CN209510526U - 一种风能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风能发电技术领域，具体涉及一种将摩擦发电技术和电磁发电技术整合为一体的风能发电装置，所述风能发电装置包括：风车部件、摩擦发电部件和电磁发电部件。其中，摩擦发电部件将风车部件收集的风能转化为电能；电磁发电部件即将风车部件收集的风能根据电磁感应原理转化为电能。该风能发电装置所解决的技术问题是现有的风能发电装置采用的发电技术单一、结构复杂、体积笨重且成本求高、风能收集范围小等问题。

Description

一种风能发电装置

技术领域

本实用新型属于风能发电技术领域，具体涉及一种将摩擦发电技术和电磁发电技术整合为一体的风能发电装置，能够将风能转换为电能，该装置结构简单，输出电性能高，适用范围广泛。

背景技术

风能和空气流动能作为一种洁净可再生能源，逐渐被人们收集并利用。其中，传统风能收集主要依靠电磁发电技术，需要建设大量的铁塔，占地面积大，体积笨重，所需风级要求在4-5级风以上，该技术对设备和风速要求较高。而摩擦发电技术是可以将生活中的机械能收集并转换为电能，该技术具有电压高、电流低的特点，而传统的电磁发电技术的特点是电流高、电压低。中国专利申请公开号为CN103174594A，公开了电池电动车用风车发电自供电充电装置，该装置，满足在道路上行驶的电动车，混合电动车，通过空气流动所形成的气流风带动风车发电并供电，但是该发电装置需要飞轮、发电机、弹簧等部件，其结构复杂。偏远山区用到的收集风能的风力发电装置，依靠的电磁发电技术，同样结构复杂、所占空间大、需要风速高等限制。因此，将前沿摩擦发电技术和电磁发电技术结合，既可以收集微风又可以收集4-5级以上的风能，且摩擦发电技术的高电压、低电流的特点与电磁发电技术的高电流、低电压特性相互弥补，可以更加充分地收集风能，具有重要的意义。

实用新型内容

为实现上述目的，本实用新型提出一种风能发电装置，其所解决的技术问题是现有的风能发电装置采用的发电技术单一、结构复杂、体积笨重且成本求高、风能收集范围小等问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种风能发电装置，所述风能发电装置包括：

一风车部件，所述风车部件包括风车叶片、支撑风车的支撑轴；所述风车叶片设置在所述支撑轴上并能自由旋转，所述风车部件在所述风能发电装置中是收集风能的主要部分；

一摩擦发电部件，所述摩擦发电部件包括转动片、固定片和与所述转动片或所述固定片摩擦使所述转动片或固定片产生电流的中间层；所述转动片、固定片和所述风车叶片同心同轴且均设置在所述支撑轴上；所述转动片设置在所述风车叶片的一侧；所述中间层设置在所述转动片和固定片中间且固定在所述固定片或转动片上；所述风车部件转动时带动所述转动片一起转动，使得所述转动片或固定片与所述中间层发生摩擦，所述转动片或固定片与所述中间层之间不断发生接触和分离过程，根据摩擦发电技术中的摩擦起电现象和静电感应原理，摩擦发电部件将风车部件收集的风能转化为电能；

一电磁发电部件，包括磁铁和线圈，所述磁铁设置在所述风车叶片上，所述线圈固定在所述固定片背向所述中间层的一面上；所述风车部件旋转时，带动所述磁铁一起运动，此时所述线圈与磁铁发生相对运动，所述线圈切割磁感线，电磁发电部件即将风车部件收集的风能根据电磁感应原理转化为电能；

所述摩擦发电部件、所述电磁发电部件分别连接外电路。

进一步地，所述固定片面向所述中间层的表面设置若干第一栅极和若干第二栅极；所述第一栅极和第二栅极同圆心间隔排列；若干所述第一栅极之间相互导通，若干所述第二栅极之间相互导通；而相邻所述第一栅极和第二栅极之间相互不导通。

进一步地，所述转动片面向所述中间层的表面设有等距离排列若干大小相等的栅极单元。

进一步地，所述栅极单元为导电栅极单元。

进一步地，所述第一栅极和第二栅极分别与外电路连接；当风吹动风车，风车带着所述转动片一起旋转，所述中间层固定在所述固定片上，此时所述栅极单元与所述中间层发生相对运动，所述栅极单元与中间层不断重复接触和分离的过程，根据摩擦起电现象，所述栅极单元产生静的正电荷，所述中间层产生与正电荷等量的负电荷；当所述栅极单元与所述中间层发生分离时，根据静电感应原理，此时，在所述第一栅极和第二栅极之间产生电势差，从而使与所述第一栅极和第二栅极连接的外电路中产生电子流动；

所述线圈的两端与外电路连接，当风吹动风车，风车带着所述磁铁一起旋转，所述线圈发生切割磁感线运动，根据电磁感应定律，在外电路中产生电流。

进一步地，所述中间层固定在所述转动片上产生电子流动的原理相同。

进一步地，所述中间层在与所述的栅极单元或所述的第一栅极和第二栅极摩擦，根据摩擦起电现象，中间层表面分布静电荷，由于中间层材料加工和制作过程中，表面的微观结构和成分组成会存在差异，因此中间层表面的静电荷分布会存在不均匀的情况。

进一步地，所述磁铁和线圈为一对以上。

进一步地，所述风车叶片的个数、形状、颜色任意，不受限制。

进一步地，所述支撑轴的材质为高分子材料、金属材料或合金材料。

进一步地，所述支撑轴的材质为刚性材料或柔性材料，例如，可以弯曲的钢丝绳、刚性塑料杆等。

进一步地，相邻所述第一栅极和第二栅极构成的圆心角相等或不相等，优选地，相邻所述第一栅极和第二栅极构成的圆心角相等。

进一步地，相邻所述栅极单元的圆心角为任意角度，所述栅极单元与若干所述第一栅极和第二栅极相互之间不受限制。

进一步地，所述第一栅极、第二栅极的材料和栅极单元的材料均为可发生电子转移的材料；所述发生电子转移的材料包括导体、半导体、高分子导电材料、低电阻材料和其他可以导电的材料。

进一步地，所述中间层与其相互摩擦的若干所述栅极单元或若干所述第一栅极和第二栅极具有不同的摩擦电序列数。

进一步地，所述中间层的材料为绝缘材料或非绝缘材料；所述绝缘材料优选高分子绝缘材料。

进一步地，当所述中间层固定在所述固定片上时，所述转动片随所述风车叶片一起旋转，所述转动片与所述中间层发生相对运动。

进一步地，当所述中间层固定在所述转动片上时，所述转动片随所述风车叶片一起旋转并带动所述中间层一起旋转，此时，所述固定片与所述中间层表面发生相对运动。

进一步地，所述第一栅极和第二栅极与外电路相连，当风车带动所述转动片旋转时，所述转动片或所述固定片与所述中间层发生相对运动，所述转动片或所述固定片与所述中间层接触面产生摩擦起电现象，此时若干所述栅极单元和所述中间层的表面之间带等量异号电荷，当带有电荷的所述栅极单元发生旋转，根据静电感应原理，在相邻所述第一栅极和第二栅极之间产生电势差，进而使外电路中有电子的流动。

进一步地，所述线圈两端与外电路连接，当风吹动风车，风车带着所述磁铁一起旋转，所述固定片背面的线圈发生切割磁感线运动，根据电磁感应定律，在外电路中产生电流。

进一步地，所述线圈和磁铁的大小、厚度、形状、线圈的匝数、线圈的直径以及磁铁和线圈的个数可以为任意个数和尺寸，优选所述线圈和所述磁铁的尺寸小于所述固定片的尺寸，所述固定片和所述转动片的尺寸可以相同也可以不同，优选相同尺寸。

进一步地，所述转动片和风车叶片的固定，所述固定片和支撑轴的固定，所述中间层在所述转动片或所述固定片上的固定，固定方式包括粘贴、电镀、焊接和其他任意可以将两个物体进行固定的方式。

进一步地，所述导体包括铂、金、银、铜、铁、铝、钯、镍、钛、钒、铬、锰、硒、钼、钨、铝合金、钛合金、镁合金、铜合金、铍合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金和铁合金；

进一步地，所述半导体包括金刚石、方铅矿、闪锌矿、氧化亚铜、锗、硅、碳化硅、酞菁、氮化镓、氧化锌、二氧化钛、铟锡氧化物、离子掺杂的半导体。

进一步地，所述高分子导电材料包括聚酞菁类化合物、聚丙烯腈、聚吡咯、聚苯胺、石墨烯及其衍生物、聚氧化乙烯；所述导电材料包括但不限于铟锡氧化物、碳布、碳纳米管、离子掺杂的半导体、导电粉末、导电陶瓷材料和导电薄膜材料。

进一步地，所述低电阻材料包括炭黑、导电玻璃；以上列举的材料均为常见的材料，因为可以导电的材料不胜枚举，故所列举的材料种类对本实用新型的权利要求不受限制。

进一步地，所述绝缘材料包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚薄膜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素薄膜、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维薄膜、聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、木头和不具有导电性能的高分子聚合物；以上列举的材料均为常见的材料，因为绝缘的材料不胜枚举，故所列举的材料种类对本实用新型的权利要求不受限制。

进一步地，所述固定片、转动片和中间层，这三者的表面具有至少一种微观结构；所述微观结构的尺寸包括微米、纳米、次微米；所述微观结构包括纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带、纳米锥、纳米球和纳米阵列。

本实用新型的一种风能发电装置具有以下有益技术效果：

(1)本实用新型的一种风能发电装置，包括风车部件，摩擦发电部件和电磁发电部件, 无需蜗轮蜗杆、转动轴等复杂部件，结构简单、节约成本、所占空间小。

(2)本实用新型的一种风能发电装置，与现有的风力发电技术相比，所述风能发电装置即可以通过摩擦发电部件收集风能并转换为电能，又可以通过电磁发电部件收集风能并转换为电能，适用范围广，且充分收集环境中的风能；

(3)本实用新型的一种风能发电装置，具有摩擦发电技术的优势，电压高，同时具有电磁发电的优势，电流大，因此该复合型风能发电装置既可以达到高电压又可以达到高电流。

(4)本实用新型的一种风能发电装置，外观小巧、美观，有利于多个发电装置的集成，是一种绿色环保，经济节约的风力发电模式，因此具有广泛的应用前景，适用于供电、装饰、娱乐，以及用于科普教学教具模型展示。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型做进一步地详细说明，其中

图1为本实用新型实施例中一种风能发电装置结构示意图。

图2为本实用新型实施例中固定片的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中转动片的结构示意图。

图4为本实用新型实施例中摩擦发电部件的电压数据图。

图5为本实用新型实施例中电磁发电部件的电流数据图。

附图标记说明：11-风车叶片，12-支撑轴；21-转动片，24-栅极单元，22-固定片，25- 第一栅极，26-第二栅极，23-中间层；31-磁铁，32-线圈。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

本实用新型提供一种风能发电装置。所述风能发电装置包括风车部件、摩擦发电部件和电磁发电部件。其中，摩擦发电部件的固定片上的第一栅极和第二栅极分别与外电路连接，当风吹动风车，风车带着转动片一起旋转，转动片上的栅极单元与中间层发生相对摩擦，根据摩擦起电和静电感应原理在第一栅极和第二栅极之间产生电势差，在外电路中产生电子流动。线圈的两端与外电路连接，当风吹动风车，风车带着所述磁铁一起旋转，所述固定片背面的线圈发生切割磁感线运动，根据电磁感应定律，在外电路中产生电流。下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。具体如下：

实施例1

本实施例提出一种风能发电装置，所述风能发电装置包括：

一风车部件，所述风车部件包括风车叶片、支撑风车的支撑轴；所述风车叶片设置在所述支撑轴上并能自由旋转，所述风车部件在所述风能发电装置中是收集风能的主要部分；

一摩擦发电部件，所述转动片、固定片和所述风车叶片同心同轴且均设置在所述支撑轴上；所述转动片设置在所述风车叶片的一侧；所述中间层设置在所述转动片和固定片中间且固定在所述固定片或转动片上；所述风车部件转动时带动所述转动片一起转动，使得所述转动片或固定片与所述中间层发生摩擦，所述转动片或固定片与所述中间层不断发生接触和分离过程，根据摩擦发电技术中的摩擦起电现象和静电感应原理，摩擦发电部件将风车部件收集的风能转化为电能；

一电磁发电部件，包括磁铁和线圈，所述磁铁设置在所述风车叶片上，所述线圈固定在所述固定片背向所述中间层的一面上；所述风车部件旋转时，带动所述磁铁一起运动，此时所述线圈与磁铁发生相对运动，所述线圈切割磁感线，电磁发电部件即将风车部件收集的风能根据电磁感应原理转化为电能。

所述固定片固定在所述支撑轴上，所述转动片可在所述支撑轴上自由旋转。

所述固定片面向所述中间层的表面设置若干第一栅极和若干第二栅极；所述第一栅极和第二栅极同圆心间隔排列；若干所述第一栅极之间相互导通，若干所述第二栅极之间相互导通；而相邻所述第一栅极和第二栅极之间相互不导通。

所述转动片面向所述中间层的表面设有等距离排列若干大小相等的栅极单元。

所述栅极单元为导电栅极单元。

所述第一栅极和第二栅极分别与外电路连接；当风吹动风车，风车带着所述转动片一起旋转，所述中间层固定在所述固定片上，此时所述栅极单元与所述中间层发生相对运动，所述栅极单元与中间层不断重复接触和分离的过程，根据摩擦起电现象，所述栅极单元产生静的正电荷，所述中间层产生与正电荷等量的负电荷；当所述栅极单元与所述中间层发生分离时，根据静电感应原理，此时，在所述第一栅极和第二栅极之间产生电势差，从而使与所述第一栅极和第二栅极连接的外电路中产生电子流动；

所述线圈的两端与外电路连接，当风吹动风车，风车带着所述磁铁一起旋转，所述线圈发生切割磁感线运动，根据电磁感应定律，在外电路中产生电流。

根据上述提出的一种风能发电装置如图1～5所示：

图1中风车叶片的扇叶数为4个，线圈为数量1个，磁铁数量为1个的风能发电装置示意图。

图2中，单个第一栅极和第二栅极的圆心角相同，圆心角的角度为20°，所有的第一栅极的外边缘相互连接互相导通，所有的第二栅极的内边缘相互连接且导通，但是所有的相邻第一栅极和第二栅极之间相互不导通，所有的第一栅极和第二栅极同圆心间隔排列。

本实施例中，栅极单元的圆心角为20°，同圆心均匀分布，如图3所示。

本实施例中第一栅极、第二栅极和转动片栅极单元的材料均选用纯金属铜，厚度为1Oz。中间层通过粘贴的方式贴在固定片表面，且材料选用聚酰亚胺薄膜，厚度为50微米。

本实施例中线圈的直径为3cm，磁铁的直径为2.5cm。

进一步检测本实施例中涉及的风能发电装置的输出性能：

本实施例中以4片叶片的风车为风能接收主部件，图4为一种风能发电装置摩擦发电部件所产生的电压数据图。在微风吹动下，风能发电装置输出的摩擦发电部件产生的电压可达 80V，电磁发电部件所产生的电流数值将近28毫安，如图5所示。

以上所述实施例，只是本实用新型中较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种风能发电装置，其特征在于，所述风能发电装置包括：

一收集风能的风车部件，包括风车叶片、支撑风车的支撑轴；所述风车叶片设置在所述支撑轴上并能自由旋转；

一将风能转化为电能的摩擦发电部件，包括转动片、固定片和与所述转动片或所述固定片摩擦使所述转动片或固定片产生电流的中间层；所述转动片、固定片和所述风车叶片同心同轴且均设置在所述支撑轴上；所述转动片设置在所述风车叶片的一侧；所述中间层设置在所述转动片和固定片中间且固定在所述固定片或转动片上；

一将风能转化为电能的电磁发电部件，包括磁铁和线圈，所述磁铁设置在所述风车叶片上，所述线圈固定在所述固定片背向所述中间层的一面上。

2.根据权利要求1所述的一种风能发电装置，其特征在于，所述固定片面向所述中间层的表面设置若干第一栅极和若干第二栅极；所述第一栅极和第二栅极同圆心间隔排列；若干所述第一栅极之间相互导通，若干所述第二栅极之间相互导通；而相邻所述第一栅极和第二栅极之间相互不导通。

3.根据权利要求1所述的一种风能发电装置，其特征在于，所述转动片面向所述中间层的表面设有等距离排列若干大小相等的栅极单元。

4.根据权利要求1所述的一种风能发电装置，其特征在于，所述固定片面向所述中间层的表面设置若干第一栅极和若干第二栅极；所述第一栅极和第二栅极同圆心间隔排列；若干所述第一栅极之间相互导通，若干所述第二栅极之间相互导通；而相邻所述第一栅极和第二栅极之间相互不导通；

所述转动片面向所述中间层的表面设有等距离排列若干大小相等的栅极单元。

5.根据权利要求2或4所述的一种风能发电装置，其特征在于，相邻所述第一栅极和第二栅极构成的圆心角相等或不相等。

6.根据权利要求3或4所述的一种风能发电装置，其特征在于，相邻所述栅极单元的圆心角为任意角度。

7.根据权利要求1所述的一种风能发电装置，其特征在于，所述磁铁和线圈为一对以上。