[发明专利]一种旋转式复合型纳米发电机在审

专利信息
申请号: 201410678022.3 申请日: 2014-11-21
公开(公告)号: CN105680716A 公开(公告)日: 2016-06-15
发明(设计)人: 杨亚;钟贤岱;王中林 申请(专利权)人: 北京纳米能源与系统研究所
主分类号: H02N1/04 分类号: H02N1/04;H02K21/14
代理公司: 北京润平知识产权代理有限公司 11283 代理人: 孙向民;肖冰滨
地址: 100083 北京*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 旋转 复合型 纳米 发电机
【说明书】:

技术领域

本发明涉及本发电技术领域,特别涉及将摩擦效应与磁电效应耦合而成 的旋转式复合纳米发电机。

背景技术

随着储量有限的传统化石燃料(煤、石油和天然气等)日益消耗殆尽,能 源问题业已成为限制人类社会发展的桎梏。国内外研究人员纷纷把目光投向 可再生新型能源,其中,为解决微纳器件及系统供能而提出的纳米发电机日 益成为为引领微纳米能源发展的主导。

基于压电效应、热电效应、摩擦效应、磁电效应的纳米发电机已有较多 报道。中国专利《一种纳米发电机系统》(CN201320792713),中国专利《旋 转摩擦发电机、稳压输出电路和供电装置》(CN201410069272),中国专利 《一种输出恒定电流的旋转摩擦发电机中国专利》(CN201310507488),中 国专利《旋转式静电发电机》(CN201310201386)等提出了基于摩擦效应发 电装置。然而单一形式的能源转换效率不高,使其实际应用受到限制。

如何最大限度的提高能量转化效率已成为微纳能源研究的核心,为此复 合型纳米发电机应运而生。复合型纳米发电机集成了不同能量采集方式的优 点,起到了一定的互补增强作用,提高了能量转化效率。中国专利《压电和 摩擦电混合纳米发电机》(CN201210185780.2),中国专利《基于压电-摩擦 效应的高电学性能纳米发电机的制备方法》(CN201310376298.1),中国专利 《一种复合式纳米发电机及其制备方法》(CN201210455410.6)虽然采用了 多种效应耦合,但装置均仅限于低频机械能转换,转换能量较低。中国专利 《一种基于压电摩擦磁电的复合纳米发电机》(CN201310099750.4)由于采 用径向磁场发电机使得体积较大,不利于微型化集成于微纳系统。目前,基 于摩擦效应和磁电效应耦合的旋转式复合型纳米发电机尚未见报道。

发明内容

为解决现有多种能量利用技术存在效率不高,不利于微型化集成于微纳 系统的问题,在本发明通过耦合放射状、阵列式、平面双电极摩擦纳米发电 组件和轴向磁电发电组件的设计,提供一种高效转换机械能为稳定直流输 出、可直接给小型用电器件供电的装置。

本发明提供的旋转式复合型纳米发电机,包括:

摩擦纳米发电组件,包括具有共同转轴的转子和定子,其中,所述转子 的下表面设置有摩擦层,所述摩擦层由若干摩擦单元以所述转轴为圆心向外 辐射排列而成;所述定子包括电极层,所述电极层为在同一平面内间隔设置 的若干第一电极单元和若干第二电极单元,并且所述第一电极单元和第二电 极单元均以定子的转轴为圆心向外辐射排列,所有第一电极单元串联连接形 成第一电极,所有第二电极单元串联连接形成第二电极;所述摩擦单元与所 述定子的上表面材料存在得失电子能力差异;在外力作用下,所述转子与定 子以转轴为轴互相转动,使摩擦层的摩擦单元与定子的上表面滑动摩擦,摩 擦层表面所带有的摩擦净电荷随其一起移动,使两个所述电极间的感应电势 差;

磁电感应发电组件,包括:磁铁部件和线圈部件,分别设置在所述转子 和定子上。

优选的,所述摩擦单元的材料为绝缘体,所述定子的上表面为所述电极 层。

优选的,所述定子还包括隔离层,所述电极层设置在所述隔离层的下表 面,所述隔离层的上表面为所述定子的上表面;所述隔离层为绝缘材料。

优选的,所述摩擦单元的材料为绝缘体、导体或者半导体材料。

优选的,所述绝缘体材料选自甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、 聚异丁烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯醚、聚酯、 聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯中的一种或几种的叠 加。

优选的,摩擦单元不能同时覆盖相邻的第一电极单元或第二电极单元。

优选的,所述摩擦层中相邻两个所述摩擦单元之间的距离相等。

优选的,所述电极层中,若干个所述第一电极单元和第二电极单元形成 的第一电极和第二电极的尺寸和形状相同或者互补。

优选的,所述第一电极单元和第二电极单元均为扇形或顶点被同心圆切 割后形成的部分扇形结构。

优选的,所述第一电极单元和第二电极单元各自的顶角相同。

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