CN209001861U - 一种嵌套式旋转摩擦发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出的一种嵌套式旋转摩擦发电装置，属于摩擦发电装置技术领域。该装置采用以外定子‑转子‑内定子形式布设的嵌套结构，转子在外定子和内定子围合而成的空间内做周期性的旋转运动。本装置充分利用了有限的三维空间，在转子内部嵌套一个新的定子，在原有转子外表面跟外壳定子之间的摩擦面积基础上，增加了转子内表面跟内定子之间的摩擦面积，从而提升摩擦产生的电荷量；且该装置结构紧凑，相比原有装置并没有增加新的额外的体积占用，便携性好。
Description
技术领域
本实用新型属于发电技术领域，涉及一种摩擦发电装置，尤其是提供了一种包含嵌套结构的摩擦发电装置
背景技术
全球能源需求的增加促使人们加大了对新能源和能量采集的研究；能量采集是现在的一个研究热点，通过各种装置，从自然界中采集能量。美国佐治亚理工学院的王中林教授课题组开创的纳米摩擦发电机是其中非常热门的一种，主要利用摩擦起电和静电效应。目前的纳米摩擦发电机已经在很多方面应用，比如柔性可穿戴服装、信号检测、蓝色能源等。相对而言，目前的电能是通过交流电动机发出来的，对频率的要求较高，比如国内目前使用的50Hz交流电。而摩擦发电机能够在各种频率下产生各种大小的电压和电流，特别是满足要求功率不高的用电器的要求。
摩擦发电机的应用领域越来越广，产生了一个新的需求，即在摩擦材料一定和空间有限的条件下，如何增加发电机转移的饱和电荷量。
饱和转移电荷量跟摩擦材料自身的属性和摩擦面积是相关的，在摩擦材料一定的情况下，为了转移更多的电荷，只能考虑增加摩擦接触面积。
中国专利公开号CN101527528A，公开日是2009年9月9日，发明专利名称为旋转摩擦发电机，该专利提出的一种旋转摩擦发电机为三维圆柱结构，定子和转子相对滑动摩擦的圆柱侧面为摩擦面。转子为实心结构，其摩擦接触面积是圆柱转子的侧表面积2rlπ，其中r为转子半径，l为圆柱长度，π为圆周率常数。在圆柱长度一定时，增加摩擦面积的方法是将转子半径增加，其侧表面积会相应增加。在装置结构允许的情况下，转子半径能达到的最大半径对应该装置的最大摩擦面积。在这种情况下要进一步提升摩擦面积，需要对装置结构进行特别的调整。
实用新型内容
为了更有效的利用体积一定的三维空间，提升单位空间产生的电荷量，本实用新型提供了一种嵌套式摩擦发电装置，通过嵌套式结构设计充分利用内部空间，增大单位体积内的摩擦面积，进而提升摩擦产生的电荷量。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提出的一种嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，采用以外定子-转子-内定子形式布设的嵌套结构，所述转子在外定子和内定子围合而成的空间内做周期性的旋转运动。
进一步地，该嵌套式旋转摩擦发电装置包括左端盖和右端盖，以及由外至内依次设置的外壳定子、转子和内定子；所述外壳定子由外壳定子上盖和外壳定子下盖围合而成，所述转子由转子上盖和转子下盖围合而成；所述转子在所述外壳定子、内定子、左端盖和右端盖形成的封闭圆环柱状空间内做周期性的旋转运动；所述转子右端伸出右端盖形成的旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接；所述内定子的左端穿过所述左端盖用于约束该内定子的旋转自由度，且所述内定子和外壳定子之间通过左端盖保持静止；
所述外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在外壳定子本体的内表面从外至内依次粘贴第一电极层和第一A摩擦材料层组成；各第一电极层均分别包括N片第一电极，N＝1～18，且外壳定子上盖和外壳定子下盖内的所有电极呈圆周均布；各第一A摩擦材料层均分别覆盖相应的第一电极层；或者将各第一A摩擦材料层拆分为与相应第一电极层中第一电极片数相同的多个第一A摩擦材料子层，且各第一A摩擦材料子层分别覆盖相应的第一电极；外壳定子上盖和下盖中相对应的第一电极分别通过导线连接；
所述内定子是通过在内定子本体的外表面由内至外依次粘贴第二电极层和第二A摩擦材料层组成；所述第二电极层包括2N片呈圆周均布的第二电极；所述第二A摩擦材料层完全覆盖第二电极层；或者将所述第二A摩擦材料层拆分为与第二电极层中第二电极片数相同的多个第二A摩擦材料子层，且各第二A摩擦材料子层分别覆盖相应的第二电极；
所述转子上盖和转子下盖均分别包括一个转子本体，上盖、下盖转子本体结构相同且对称设置，在所述转子本体的内外表面分别粘贴第二B摩擦材料层和第一B摩擦材料层，且第一B材料层和第二B材料层的尺寸分别为第一A材料层和第二A材料层尺寸的一半；当N＝1时，各B摩擦材料层的尺寸与单个上盖或下盖转子本体相同，且上盖、下盖转子本体上第一、第二B摩擦材料层的布置相同或互补；当N＝2～18时，各B摩擦材料层均分别由N个相应的B摩擦材料子层组成，上盖或下盖转子本体上第一、第二B摩擦材料子层的布置相同，且两转子本体中的各B摩擦材料子层呈圆周均布；
将外壳定子上的电极与内定子上的电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的所有电极并联后共同引出的第一输出端和其余电极共同引出的第二输出端作为本发电装置的输出端，用于将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
进一步地，所述嵌套式旋转摩擦发电装置的另一种实现方式为：包括外壳定子、内定子、旋转轴、转子固定块和M个转子，M＝2～18；所述外壳定子由外壳定子上盖和外壳定子下盖围合并在其内形成环状封闭空间，所述旋转轴插入所述外壳定子上盖和下盖的中心；所述内定子位于外壳定子内部空间，且该内定子外侧通过多个圆周均布的径向内定子固定杆与外壳定子内侧固连；M个转子在所述外壳定子和内定子间形成的环状空间内呈圆周均布且做周期性的旋转运动，各转子分别通过多个径向设置的转子固定杆与所述转子固定块固连，形成外定子-转子-内定子的嵌套结构；所述转子固定块固定于所述旋转轴上，该旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接；
所述外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在外壳定子本体的内表面从外至内依次粘贴第一电极层和第一A摩擦材料层组成；各第一电极层均分别包括2M片呈圆周均布的第一电极；各第一A摩擦材料层均分别覆盖相应的第一电极层；或者将各第一A摩擦材料层拆分为与相应第一电极层中第一电极片数相同的多个呈圆周均布的第一A摩擦材料子层，且各第一A摩擦材料子层分别覆盖相应的第一电极；外壳定子上盖和下盖中相对应的第一电极分别通过导线连接；
各转子均分别为由转子上盖和转子下盖围合而成的筒状结构，各转子内：转子上盖和转子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在转子本体的外表面粘贴第一B摩擦材料子层、内表面粘贴第二B摩擦材料子层组成，且各B摩擦材料子层的尺寸与相应的转子本体相匹配；
所述内定子是通过在内定子本体的外表面由内至外依次包覆粘贴第二电极层和第二A摩擦材料层组成；第二电极层包括2M片呈圆周均布的第二电极；第二A摩擦材料层完全覆盖第二电极层；或者将第二A摩擦材料层拆分为与第二电极层中第二电极片数相同的多个圆周均布的第二A摩擦材料子层，且各第二A摩擦材料子层分别覆盖相应的第二电极；
将外壳定子上的电极与内定子上的电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的所有电极并联后共同引出的第一输出端和其余电极共同引出的第二输出端作为本发电装置的输出端，用于将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
本实用新型具有以下优点及突出性效果：装置本身充分利用了有限的三维空间，在转子内部嵌套一个新的定子，在原有转子外表面跟外壳定子之间的摩擦面积基础上，又扩充增加了转子内表面跟内定子之间的摩擦面积，以半径50mm，长度200mm的圆柱为例，转子半径40mm，则其摩擦面积为16000πmm2，增加内定子半径为30mm，则内定子部分增加的摩擦面积为12000πmm2，总摩擦面积为28000πmm2，相比其他未使用嵌套结构的摩擦发电装置，增加了0.75倍的原摩擦面积，可以显著增加电荷的转移量。该装置结构紧凑，相比原有装置并没有增加新的额外的体积占用，便携性好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是一种嵌套式摩擦发电装置的实施例1的主要结构示意图(分解状态)；
图2是实施例1中外壳定子上盖的断面图；
图3(a)是实施例1的转子中B摩擦材料层的一种布设方式示意图，图3(b)是B摩擦材料层的另一种布设方式示意图；
图4是实施例1中内定子的断面图；
图5是一种嵌套式摩擦发电装置的实施例2的主要结构示意图(分解状态)；
图6是实施例2中外壳定子下盖的断面图；
图7是实施例2中转子上盖的断面图；
图8是实施例2中内定子的断面图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细说明本实用新型具体结构、工作原理的内容。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。
本实用新型提出的一种嵌套式旋转摩擦发电装置，包括由外至内依次设置的外壳定子、转子和内定子，以及左端盖和右端盖；外壳定子由外壳定子上盖和外壳定子下盖围合而成，转子由转子上盖和转子下盖围合而成；转子在外壳定子、内定子、左端盖和右端盖形成的封闭圆环柱状空间内做周期性的旋转运动；转子右端伸出右端盖形成的旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接，用于外部动力的输入；内定子的左端穿过左端盖来约束该内定子的旋转自由度，且内定子和外壳定子之间通过左端盖保持静止。
所述外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在外壳定子本体的内表面从外至内依次粘贴第一电极层和第一A摩擦材料层组成；各第一电极层均分别包括N(N＝1～18)片第一电极，且外壳定子上盖和外壳定子下盖内的所有电极呈圆周均布；各第一A摩擦材料层均分别覆盖相应的第一电极层；或者将各第一A摩擦材料层拆分为与相应第一电极层中第一电极片数相同的多个第一A摩擦材料子层，且各第一A摩擦材料子层分别覆盖相应的第一电极；外壳定子上盖和下盖中相对应的第一电极分别通过导线连接；进一步地，在外壳定子本体内表面与第一电极层之间还粘贴有弹性材料层，用于保证外壳定子与转子外侧的贴合。
所述内定子是通过在内定子本体的外表面由内至外依次粘贴第二电极层和第二A摩擦材料层组成；第二电极层包括2N片呈圆周均布的第二电极；第二A摩擦材料层完全覆盖第二电极层；或者将第二A摩擦材料层拆分为与第二电极层中第二电极片数相同的多个第二A摩擦材料子层，且各第二A摩擦材料子层分别覆盖相应的第二电极；进一步地，在内定子本体的外表面与第二电极层之间还粘贴有弹性材料层，用于保证内定子与转子内侧的贴合。
所述转子上盖和转子下盖均分别包括一个转子本体，两转子本体结构相同且对称设置，在所述转子本体的内外表面分别粘贴第二B摩擦材料层和第一B摩擦材料层，且第一B材料层和第二B材料层的尺寸分别为第一A材料层和第二A材料层尺寸的一半；具体地，当N＝1(即外壳定子中所有第一A摩擦材料子层和内定子中所有第二A摩擦材料子层的个数均分别为2)时，各B摩擦材料层的尺寸与单个上盖或下盖转子本体相同，且上盖、下盖转子本体上第一、第二B摩擦材料层的布置相同(即仅在转子上盖和转子下盖中的一个转子本体上同时粘贴第一、第二B摩擦材料层)或互补(即在转子上盖的转子本体外表面粘贴第一B摩擦材料层，在转子下盖的转子本体内表面粘贴第二B摩擦材料层；或者，在转子上盖的转子本体内表面粘贴第二B摩擦材料层，在转子下盖的转子本体外表面粘贴第一B摩擦材料层)；当N＝2～18时，各B摩擦材料层均分别由N个相应的B摩擦材料子层组成，上盖或下盖转子本体上第一、第二B摩擦材料子层的布置相同，且两转子本体中的各B摩擦材料子层呈圆周均布。
将外壳定子上的电极与内定子上的电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的所有电极并联后共同引出的第一输出端和其余电极共同引出的第二输出端作为本发电装置的输出端，用于将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
进一步地，在上述外壳定子-转子-内定子嵌套结构中，可以进一步嵌套，如以内定子为例，在其内部继续安装转子-内定子结构，类似俄罗斯套娃结构，从而进一步增加摩擦面积。
实施例一：
本实用新型实施例一的一种嵌套式摩擦发电装置如图1所示，主要包括外壳定子上盖1、转子上盖2、左端盖3、转子下盖4、外壳定子下盖5、内定子6和右端盖7，转子上盖2和转子下盖4构成一个完整的转子，该转子在外壳定子上盖1和外壳定子下盖5、内定子6、左端盖3和右端盖7形成的封闭圆环柱状空间内做周期性的旋转运动。外壳定子上盖1和外壳定子下盖5同内定子6通过左端盖3的结构保持相对静止。
内定子6被包裹在转子内部，内定子6左端的矩形轴穿过左端盖3的孔来约束其旋转自由度。转子上盖2和转子下盖4的右端即转子的右端伸出右端盖7形成的旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接，动力从外部输入。左、右端盖内均设有支撑转子旋转的轴承。
外壳定子上盖1和外壳定子下盖5的结构相同且对称设置，现以外壳定子上盖1为例进行说明，其断面如图2所示，外壳定子上盖1是通过在外壳定子上盖本体11的内表面从外至内依次粘贴弹性材料层12、第一电极层13和第一A摩擦材料层14组成，本实施例的外壳定子整体呈圆柱状，第一电极层13内第一电极、第一A摩擦材料层14内第一A摩擦材料子层的个数N均为1，且各电极的布置应避开外壳定子上盖、下盖的接合处。
本实施例的转子上盖2和转子下盖4，其断面如图3(a)所示，本实施例的转子整体呈圆柱状；其中，转子上盖2是通过在上盖转子本体22的外表面和内表面均分别粘贴第一B摩擦材料层23、第二B摩擦材料层21组成；下盖转子本体42上不粘贴B材料摩擦层。此外，也可将转子上盖2和转子下盖4上的各B摩擦材料层按照图3(b)所示方式布设，即在下盖转子本体42的内表面粘贴第二B摩擦材料层41，在上盖转子本体22的外表面粘贴第一B摩擦材料层23。
内定子6的断面如图4所示，内定子6是通过在内定子本体64的外表面由内至外依次粘贴弹性材料层63、第二电极层62和第二A摩擦材料层61组成。本实施例的内定子呈圆柱状，第二电极层62由2片圆周均布的第二电极组成且避开外壳定子上盖、下盖的接合处。单片电极大小同转子内贴的第二B摩擦材料层21相同；外壳定子上盖1中粘贴的电极层13跟外壳定子下盖5中粘贴的电极层也是沿外壳定子呈圆周均匀分布，单片电极大小同转子2外贴的B摩擦材料层23相同。外壳定子上电极和内定子上电极布置位置相同。
外壳定子中的第一A摩擦材料层14跟转子中的第一B摩擦材料层23贴合，内定子6中的第二A摩擦材料层61跟转子中的第二B摩擦材料层21贴合，转子2在外部动力带动旋转时，转子内外表面的B摩擦材料层分别同内定子和外壳定子中的A摩擦材料层贴合发生滑动摩擦，外壳定子中的弹性材料层12和内定子中的弹性材料层63的加入可以调节A摩擦材料层跟B摩擦材料层之间的挤压力，改变贴合紧密度。
外壳定子上的电极与内定子上电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的电极并联引出一个输出端，其余电极并联引出另外一个输出端。这两个输出端即为本实施例发电装置的输出端，可以将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
外部动力作用下，转子内外B摩擦材料分别跟外壳定子和内定子上的A摩擦材料进行相对滑动摩擦，利用两个摩擦材料得失电子的差异性，产生电荷的转移。
A摩擦材料层14、61和B摩擦材料层21、23的得失电子的能力不同，例如A摩擦材料可选择失电子能力强的材料，包含但不限于如纸、聚酰胺、乙基纤维素、尼龙11和尼龙66等；B摩擦材料可选择得电子能力强的材料，包含但不限于如聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和氟化乙丙酸等；或相反；转子内外表面的B摩擦材料层21、23可选择不同的材料制成，外壳定子内表面的A摩擦材料层14和内定子外表面的A摩擦材料层61也可选择不同的材料制成，但应满足A摩擦材料层14的电子能力大于B摩擦材料层23的得电子能力，且A摩擦材料层61的得电子能力大于B摩擦材料层21的得电子能力；或者，A摩擦材料层14的得电子能力小于B摩擦材料层23的得电子能力，且A摩擦材料层61的得电子能力小于B摩擦材料层21的得电子能力。电极选用导体材料，包含但不限于如铜、银、铝等。弹性材料层可选择3M双面胶带，海绵，泡沫胶等。
本实施例中的各结构层的长向均与该发电装置的轴向平行。
本实用新型还提出另一种嵌套式旋转摩擦发电装置，包括外壳定子、内定子、旋转轴、转子固定块和M个转子，外壳定子由外壳定子上盖和外壳定子下盖围合并在其内形成环状封闭空间，旋转轴插入外壳定子上盖和下盖的中心，M＝2～18；内定子位于外壳定子内部空间，且内定子外侧通过多个圆周均布的径向内定子固定杆与外壳定子内侧固连；M个转子在外壳定子和内定子间形成的环状空间内呈圆周均布且做周期性的旋转运动，各转子分别通过多个径向设置的转子固定杆与转子固定块固连，转子固定块固定于旋转轴上，该旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接，用于外部动力的输入；
所述外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在外壳定子本体的内表面从外至内依次粘贴第一电极层和第一A摩擦材料层组成；各第一电极层均分别包括2M片呈圆周均布的第一电极；各第一A摩擦材料层均分别覆盖相应的第一电极层；或者将各第一A摩擦材料层拆分为与相应第一电极层中第一电极片数相同的多个呈圆周均布的第一A摩擦材料子层，且各第一A摩擦材料子层分别覆盖相应的第一电极；外壳定子上盖和下盖中相对应的第一电极分别通过导线连接；进一步地，在外壳定子本体内表面与第一电极层之间还粘贴有弹性材料层，用于保证外壳定子与转子外侧的贴合。
各转子均分别为由转子上盖和转子下盖围合而成的筒状结构，各转子内：转子上盖和转子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在转子本体的外表面粘贴第一B摩擦材料子层、内表面粘贴第二B摩擦材料子层组成，且各B摩擦材料子层的尺寸与相应的转子本体相匹配。
所述内定子是通过在内定子本体的外表面由内至外依次包覆粘贴第二电极层和第二A摩擦材料层组成；第二电极层包括2M片呈圆周均布的第二电极；第二A摩擦材料层完全覆盖第二电极层；或者将第二A摩擦材料层拆分为与第二电极层中第二电极片数相同的多个圆周均布的第二A摩擦材料子层，且各第二A摩擦材料子层分别覆盖相应的第二电极；进一步地，在内定子本体的外表面与第二电极层之间还粘贴有弹性材料层，用于保证内定子与转子内侧的贴合。
将外壳定子上的电极与内定子上的电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的所有电极并联后共同引出的第一输出端和其余电极共同引出的第二输出端作为本发电装置的输出端，用于将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
此外，所有筒状的上盖转子的转子本体、下盖转子的转子本体可分别由一个闭合上半圆环转子本体、闭合下半圆环转子本体替换，且闭合上半、下半圆环转子本体的结构相同且对称设置，在相应转子本体的外表面和内表面均分别粘贴第一B摩擦材料层和第二B摩擦材料层；各第一B摩擦材料层包括N个第一B摩擦材料子层，各第二B摩擦材料层包括N个第二B摩擦材料子层，N＝1～18。当N＝2～18时，各B摩擦材料子层呈圆周均布。
进一步地，在上述外壳定子-转子-内定子嵌套结构中，可以进一步嵌套，如以内定子为例，在其内部继续安装转子-内定子结构，类似俄罗斯套娃结构，从而进一步增加摩擦面积。
实施例二
本实用新型实施例二的另一种嵌套式摩擦发电装置如图5所示，主要包括外壳定子上盖z1、2个转子上盖z2、2个转子下盖、4个径向转子固定杆z3、转子固定块z4、内定子z5、旋转轴z6、4个径向内定子固定杆z7和外壳定子下盖z8，在旋转轴z6的带动下，2个转子在外壳定子上盖z1、外壳定子下盖z8和内定子z5之间形成的环状空间内做周期性的旋转运动。
外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，现以外壳定子下盖z8为例进行说明，其断面如图6所示，外壳定子下盖z8是通过在外壳定子下盖本体z81的内表面由外至内依次粘贴弹性材料层z82、第一电极层z83和第一A摩擦材料层z84组成，在外壳定子下盖本体z81的中心处设有穿过旋转轴z6的通孔z85。本实施例的外壳定子整体呈闭合的圆环筒状。外壳定子中的各电极材料层由2N个圆周均布的电极组成，在转子为两个圆筒(即N＝2)的情况下，外壳定子的上下盖各有四片电极，沿圆周均匀布置。
各转子中，转子上盖和转子下盖的结构相同且对称布置，现以一个转子上盖z2为例进行说明，其断面如图7所示，转子上盖z2是通过在转子本体z22的外表面和内表面分别粘贴B摩擦材料层z21、z23。需要注意的是，转子上盖z2的左端相对右端缺少一块，用于方便外壳定子同内定子之间的固定，通过如图5中所示的内定子固定杆(采用螺杆)z27来实现。
内定子z5断面如图8所示，内定子是通过在内定子本体z54的外表面依次粘贴弹性材料层z53、第二电极层z52和第二A摩擦材料层z51形成。内定子是闭合圆环状结构，其上电极的布置同外壳定子上电极的布置方式相同。数量也同外壳定子上电极的数量相同，位置是严格对应的。
在旋转轴z6旋转时，外壳定子z8上的弹性材料层z82和内定子z5上的弹性材料层z53起到增加转子内外的B摩擦材料层z21和z23同外壳定子上A摩擦材料层z84和内定子z5上A摩擦材料层z51的贴合度，调节摩擦力。利用两个摩擦材料得失电子的差异，产生电荷转移。
本实施例中，各A摩擦材料层、B摩擦材料层、电极、弹性材料层中材料的选取同实施例1，此处不再赘述。同时被转子圆筒覆盖的外壳定子和内定子上的电极通过导线并联起来引出一个输出端，其余电极通过导线并联起来引出一个输出端，这两个输出端即是发电机的输出端，可将电荷导出，供耗电元件使用。
Claims (8)
1.一种嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，采用以外定子-转子-内定子形式布设的嵌套结构，所述转子在外定子和内定子围合而成的空间内做周期性的旋转运动。
2.如权利要求1所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，该嵌套式旋转摩擦发电装置包括左端盖和右端盖，以及由外至内依次设置的外壳定子、转子和内定子；所述外壳定子由外壳定子上盖和外壳定子下盖围合而成，所述转子由转子上盖和转子下盖围合而成；所述转子在所述外壳定子、内定子、左端盖和右端盖形成的封闭圆环柱状空间内做周期性的旋转运动；所述转子右端伸出右端盖形成的旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接；所述内定子的左端穿过所述左端盖用于约束该内定子的旋转自由度，且所述内定子和外壳定子之间通过左端盖保持静止；
所述外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在外壳定子本体的内表面从外至内依次粘贴第一电极层和第一A摩擦材料层组成；各第一电极层均分别包括N片第一电极，N＝1～18，且外壳定子上盖和外壳定子下盖内的所有电极呈圆周均布；各第一A摩擦材料层均分别覆盖相应的第一电极层；或者将各第一A摩擦材料层拆分为与相应第一电极层中第一电极片数相同的多个第一A摩擦材料子层，且各第一A摩擦材料子层分别覆盖相应的第一电极；外壳定子上盖和下盖中相对应的第一电极分别通过导线连接；
所述内定子是通过在内定子本体的外表面由内至外依次粘贴第二电极层和第二A摩擦材料层组成；所述第二电极层包括2N片呈圆周均布的第二电极；所述第二A摩擦材料层完全覆盖第二电极层；或者将所述第二A摩擦材料层拆分为与第二电极层中第二电极片数相同的多个第二A摩擦材料子层，且各第二A摩擦材料子层分别覆盖相应的第二电极；
所述转子上盖和转子下盖均分别包括一个转子本体，上盖、下盖转子本体结构相同且对称设置，在所述转子本体的内外表面分别粘贴第二B摩擦材料层和第一B摩擦材料层，且第一B材料层和第二B材料层的尺寸分别为第一A材料层和第二A材料层尺寸的一半；当N＝1时，各B摩擦材料层的尺寸与单个上盖或下盖转子本体相同，且上盖、下盖转子本体上第一、第二B摩擦材料层的布置相同或互补；当N＝2～18时，各B摩擦材料层均分别由N个相应的B摩擦材料子层组成，上盖或下盖转子本体上第一、第二B摩擦材料子层的布置相同，且两转子本体中的各B摩擦材料子层呈圆周均布；
将外壳定子上的电极与内定子上的电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的所有电极并联后共同引出的第一输出端和其余电极共同引出的第二输出端作为本发电装置的输出端，用于将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
3.如权利要求1所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，该嵌套式旋转摩擦发电装置包括外壳定子、内定子、旋转轴、转子固定块和M个转子，M＝2～18；所述外壳定子由外壳定子上盖和外壳定子下盖围合并在其内形成环状封闭空间，所述旋转轴插入所述外壳定子上盖和下盖的中心；所述内定子位于外壳定子内部空间，且该内定子外侧通过多个圆周均布的径向内定子固定杆与外壳定子内侧固连；M个转子在所述外壳定子和内定子间形成的环状空间内呈圆周均布且做周期性的旋转运动，各转子分别通过多个径向设置的转子固定杆与所述转子固定块固连，形成外定子-转子-内定子的嵌套结构；所述转子固定块固定于所述旋转轴上，该旋转轴与外部的动力轴通过连轴器连接；
所述外壳定子上盖和外壳定子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在外壳定子本体的内表面从外至内依次粘贴第一电极层和第一A摩擦材料层组成；各第一电极层均分别包括2M片呈圆周均布的第一电极；各第一A摩擦材料层均分别覆盖相应的第一电极层；或者将各第一A摩擦材料层拆分为与相应第一电极层中第一电极片数相同的多个呈圆周均布的第一A摩擦材料子层，且各第一A摩擦材料子层分别覆盖相应的第一电极；外壳定子上盖和下盖中相对应的第一电极分别通过导线连接；
各转子均分别为由转子上盖和转子下盖围合而成的筒状结构，各转子内：转子上盖和转子下盖的结构相同且对称设置，均分别通过在转子本体的外表面粘贴第一B摩擦材料子层、内表面粘贴第二B摩擦材料子层组成，且各B摩擦材料子层的尺寸与相应的转子本体相匹配；
所述内定子是通过在内定子本体的外表面由内至外依次包覆粘贴第二电极层和第二A摩擦材料层组成；第二电极层包括2M片呈圆周均布的第二电极；第二A摩擦材料层完全覆盖第二电极层；或者将第二A摩擦材料层拆分为与第二电极层中第二电极片数相同的多个圆周均布的第二A摩擦材料子层，且各第二A摩擦材料子层分别覆盖相应的第二电极；
将外壳定子上的电极与内定子上的电极中同时覆盖相应B摩擦材料子层的所有电极并联后共同引出的第一输出端和其余电极共同引出的第二输出端作为本发电装置的输出端，用于将转移的电荷导出，供耗电元件使用。
4.如权利要求2或3所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，在所述外壳定子本体内表面与第一电极层之间还粘贴有弹性材料层。
5.如权利要求2或3所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，在所述内定子本体的外表面与第二电极层之间还粘贴有弹性材料层。
6.如权利要求2或3所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，所述A摩擦材料层和相应的B摩擦材料层采用不同得失电子能力的材料制成。
7.如权利要求3所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，所有上盖转子的转子本体、下盖转子的转子本体分别由一个闭合上半圆环转子本体、闭合下半圆环转子本体替换，闭合上半、下半圆环转子本体的结构相同且对称设置，在相应转子本体的外表面和内表面均分别粘贴所述第一B摩擦材料层和第二B摩擦材料层；各第一B摩擦材料层包括N个第一B摩擦材料子层，各第二B摩擦材料层包括N个第二B摩擦材料子层，N＝1～18，且当N＝2～18时，各B摩擦材料子层呈圆周均布。
8.如权利要求1所述的嵌套式旋转摩擦发电装置，其特征在于，在内定子的内部继续安装转子-内定子的嵌套结构，形成多级嵌套。
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| CN110445304A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-12 | 南京航空航天大学 | 基于摩擦纳米发电机的野外能量收集装置 |
| CN111193432A (zh) * | 2020-02-05 | 2020-05-22 | 北京纳米能源与系统研究所 | 盘式直流输出摩擦纳米发电装置及传感设备 |
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| CN111193432B (zh) * | 2020-02-05 | 2021-08-31 | 北京纳米能源与系统研究所 | 盘式直流输出摩擦纳米发电装置及传感设备 |
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