CN114944780B - 分级式自调节摩擦纳米发电机 - Google Patents
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Abstract
公开了一种分级式自调节摩擦纳米发电机，包括定子部和转子部。定子部包括壳体和设置在壳体内壁上的定子摩擦件。转子部包括设置在壳体内的主轴及沿主轴的轴向依次设置的一级转子和二级转子。一级转子包括固定连接在主轴上的一级转筒和设置在一级转筒外壁上的一级转子摩擦件，一级转子摩擦件与定子摩擦件接触并能够摩擦起电。二级转子包括可转动连接在主轴上的二级转筒、设置在二级转筒外壁上的二级转子摩擦件和固定连接在主轴上的离心机构，二级转筒的内壁设置有传动凸起，二级转子摩擦件与定子摩擦件接触；离心机构在离心力作用下能够与传动凸起抵接，以使二级转筒能够随主轴转动，二级转子摩擦件与定子摩擦件能够摩擦起电，能量俘获效率较高。
Description
技术领域
本申请涉及能源领域，尤其涉及一种分级式自调节摩擦纳米发电机。
背景技术
随着物联网的发展，大量的信息由广泛分布的传感器和微型电子设备提供，当前全球有数以万亿个传感器单元，这些传感器主要的供能方式为电网或电池。这些传统的供能方式带来了巨大的经济负担，因此，提出一种新的能源供给方式尤为迫切。
摩擦纳米发电机作为一种新兴的发电技术，可以将机械能转化为电能。摩擦纳米发电机具有低成本、易制造、环境友好性强、材料选择范围广等优点，其被广泛应用于收集各种自然环境中的可再生能源，如风能、海洋能、振动能、人体运动能等。基于摩擦起电与静电感应耦合的原理，更是让摩擦纳米发电机在低频能量收集领域具有不可替代的优势。
但是自然风能、水能存在随机性强的特性，而传统摩擦纳米发电机不具备自调节的能力。当外界风能或水能等自然能量的输入大于摩擦纳米发电机启动所需要的能量时，能量俘获效率较低。
发明内容
本申请实施例提供一种分级式自调节摩擦纳米发电机，以解决摩擦纳米发电机能量俘获效率较低的问题。
本申请实施例提出了一种分级式自调节摩擦纳米发电机，包括定子部和转子部。所述定子部包括壳体和定子摩擦件，所述定子摩擦件设置在所述壳体的内壁上。所述转子部包括主轴、一级转子和二级转子，所述主轴设置在所述壳体内，所述一级转子和所述二级转子沿所述主轴的轴向依次设置。所述一级转子包括一级转筒和一级转子摩擦件，所述一级转筒固定连接在所述主轴上；所述一级转子摩擦件设置在所述一级转筒的外壁上，所述一级转子摩擦件与所述定子摩擦件接触，当所述主轴转动时，所述一级转子摩擦件与所述定子摩擦件能够摩擦起电。所述二级转子包括二级转筒、二级转子摩擦件和离心机构，所述二级转筒可转动连接在所述主轴上，所述二级转筒的内壁设置有传动凸起；所述二级转子摩擦件设置在所述二级转筒的外壁上，所述二级转子摩擦件与所述定子摩擦件接触；所述离心机构固定连接在所述主轴上，所述离心机构位于所述二级转筒内，当所述主轴转动时，所述离心机构在离心力的作用下能够与所述传动凸起抵接，以使所述二级转筒能够随所述主轴转动，所述二级转子摩擦件与所述定子摩擦件能够摩擦起电。
根据本申请实施例的一个方面，所述二级转子为多个，多个所述二级转子沿所述主轴的轴向依次排布，各所述二级转子的所述离心机构在不同的所述离心力的作用下能够与所述传动凸起抵接。
根据本申请实施例的一个方面，所述离心机构包括滑轨、滑块、缓冲结构及传动件；所述滑轨的第一端固定连接在所述主轴上；所述滑块活动连接在所述滑轨上，所述滑块在所述离心力的作用下能够由所述滑轨的第一端向所述滑轨的第二端移动；所述缓冲结构设置在所述滑轨的第二端和所述滑块上，当所述滑块向所述滑轨的第二端移动时，所述缓冲结构能够向所述滑块提供与离心力反向的作用力；所述传动件的第一端连接在所述滑块上，当所述滑块向所述滑轨的第二端移动时，所述传动件与所述传动凸起抵接，所述二级转筒能够随所述主轴转动。
根据本申请实施例的一个方面，所述离心机构还包括固定底座和限位件，所述固定底座固定连接在所述主轴上，所述限位件固定连接在所述固定底座上，且所述限位件与所述滑轨的第二端连接；所述滑轨固定连接在所述固定底座上；所述传动件的第二端能够贯穿所述限位件，以能够与所述传动凸起抵接。
根据本申请实施例的一个方面，所述限位件为块状结构，所述限位件具有第一通口，所述传动件的第二端能够穿过所述第一通口，以能够与所述传动凸起抵接。
根据本申请实施例的一个方面，所述限位件为环状结构，所述滑轨位于所述限位件内；所述限位件靠近所述滑轨的第二端处具有第二通口，所述传动件的第二端能够穿过所述第二通口，以能够与所述传动凸起抵接。
根据本申请实施例的一个方面，所述缓冲结构为弹性件；所述缓冲结构的第一端与所述限位件抵接，且所述缓冲结构的第一端靠近所述滑轨的第二端设置，所述缓冲结构的第二端与所述滑块抵接。
根据本申请实施例的一个方面，所述传动件为杆状结构，所述缓冲结构套接在所述传动件上。
根据本申请实施例的一个方面，所述缓冲结构包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件和所述第二磁性件的极性相同；所述第一磁性件设置在所述限位件上，且所述第一磁性件靠近所述滑轨的第二端设置，所述第二磁性件设置在所述滑块上。
根据本申请实施例的一个方面，所述定子摩擦件包括多个第一定子摩擦件和多个第二定子摩擦件，所述第一定子摩擦件与所述第二定子摩擦件沿所述主轴的周向交替排布，相邻的所述第一定子摩擦件与所述第二定子摩擦件间隔相同。
根据本申请实施例的一个方面，所述一级转子摩擦件为多个，多个所述一级转子摩擦件在所述一级转筒的外壁上沿所述主轴的周向等间隔排布；所述二级转子摩擦件为多个，多个所述二级转子摩擦件在所述二级转筒的外壁上沿所述主轴的周向等间隔排布。
根据本申请实施例的一个方面，所述定子摩擦件的材料为具有电正性的材料，所述一级转子摩擦件和所述二级转子摩擦件的材料为具有电负性的材料。
根据本申请实施例的一个方面，所述壳体包括一级壳体和二级壳体，所述一级壳体和所述二级壳体上均设置有所述定子摩擦件；所述一级转子与所述一级壳体在垂直于所述主轴的轴向上的位置对应，所述一级转子摩擦件与所述一级壳体上的所述定子摩擦件接触；所述二级转子与所述二级壳体在垂直于所述主轴的轴向上的位置对应，所述二级转子摩擦件与所述二级壳体上的所述定子摩擦件接触。
根据本申请实施例的一个方面，所述二级转筒上设置有线圈，所述壳体的内壁上设置有磁铁，所述磁铁与所述线圈在垂直于所述主轴的轴向上的位置对应，当所述二级转筒转动时，所述磁铁与所述线圈能够感应发电。
本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机，当主轴在外界激励下转动时，一级转筒随主轴转动，一级转子摩擦件与定子摩擦件摩擦起电，装置可以俘获外界能量。当外界激励增大时，主轴的转速增加，离心机构在离心力的作用下与传动凸起抵接，二级转筒随主轴转动，二级转子摩擦件与定子摩擦件摩擦起电，装置可以俘获更多的外界能量。由此，本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机具备分级自调节能力，可以实现发电机自身发电容量与外界输入能量的动态匹配，在俘获风能或水能等间歇性能量时发电机发电容量调节时间较短，可以提高发电机的能量俘获效率，减少能量流失，提高发电机的能量转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的结构示意图；
图2为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的内部结构示意图；
图3为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的离心机构的结构示意图；
图4为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的二级转筒的结构示意图；
图5为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的离心机构的结构示意图；
图6为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的限位件的结构示意图；
图7为本申请实施例一提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的定子摩擦件的分布情况示意图；
图8为本申请实施例二提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的结构示意图；
图9为本申请实施例二提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的内部结构示意图；
图10为本申请实施例二提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的二级转筒的结构示意图；
图11为本申请实施例二提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的离心机构的结构示意图；
图12为本申请实施例二提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的壳体的结构示意图；
图13为本申请实施例二提供的分级式自调节摩擦纳米发电机的局部剖视结构示意图。
附图标记：
100-壳体，200-定子摩擦件，300-主轴，400-一级转子，500-二级转子；
110-一级壳体，120-二级壳体，130-磁铁；
210-第一定子摩擦件，220-第二定子摩擦件；
410-一级转筒，420-一级转子摩擦件；
510-二级转筒，520-二级转子摩擦件，530-离心机构，540-线圈；
511-传动凸起，512-凹槽；
531-滑轨，532-滑块，533-缓冲结构，534-传动件，535-固定底座，536-限位件；
5331-第一磁性件，5332-第二磁性件；
5361-第一通口，5362-第二通口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”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申请和简化描述，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申请的限制。
现有的摩擦纳米发电机的驱动扭矩通常是固定的，当外界输入的机械能增大时，伴随着发电机转子转速的增加，发电机流失的机械能也会增加，能量俘获效率较低，造成能源浪费。
由此，本申请实施例提供一种分级式自调节摩擦纳米发电机，以提高能量俘获效率。以下对本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机进行详细描述。
实施例一：
请参阅图1、图2、图3及图4，本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机包括定子部和转子部。定子部包括壳体100和定子摩擦件200，定子摩擦件200设置在壳体100的内壁上。转子部包括主轴300、一级转子400和二级转子500，主轴300设置在壳体100内，一级转子400和二级转子500沿主轴300的轴向依次设置。
其中，一级转子400包括一级转筒410和一级转子摩擦件420。一级转筒410固定连接在主轴300上。一级转子摩擦件420设置在一级转筒410的外壁上，一级转子摩擦件420与定子摩擦件200接触。当主轴300转动时，一级转筒410随主轴300转动，一级转子摩擦件420与定子摩擦件200摩擦起电。
二级转子500包括二级转筒510、二级转子摩擦件520和离心机构530。二级转筒510可转动连接在主轴300上，二级转筒510的内壁设置有传动凸起511。二级转子摩擦件520设置在二级转筒510的外壁上，二级转子摩擦件520与定子摩擦件200接触。离心机构530固定连接在主轴300上，离心机构530位于二级转筒510内，当主轴300转动时，离心机构530随主轴300转动，离心机构530在离心力的作用下与传动凸起511抵接，二级转筒510在离心机构530的带动下转动，即二级转筒510随主轴300转动，二级转子摩擦件520与定子摩擦件200摩擦起电。
本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机，当主轴300在外界激励下转动时，一级转筒410随主轴300转动，一级转子摩擦件420与定子摩擦件200摩擦起电，装置可以俘获外界能量。当外界激励增大时，主轴300的转速增加，离心机构530在离心力的作用下与传动凸起511抵接，二级转筒510随主轴300转动，二级转子摩擦件520与定子摩擦件200摩擦起电，装置可以俘获更多的外界能量。由此，本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机具备分级自调节能力，可以实现发电机自身发电容量与外界输入能量的动态匹配，在俘获风能或水能等间歇性能量时发电机发电容量调节较快，发电机的能量俘获效率较高，可以减少能量流失，提高发电机的能量转换效率。在实际应用中，可以适用于俘获风能或水能等持续时间短、变化速度快的自然能量。
在具体实施中，壳体100可以为圆柱体状。主轴300通过轴承设置在壳体100上，主轴300可以与壳体100同轴设置。一级转筒410及二级转筒510与主轴300的固定连接，具体可以是过盈配合的方式。离心机构530与主轴300的固定连接，具体也可以是过盈配合的方式。
作为一种可能的实施方式，二级转子500为多个，多个二级转子500沿主轴300的轴向依次排布，各二级转子500的离心机构530在不同的离心力的作用下与传动凸起511抵接。
在实际应用中，当外界激励持续增大时，主轴300的转速持续增加，各个二级转子500的离心机构530依次与传动凸起511抵接，多个二级转筒510逐级开始转动，可以进一步实现发电机驱动扭矩与外界输入能量的动态匹配，进一步提高发电机的能量俘获效率。
如图5所示，作为一种可能的实施方式，离心机构530包括滑轨531、滑块532、缓冲结构533及传动件534。其中，滑轨531的第一端固定连接在主轴300上。滑块532活动连接在滑轨531上，滑块532在离心力的作用下由滑轨531的第一端向滑轨531的第二端移动。缓冲结构533设置在滑轨531的第二端和滑块532上，当滑块532向滑轨531的第二端移动时，缓冲结构533能够向滑块532提供与离心力反向的作用力，当外界激励减小时，在缓冲结构533提供的反向的作用力的作用下，滑块532向滑轨531的第一端移动而复位。传动件534的第一端连接在滑块532上，当滑块532向滑轨531的第二端移动时，传动件534与传动凸起511抵接，二级转筒510能够随主轴300转动。
在实际应用中，当外界激励增大时，主轴300的转速增加，滑块532在离心力的作用下在滑轨531上向滑轨531的第二端移动，传动件534与传动凸起511抵接，二级转筒510转动，二级转子摩擦件520与定子摩擦件200摩擦起电，可以实现发电机驱动扭矩与外界输入能量的动态匹配，提高发电机的能量俘获效率。
在具体实施中，当二级转子500为多个时，各二级转子500的缓冲结构533的规格不同，各二级转子500的缓冲结构533能够向滑块532提供不同的反向的作用力，由此实现当外界激励持续增大时，多个二级转筒510逐级开始转动。
作为一种可能的实施方式，离心机构530还包括固定底座535和限位件536。固定底座535固定连接在主轴300上。限位件536固定连接在固定底座535上，且限位件536与滑轨531的第二端连接。具体实施时，滑轨531固定连接在固定底座535上。当滑块532向滑轨531的第二端移动时，传动件534的第二端贯穿限位件536以与传动凸起511抵接。
如图6所示，在具体实施中，限位件536为块状结构，限位件536具有第一通口5361。当滑块532向滑轨531的第二端移动时，传动件534的第二端能够穿过第一通口5361以与传动凸起511抵接。
在具体实施中，缓冲结构533为弹性件，例如，缓冲结构533为弹簧等。缓冲结构533的第一端与限位件536抵接，且缓冲结构533的第一端靠近滑轨531的第二端设置，缓冲结构533的第二端与滑块532抵接。当滑块532向滑轨531的第二端移动时，缓冲结构533被压缩，由此向滑块532提供与离心力反向的作用力。
在具体实施中，传动件534为杆状结构，例如，传动件534可以采用传动销等。缓冲结构533套接在传动件534上，可以保证缓冲结构533位置的稳定性。
如图7所示，具体实施时，定子摩擦件200包括多个第一定子摩擦件210和多个第二定子摩擦件220，第一定子摩擦件210与第二定子摩擦件220沿主轴300的周向交替排布，相邻的第一定子摩擦件210与第二定子摩擦件220间隔相同。当主轴300转动时，一级转子摩擦件420与第一定子摩擦件210和第二定子摩擦件220摩擦，第一定子摩擦件210和第二定子摩擦件220连接外电路后可以在外电路产生交流电。
具体实施时，一级转子摩擦件420为多个，多个一级转子摩擦件420在一级转筒410的外壁上沿主轴300的周向等间隔排布。相似地，二级转子摩擦件520为多个，多个二级转子摩擦件520在二级转筒510的外壁上沿主轴300的周向等间隔排布。具体地，二级转筒510的外壁设置有凹槽512，二级转子摩擦件520固定连接在凹槽512内。
具体实施时，定子摩擦件200的材料为具有电正性的材料，例如，定子摩擦件200的材料可以为铜、铝等具有电正性的材料。一级转子摩擦件420和二级转子摩擦件520的材料为具有电负性的材料，例如，一级转子摩擦件420和二级转子摩擦件520的材料可以为FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PVC(聚氯乙烯)等电负性强的材料。由于材料的电负性不同，定子摩擦件200与一级转子摩擦件420相互摩擦，定子摩擦件200会在表面积累正摩擦电荷，根据电荷守恒定律，一级转子摩擦件420会在表面积累负摩擦电荷，一级转子摩擦件420连接到外电路后可以向外电路提供电能，实现机械能转换为电能。类似地，定子摩擦件200与二级转子摩擦件520相互摩擦，二级转子摩擦件520连接到外电路后也可以向外电路提供电能。
实施例二：
请参阅图8、图9及图10，本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机包括定子部和转子部。定子部包括壳体100和定子摩擦件，定子摩擦件设置在壳体100的内壁上。转子部包括主轴300、一级转子和二级转子，主轴300设置在壳体100内，一级转子和二级转子沿主轴300的轴向依次设置。其中，一级转子包括一级转筒410和一级转子摩擦件420。一级转筒410固定连接在主轴300上。一级转子摩擦件420设置在一级转筒410的外壁上，一级转子摩擦件420与定子摩擦件接触。当主轴300转动时，一级转筒410随主轴300转动，一级转子摩擦件420与定子摩擦件摩擦起电。
二级转子包括二级转筒510、二级转子摩擦件520和离心机构530。二级转筒510可转动连接在主轴300上，二级转筒510的内壁设置有传动凸起511。二级转子摩擦件520设置在二级转筒510的外壁上，二级转子摩擦件520与定子摩擦件接触。离心机构530固定连接在主轴300上，离心机构530位于二级转筒510内，当主轴300转动时，离心机构530随主轴300转动，离心机构530在离心力的作用下与传动凸起511抵接，二级转筒510在离心机构530的带动下转动，即二级转筒510随主轴300转动，二级转子摩擦件520与定子摩擦件摩擦起电。
本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机，当主轴300在外界激励下转动时，一级转筒410随主轴300转动，一级转子摩擦件420与定子摩擦件摩擦起电，装置可以俘获外界能量。当外界激励增大时，主轴300的转速增加，离心机构530在离心力的作用下与传动凸起511抵接，二级转筒510随主轴300转动，二级转子摩擦件520与定子摩擦件摩擦起电，装置可以俘获更多的外界能量。由此，本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机具备自调节能力，可以实现发电机驱动扭矩与外界输入能量的动态匹配，提高发电机的能量俘获效率，减少能量流失，进而提高发电机的能量转换效率，适用于俘获风能或水能等持续时间短、变化速度快的自然能量。
在具体实施中，壳体100可以为圆柱体状。主轴300通过轴承设置在壳体100上，主轴300可以与壳体100同轴设置。一级转筒410及二级转筒510与主轴300的固定连接，具体可以是过盈配合的方式。离心机构530与主轴300的固定连接，具体也可以是过盈配合的方式。
作为一种可能的实施方式，二级转子为多个，多个二级转子沿主轴300的轴向依次排布，各二级转子的离心机构530在不同的离心力的作用下与传动凸起511抵接。
在实际应用中，当外界激励持续增大时，主轴300的转速持续增加，各个二级转子的离心机构530依次与传动凸起511抵接，多个二级转筒510逐级开始转动，可以进一步实现发电机驱动扭矩与外界输入能量的动态匹配，进一步提高发电机的能量俘获效率。
如图11所示，作为一种可能的实施方式，离心机构530包括滑轨531、滑块532、缓冲结构及传动件534。其中，滑轨531的第一端固定连接在主轴300上。滑块532活动连接在滑轨531上，滑块532在离心力的作用下由滑轨531的第一端向滑轨531的第二端移动。缓冲结构设置在滑轨531的第二端和滑块532上，当滑块532向滑轨531的第二端移动时，缓冲结构能够向滑块532提供与离心力反向的作用力，当外界激励减小时，在缓冲结构提供的反向的作用力的作用下，滑块532向滑轨531的第一端移动而复位。传动件534的第一端连接在滑块532上，当滑块532向滑轨531的第二端移动时，传动件534与传动凸起511抵接，二级转筒510能够随主轴300转动。
在实际应用中，当外界激励增大时，主轴300的转速增加，滑块532在离心力的作用下在滑轨531上向滑轨531的第二端移动，传动件534与传动凸起511抵接，二级转筒510转动，二级转子摩擦件520与定子摩擦件摩擦起电，可以实现发电机自身发电容量与外界输入能量的动态匹配，提高发电机的能量俘获效率。
在具体实施中，当二级转子为多个时，各二级转子的缓冲结构的规格不同，各二级转子的缓冲结构能够向滑块532提供不同的反向的作用力，由此实现当外界激励持续增大时，多个二级转筒510逐级开始转动。
作为一种可能的实施方式，离心机构530还包括固定底座535和限位件536。固定底座535固定连接在主轴300上。限位件536固定连接在固定底座535上，且限位件536与滑轨531的第二端连接。具体实施时，滑轨531固定连接在固定底座535上。当滑块532向滑轨531的第二端移动时，传动件534的第二端贯穿限位件536以与传动凸起511抵接。
在具体实施中，限位件536为环状结构，滑轨531位于限位件536内，限位件536靠近滑轨531的第二端处具有第二通口5362。当滑块532向滑轨531的第二端移动时，传动件534的第二端穿过第二通口5362以与传动凸起511抵接。
在具体实施中，缓冲结构包括第一磁性件5331和第二磁性件5332，第一磁性件5331和第二磁性件5332的极性相同。第一磁性件5331设置在限位件536上，且第一磁性件5331靠近滑轨531的第二端设置，第二磁性件5332设置在滑块532上。当滑块532向滑轨531的第二端移动时，第一磁性件5331与第二磁性件5332相斥，由此向滑块532提供与离心力反向的作用力。
在具体实施中，传动件534可以采用传动块。传动件534可以固定连接在滑块532上。第二磁性件5332可以固定连接在传动件534上。具体地，传动件534可以具有定位槽，第二磁性件5332可以固定连接在定位槽内，第二磁性件5332的位置稳定。
具体实施时，定子摩擦件包括多个第一定子摩擦件和多个第二定子摩擦件，第一定子摩擦件与第二定子摩擦件沿主轴300的周向交替排布，相邻的第一定子摩擦件与第二定子摩擦件间隔相同。当主轴300转动时，一级转子摩擦件420与第一定子摩擦件和第二定子摩擦件摩擦，第一定子摩擦件和第二定子摩擦件连接外电路后可以在外电路产生交流电。
具体实施时，一级转子摩擦件420为多个，多个一级转子摩擦件420在一级转筒410的外壁上沿主轴300的周向等间隔排布。相似地，二级转子摩擦件520为多个，多个二级转子摩擦件520在二级转筒510的外壁上沿主轴300的周向等间隔排布。具体地，二级转筒510的外壁设置有凹槽512，二级转子摩擦件520固定连接在凹槽512内。
具体实施时，定子摩擦件的材料为具有电正性的材料，一级转子摩擦件420和二级转子摩擦件520的材料为具有电负性的材料，具体可参考实施例一。
如图12及图13所示，作为一种可能的实施方式，壳体100包括一级壳体110和二级壳体120。一级壳体110和二级壳体120上均设置有定子摩擦件。实际应用时，一级转子与一级壳体110配合，具体地，一级转子与一级壳体110在垂直于主轴300的轴向上的位置对应，一级转子摩擦件420与一级壳体110上的定子摩擦件接触。相似地，二级转子与二级壳体120配合，具体地，二级转子与二级壳体120在垂直于主轴300的轴向上的位置对应，二级转子摩擦件520与二级壳体120上的定子摩擦件接触。由此，发电机可以具有多个独立的供电系统。
具体实施时，二级转筒510的直径可以大于一级转筒410的直径，对应地，二级壳体120的直径也大于一级壳体110的直径。当二级转子为多个时，多个二级转筒510的直径可以依次增大。二级壳体120与二级转子的数量相同，对应地，多个二级壳体120的直径也依次增大。
定义转筒及壳体100沿主轴300的轴向的尺寸为高度，二级转筒510的高度可以大于一级转筒410的高度，多个二级转筒510的高度可以依次增大，多个二级转筒510可以依次嵌套设置，一级转筒410可以位于最内层的二级转筒510以内。二级壳体120的高度可以大于一级壳体110的高度，多个二级壳体120的高度可以依次增大，多个二级壳体120可以依次嵌套设置，一级壳体110可以位于最内层的二级壳体120以内。总体而言，一级转筒410、一级壳体110、二级转筒510、二级壳体120可以由内到外依次嵌套设置。
作为一种可能的实施方式，本申请实施例提供的分级式自调节摩擦纳米发电机还包括电磁发电结构。具体地，二级转筒510上设置有线圈540，壳体100的内壁上设置有磁铁130，磁铁130与线圈540在垂直于主轴300的轴向上的位置对应，当二级转筒510转动时，磁铁130与线圈540能够感应发电。电磁发电机可以适用于高频运动环境，可以进一步提高发电机的能量转换效率。
具体实施时，当壳体100包括一级壳体110和二级壳体120时，磁铁130可以设置在二级壳体120上。当二级壳体120为多个时，磁铁130设置在最外层的二级壳体120上。
需要说明的是，实施例一与实施例二中的具体实施方式可以相互替代或组合使用。例如，实施例一中的离心机构与实施例二中的离心机构可以相互替代；或组合使用，如当二级转子为多个时，一部分的二级转子可以采用实施例一中的离心机构，另一部分的二级转子可以采用实施例二中的离心机构。类似地，实施例一中的缓冲结构与实施例二中的缓冲结构可以相互替代，或组合使用。实施例一中的壳体也可以为实施例二中的包括一级壳体和二级壳体的结构，实施例二中的壳体也可以为实施例一中的一体结构。实施例一中也可以设置有电磁发电结构。
本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (14)
1.一种分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，包括定子部和转子部；
所述定子部包括壳体和定子摩擦件，所述定子摩擦件设置在所述壳体的内壁上；
所述转子部包括主轴、一级转子和二级转子，所述主轴设置在所述壳体内，所述一级转子和所述二级转子沿所述主轴的轴向依次设置；
所述一级转子包括一级转筒和一级转子摩擦件，所述一级转筒固定连接在所述主轴上；所述一级转子摩擦件设置在所述一级转筒的外壁上，所述一级转子摩擦件与所述定子摩擦件接触，当所述主轴转动时，所述一级转子摩擦件与所述定子摩擦件能够摩擦起电；
所述二级转子包括二级转筒、二级转子摩擦件和离心机构，所述二级转筒可转动连接在所述主轴上，所述二级转筒的内壁设置有传动凸起；所述二级转子摩擦件设置在所述二级转筒的外壁上，所述二级转子摩擦件与所述定子摩擦件接触；所述离心机构固定连接在所述主轴上，所述离心机构位于所述二级转筒内，当所述主轴转动时，所述离心机构在离心力的作用下能够与所述传动凸起抵接，以使所述二级转筒能够随所述主轴转动，所述二级转子摩擦件与所述定子摩擦件能够摩擦起电。
2.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述二级转子为多个，多个所述二级转子沿所述主轴的轴向依次排布，各所述二级转子的所述离心机构在不同的所述离心力的作用下能够与所述传动凸起抵接。
3.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述离心机构包括滑轨、滑块、缓冲结构及传动件；
所述滑轨的第一端固定连接在所述主轴上；
所述滑块活动连接在所述滑轨上，所述滑块在所述离心力的作用下能够由所述滑轨的第一端向所述滑轨的第二端移动；
所述缓冲结构设置在所述滑轨的第二端和所述滑块上，当所述滑块向所述滑轨的第二端移动时，所述缓冲结构能够向所述滑块提供与离心力反向的作用力；
所述传动件的第一端连接在所述滑块上，当所述滑块向所述滑轨的第二端移动时，所述传动件与所述传动凸起抵接，所述二级转筒能够随所述主轴转动。
4.根据权利要求3所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述离心机构还包括固定底座和限位件，所述固定底座固定连接在所述主轴上，所述限位件固定连接在所述固定底座上，且所述限位件与所述滑轨的第二端连接；
所述滑轨固定连接在所述固定底座上；
所述传动件的第二端能够贯穿所述限位件，以能够与所述传动凸起抵接。
5.根据权利要求4所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述限位件为块状结构，所述限位件具有第一通口，所述传动件的第二端能够穿过所述第一通口，以能够与所述传动凸起抵接。
6.根据权利要求4所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述限位件为环状结构，所述滑轨位于所述限位件内；
所述限位件靠近所述滑轨的第二端处具有第二通口，所述传动件的第二端能够穿过所述第二通口，以能够与所述传动凸起抵接。
7.根据权利要求4-6任一项所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述缓冲结构为弹性件；
所述缓冲结构的第一端与所述限位件抵接，且所述缓冲结构的第一端靠近所述滑轨的第二端设置，所述缓冲结构的第二端与所述滑块抵接。
8.根据权利要求7所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述传动件为杆状结构，所述缓冲结构套接在所述传动件上。
9.根据权利要求4-6任一项所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述缓冲结构包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件和所述第二磁性件的极性相同；
所述第一磁性件设置在所述限位件上，且所述第一磁性件靠近所述滑轨的第二端设置，所述第二磁性件设置在所述滑块上。
10.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述定子摩擦件包括多个第一定子摩擦件和多个第二定子摩擦件，所述第一定子摩擦件与所述第二定子摩擦件沿所述主轴的周向交替排布，相邻的所述第一定子摩擦件与所述第二定子摩擦件间隔相同。
11.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述一级转子摩擦件为多个，多个所述一级转子摩擦件在所述一级转筒的外壁上沿所述主轴的周向等间隔排布；
所述二级转子摩擦件为多个，多个所述二级转子摩擦件在所述二级转筒的外壁上沿所述主轴的周向等间隔排布。
12.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述定子摩擦件的材料为具有电正性的材料，所述一级转子摩擦件和所述二级转子摩擦件的材料为具有电负性的材料。
13.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述壳体包括一级壳体和二级壳体，所述一级壳体和所述二级壳体上均设置有所述定子摩擦件；
所述一级转子与所述一级壳体在垂直于所述主轴的轴向上的位置对应，所述一级转子摩擦件与所述一级壳体上的所述定子摩擦件接触；
所述二级转子与所述二级壳体在垂直于所述主轴的轴向上的位置对应，所述二级转子摩擦件与所述二级壳体上的所述定子摩擦件接触。
14.根据权利要求1所述的分级式自调节摩擦纳米发电机，其特征在于，所述二级转筒上设置有线圈，所述壳体的内壁上设置有磁铁，所述磁铁与所述线圈在垂直于所述主轴的轴向上的位置对应，当所述二级转筒转动时，所述磁铁与所述线圈能够感应发电。
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