块3。其中，外壳1上设置有涵道11，以向外壳1内引入风能；电磁模块2设置于外壳1内，其包括电磁转子和电磁定子，电磁转子套设于电磁定子的外周，电磁转子上设置有电磁气流收集壳25，电磁气流收集壳25能够在风能的作用下带动电磁转子转动；电磁转子和电磁定子中的一者为电磁线圈，另一者为能够产生磁感线的磁铁组件，电磁线圈能够通过切割磁感线发生电磁感应，进而产生电流，生成电能；摩擦电模块3设置于外壳1内，其具体为一种往复虹膜式纳米摩擦电模块，包括虹膜底盘31、虹膜转盘32、虹膜片33、虹膜片摩擦片34和虹膜底盘摩擦片35，虹膜转盘32活动安装于外壳1内，虹膜片33位于虹膜底盘31与虹膜转盘32之间，并与虹膜转盘32相连；虹膜片33的靠近虹膜底盘31的一侧设置虹膜片摩擦片34，虹膜底盘31的靠近虹膜片33的一侧设置虹膜底盘摩擦片35；电磁转子上设置有拨动凸块27，虹膜转盘32上设置有回弹块321，拨动凸块27能够在电磁转子转动时拨动回弹块321，以使虹膜转盘32转动，进而带动虹膜片33移动，并使虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35发生接触分离，且相对摩擦产生摩擦电；回弹块321连接有回转机构，回转机构能够驱动虹膜转盘32回转，进而带动虹膜片33复位，并使虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35发生接触分离，且相对摩擦产生摩擦电。

本实施例中，虹膜底盘31可通过螺纹连接的方式固连于外壳1内，其中心垂直设置一安装轴311，安装轴311、虹膜底盘31和外壳1在工作环境中保持相对固定。虹膜转盘32的中心内嵌轴承二6并与安装轴311轴向嵌套，可以实现轴向旋转。

本实施例中，电磁定子为电磁线圈，电磁转子为磁铁组件，其中的电磁线圈包括中心轴21和圆柱式缠绕线圈22，中心轴21沿圆柱式缠绕线圈22的轴向插设于圆柱式缠绕线圈22的中心，并与安装轴311同轴相连，以确保圆柱式缠绕线圈22的固定；圆柱式缠绕线圈22的两端由第一线圈端盖221和第二线圈端盖222固定。磁铁组件包括端盖26、第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24，第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24对接包覆于圆柱式缠绕线圈22的外周，且磁极相反布置，能够产生磁感线；电磁气流收集壳25套设于圆柱式缠绕线圈22的外周，并与圆柱式缠绕线圈22同轴布置；第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24均嵌置于电磁气流收集壳25的内壁。端盖26通过轴承一5转动安装于安装轴311上，轴承一5嵌套于端盖26中心，并套设于安装轴111的外周，保证整个电磁模块2可转动并且带动摩擦电模块3运动。端盖26的一端与电磁气流收集壳25嵌套固定，端盖26的另一端端面上沿其周向设置有拨动凸块27；并且因为端盖26中通过轴承一5与安装轴311接触，电磁气流收集壳25由于结构可以随着气流(风能)进行旋转并且带动端盖26、第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24同步旋转。当弧形磁铁，即第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24随着电磁气流收集壳25旋转时，极性相反布置的第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24之间的磁场会变化，圆柱式缠绕线圈22中线圈缠绕方向与磁铁之间形成的磁感线相切，从而保证在第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24转动时，线圈切割磁感线，产生电流。而电流产生的整个过程中，上述圆柱式缠绕线圈22、第一线圈端盖221、第二线圈端盖222和中心轴21均保持固定。

本实施例中，回转机构主要包括回转卡盘4、弯轴43和弹簧44，回转卡盘4固定套设于安装轴311上，不发生转动，且位于端盖26和虹膜转盘32之间；回弹块321凸出设置于虹膜转盘32的靠近端盖26的一端，且回弹块321位于端盖26与回转卡盘4之间；回转卡盘4的边缘开设有豁口41，回弹块321位于豁口41处，并沿虹膜转盘32的周向设置，回转卡盘4的靠近端盖26的一端开设有沿其周向设置的弧形槽42，弧形槽42沿回弹块321的转动轨迹设置；拨动凸块27转动过程中能够拨动回弹块321滑入弧形槽42，并在回弹块321完全进入弧形槽42后与回弹块321分离；弯轴43沿回弹块321的转动轨迹设置，且弯轴43的一端与回弹块321滑动配合，另一端嵌置于回转卡盘4内；弹簧44套设于弯轴43上，且弹簧44的一端与回弹块321连接，另一端与回转卡盘4连接；弹簧44用于在拨动凸块27与回弹块321分离时，将回弹块321沿与拨动凸块27转动方向相反的方向回弹。虹膜转盘32在拨动凸块27和弹簧44的双重作用下实现定角度往复转动，使得随着电磁模块2转动时，摩擦电模块3可以往复运动产生摩擦电。上述的弯轴43为虹膜转盘32上回弹块321的往复转动提供导向作用。

本实施例中，回弹块321设置有两个，且两个回弹块321以回转卡盘4的中心为中心呈180°对称布置；相应的回转卡盘4的边缘沿其周向设置有两组豁口41和两组弧形槽42，其中两组豁口41相对布置，两组弧形槽42相对布置，即两组豁口41和两组弧形槽42按照豁口41、弧形槽42、豁口41和弧形槽42的次序均匀排布。其中，豁口41位于两组弧形槽42之间，用于容纳回弹块321，并为回弹块321提供足够的转动空间。任意一豁口41均设置一弯轴43，回转卡盘4在弧形槽42的下方开设有圆柱孔45，弯轴43的端部嵌置于圆柱孔45内，回弹块321则穿套于弯轴43上，能够在随虹膜转盘32转动时沿弯轴43滑动，并压缩弹簧44或被弹簧44反推，弹簧44主要用于在虹膜转盘32旋转到极限位置时将其回弹。

本实施例中，在上述回弹块321设置两个的基础上，可以将拨动凸块27设置有6个，且6个拨动凸块27在端盖26上呈圆周间隔均匀分布。在端盖26转动一圈(360°)时，虹膜转盘32能够往复转动6次(每一次均包含拨动凸块27的推动转动和弹簧44的回弹转动)，提升摩擦电模块3的电能产生效率。

本实施例中，虹膜片33为三角形虹膜片，三角形虹膜片设置有六片，且六片虹膜片33沿虹膜转盘32的周向呈圆周式均匀分布。如图4和图5所示，虹膜底盘31上开设有正六边形滑槽312，任意一三角形虹膜片的靠近虹膜底盘31的一侧均通过方形销331与正六边形滑槽312滑动配合，六片三角形虹膜片沿正六边形滑槽312均匀分布；虹膜转盘32上沿其周向间隔设置有6条滑道322，任意一三角形虹膜片的靠近虹膜转盘32的一侧均设置有圆柱销332，6条滑道322与六片三角形虹膜片一一对应，且三角形虹膜片通过圆柱销332与滑道322滑动配合。如图4所示，随着虹膜转盘32的往复转动，六片虹膜片33会随着一起往复运动，实现虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35之间接触分离，产生摩擦电，具体过程如下：虹膜转盘32在拨动凸块27的拨动作用下转动时，带动六片三角形虹膜片径向向外展开，并使虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35发生接触分离，产生摩擦电；虹膜转盘32在弹簧44的作用下回转时，带动六片三角形虹膜片径向向内收缩，并使虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35发生接触分离，产生摩擦电。

本实施例中，上述虹膜底盘31、虹膜转盘32以及虹膜片33构成的机构为虹膜类机构，该虹膜类机构(或称之为“虹膜机构”)以其独特结构设置，可实现虹膜转盘32转动时，各虹膜片33同时展开或收缩。其中的虹膜片33作为移动的板块，主要用于安装虹膜片摩擦片34，并带动虹膜片摩擦片34相对虹膜底盘摩擦片35产生相对摩擦。虹膜类机构中对虹膜片33的数量并没有具体限制，两片、三片、四片、五片、六片、七片、八片、九片、十片均可，甚至更多片也可，虹膜机构的工作原理为一种现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，虹膜片摩擦片34为栅栏式构型，包括铜电极和特氟龙摩擦层，其电极侧贴附于虹膜片33上；虹膜底盘摩擦片35为栅栏式构型，包括铜电极和特氟龙摩擦层，其电极侧贴附于虹膜底盘31上。虹膜底盘摩擦片35的面积与虹膜底盘31的面积基本相同，仅在虹膜底盘31上的正六边形滑槽312处有所间断，上述虹膜片33的往、复运动过程中，均会经过正六边形滑槽312，进而实现虹膜片摩擦片34在随虹膜转盘32进行任何单向(展开或收缩)运动时，均会先与正六边形滑槽312一侧的虹膜底盘摩擦片35接触并相对摩擦，然后经正六边形滑槽312发生短暂分离后，再与正六边形滑槽312另一侧的虹膜底盘摩擦片35接触并相对摩擦。上述虹膜片摩擦片34具体为一种摩擦片，由于其安装在虹膜片33上，故称之为“虹膜片摩擦片”；同理，上述虹膜底盘摩擦片35具体为一种摩擦片，由于其安装在虹膜底盘31上，故称之为“虹膜底盘摩擦片”。

本实施例中，外壳1上开设有三条涵道11，三条涵道11以外壳1的中心为中心呈圆周均匀分布，任意一涵道11的横截面积由气流入口111至气流出口112逐渐减小，任意一涵道11的气流出口112均位于外壳1的内壁，任意一涵道11的气流入口111均位于外壳1的外壁。具有三条涵道11的外壳1的剖面形状如图3所示。本实施例中涵道11的横截面积由气流入口111至气流出口112逐渐减小，具有气流加速的作用，涵道气流加速的原理为：三条涵道11呈圆周均匀分布，且近似旋风状排布，三条涵道11的引风方向相同，均为顺时针或逆时针，如图3所示，由于涵道11的特殊结构，气流会被转换为逆时针方向输出给电磁气流收集壳25(电磁气流收集壳25为一种现有结构，形似风扇结构，在此不再赘述)，并且由于涵道形的特殊结构气槽，对于流体而言，在同样的气流量下，截面积大的地方流线密度低，而截面积小的地方流线密度高，且流体流线密处速度高，流线稀处速度低，所以气流经横截面积大的气流入口111导至横截面积小的气流出口112的过程中，会被加速并且由外界传送给电磁气流收集壳25，从而提升电磁气流收集壳25的转速提升发电功率。同时共有三个涵道11可导入气流，所以可以实现多个方向的风能收集，提高风能利用率。鉴于本实施例的能量收集器集成应用了纳米摩擦效应与电磁感应效应，可以有效地将其受到的3个方向的风能转换为电能。

本实施例中，摩擦电模块3设置为两组，两组摩擦电模块3对称布置于电磁模块2的两侧，电磁模块2中的中心轴21的两端分别与两组摩擦电模块3中的安装轴311固连，相应的电磁模块2中电磁气流收集壳25的两侧分别嵌置一具有拨动凸块27的端盖26，两侧摩擦电模块3与电磁模块2之间的连接关系完全相同，在此不再赘述。其中外壳1属于电磁模块2的一部分，并且两端由两组摩擦电模块3中的虹膜底盘31固定密封，在工作过程中外壳1与虹膜底盘31为固定不动的状态。

下面对本实施例风力能量收集器100的工作原理作具体说明：

设置了上述涵道11的外壳1配合电磁模块2，构成一涵道风能加速式电磁模块。涵道11可以使外部涌入的气流加速从而提升电磁气流收集壳25的转速，从而提升能量收集效率。在电磁气流收集壳25受到来自外壳1的气流冲击时，电磁气流收集壳25会进行旋转且旋转方向单一，比如逆时针(以图2为参考)，而第一半圆柱磁铁23和第二半圆柱磁铁24内嵌固连于电磁气流收集壳25所以会一起旋转，由于电磁感应效应，电流会在圆柱式缠绕线圈22中产生，从而产生电能。

与此同时，摩擦电模块3中的虹膜转盘32在拨动凸块27的作用下随电磁气流收集壳25转动。如图6所示，拨动凸块27在水平位置与虹膜转盘32的回弹块321外表面面接触，从而实现在端盖26旋转时可带动虹膜转盘32运动，回弹卡盘4嵌套在虹膜转盘32上凸出的回弹块321上使得凸出的回弹块321在回弹卡盘4的弧形槽42内运动，回弹卡盘4与安装轴311固连且保持固定，并且弯轴43内嵌于虹膜转盘32的凸出的回弹块321与回弹卡盘4的圆柱孔45中，弹簧44内置于回弹卡盘4的弧形槽42里并且弹簧44的两端面由回弹块321与回弹卡盘4固定。如图5所示，当虹膜转盘32转动时，虹膜片33由于受到虹膜转盘32上滑道322与虹膜底盘31上正六边形滑槽312的作用发生定向移动，各虹膜片33形成展开状态，从而使虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35发生接触分离，产生摩擦电；而当虹膜转盘32回弹转动时，虹膜片33由展开状态恢复到合并状态，虹膜片摩擦片34与虹膜底盘摩擦片35发生接触分离，产生摩擦电。其中，虹膜式摩擦电模块的回弹原理如下：如图6所示，端盖26旋转时，其上拨动凸块27会与虹膜转盘32的凸出的回弹块321产生接触，从而带动虹膜转盘32运动，此时为凸块带动阶段；当进入凸块脱离阶段时，由于回弹卡盘4的弧形槽42顶端的半开放式端盖设计与虹膜转盘32上回弹块321的结构设计(回弹块321材料可优选为回弹性好的材料如超薄弹簧钢)，回弹块321会被塞入弧形槽321并且由于弯曲使得端盖26上拨动凸块27与之分离，此时底部弹簧44受压；接下来进入转盘回弹阶段，由于端盖26上拨动凸块27的分离，底部受压弹簧44开始得到释放，从而带动虹膜转盘32一起回弹，并且使得虹膜转盘32上的回弹块321恢复原样并复位至原位置。最后是回复等待阶段，虹膜转盘32完全脱出弧形槽321，静止并且等待下一次拨动凸块27的拨动。

由此可见，本技术方案提出的风力能量收集器，同时集成有电磁模块和摩擦电模块，电磁模块在风能驱动下转动并产生电能(电流)的同时，能够同步带动摩擦电模块中的虹膜转盘转动，再配合回转机构对虹膜转盘的回转作用，能够使得虹膜转盘往复转动，实现虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片之间的接触分离，产生摩擦电。本发明的风力能量收集器基于纳米摩擦效应与电磁感应效应，通过摩擦电和电磁式相互配合，构成混合式能量收集器，可以提高能量收集效率，从而使系统中更多的风能转化为电能，实用性强。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种风力能量收集器，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳上设置有涵道，以向所述外壳内引入风能；

电磁模块，所述电磁模块设置于所述外壳内，其包括电磁转子和电磁定子，所述电磁转子套设于所述电磁定子的外周，所述电磁转子上设置有电磁气流收集壳，所述电磁气流收集壳能够在所述风能的作用下带动所述电磁转子转动；所述电磁转子和所述电磁定子中的一者为电磁线圈，另一者为能够产生磁感线的磁铁组件，所述电磁线圈能够通过切割磁感线产生电流；所述电磁模块还包括端盖；

摩擦电模块，所述摩擦电模块设置于所述外壳内，其包括虹膜底盘、虹膜转盘、虹膜片、虹膜片摩擦片和虹膜底盘摩擦片，所述虹膜转盘活动安装于所述外壳内，所述虹膜片位于所述虹膜底盘与所述虹膜转盘之间，并与所述虹膜转盘相连，所述虹膜片的靠近所述虹膜底盘的一侧设置所述虹膜片摩擦片，所述虹膜底盘的靠近所述虹膜片的一侧设置所述虹膜底盘摩擦片；所述电磁转子上设置有拨动凸块，所述虹膜转盘上设置有回弹块，所述拨动凸块能够在所述电磁转子转动时拨动所述回弹块，以使所述虹膜转盘转动，进而带动所述虹膜片移动，并使所述虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片发生接触分离，且相对摩擦产生摩擦电；所述虹膜底盘的中心垂直设置一安装轴，所述虹膜转盘通过轴承转动安装于所述安装轴上，所述端盖通过轴承转动安装于所述安装轴上，且所述端盖的一端与所述电磁气流收集壳的轴向一端连接，所述端盖的另一端端面上沿其周向设置有所述拨动凸块；所述回弹块连接有回转机构，所述回转机构能够驱动所述虹膜转盘回转，进而带动所述虹膜片复位，并使所述虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片发生接触分离，且相对摩擦产生摩擦电；所述回转机构包括回转卡盘、弯轴和弹簧，所述回转卡盘套设于所述安装轴上，且位于所述端盖和所述虹膜转盘之间；所述回弹块凸出设置于所述虹膜转盘的靠近所述端盖的一端，且所述回弹块位于所述端盖与所述回转卡盘之间；所述回转卡盘的边缘开设有豁口，所述回弹块位于所述豁口处，并沿所述虹膜转盘的周向设置，所述回转卡盘的靠近所述端盖的一端开设有沿其周向设置的弧形槽，所述弧形槽沿所述回弹块的转动轨迹设置；所述拨动凸块转动过程中能够拨动所述回弹块滑入所述弧形槽，并在所述回弹块完全进入所述弧形槽后与所述回弹块分离；所述弯轴沿所述回弹块的转动轨迹设置，且所述弯轴的一端与所述回弹块滑动配合，另一端嵌置于所述回转卡盘内；所述弹簧套设于所述弯轴上，且所述弹簧的一端与所述回弹块连接，另一端与所述回转卡盘连接；所述弹簧用于在所述拨动凸块与所述回弹块分离时，将所述回弹块沿与所述拨动凸块转动方向相反的方向回弹。

2.根据权利要求1所述的风力能量收集器，其特征在于，所述电磁定子为电磁线圈，其包括中心轴和圆柱式缠绕线圈，所述中心轴沿所述圆柱式缠绕线圈的轴向插设于所述圆柱式缠绕线圈的中心，并与所述安装轴相连；

所述电磁转子为磁铁组件，其包括第一半圆柱磁铁和第二半圆柱磁铁，所述第一半圆柱磁铁和所述第二半圆柱磁铁对接包覆于所述圆柱式缠绕线圈的外周，且磁极相反布置；

所述电磁气流收集壳套设于所述圆柱式缠绕线圈的外周，并与所述圆柱式缠绕线圈同轴布置；所述第一半圆柱磁铁和所述第二半圆柱磁铁均嵌置于所述电磁气流收集壳的内壁。

3.根据权利要求1所述的风力能量收集器，其特征在于，所述回弹块设置有两个，且两个所述回弹块以所述回转卡盘的中心为中心呈180°对称布置；

所述拨动凸块设置有6个，且6个所述拨动凸块在所述端盖上呈圆周间隔均匀分布。

4.根据权利要求3所述的风力能量收集器，其特征在于，所述虹膜片为三角形虹膜片，所述三角形虹膜片沿所述回转卡盘的周向设置有六片；

所述虹膜底盘上开设有正六边形滑槽，任意一所述三角形虹膜片的靠近所述虹膜底盘的一侧均通过方形销与所述正六边形滑槽滑动配合；六片所述三角形虹膜片沿所述正六边形滑槽均匀分布；

所述虹膜转盘上沿其周向间隔设置有6条滑道，任意一所述三角形虹膜片的靠近所述虹膜转盘的一侧均设置有圆柱销，6条所述滑道与六片所述三角形虹膜片一一对应，且所述三角形虹膜片通过所述圆柱销与所述滑道滑动配合；

所述虹膜转盘在所述拨动凸块的拨动作用下转动时，带动六片所述三角形虹膜片径向向外展开，并使所述虹膜片摩擦片与所述虹膜底盘摩擦片发生接触分离，产生摩擦电；所述虹膜转盘在所述弹簧的作用下回转时，带动六片所述三角形虹膜片径向向内收缩，并使所述虹膜片摩擦片与虹膜底盘摩擦片发生接触分离，产生摩擦电。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的风力能量收集器，其特征在于，所述虹膜片摩擦片为栅栏式构型，包括铜电极和特氟龙摩擦层；

所述虹膜底盘摩擦片为栅栏式构型，包括铜电极和特氟龙摩擦层。

6.根据权利要求1~4任意一项所述的风力能量收集器，其特征在于，所述外壳上开设有三条所述涵道，三条所述涵道以所述外壳的中心为中心呈圆周均匀分布；任意一所述涵道的横截面积由气流入口至气流出口逐渐减小，任意一所述涵道的所述气流出口均位于所述外壳的内壁，任意一所述涵道的所述气流入口均位于所述外壳的外壁。

7.根据权利要求1~4任意一项所述的风力能量收集器，其特征在于，所述摩擦电模块设置为两组，两组所述摩擦电模块对称布置于所述电磁模块的两侧。