[发明专利]一种草丛结构的纳米摩擦风能发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及将风能产生的机械能转化为电能的草丛结构的纳米摩擦发电机。

背景技术

风能作为自然界中最重要的可再生能源之一，它是由太阳辐射热引起的。太阳辐射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中,虽只有约2％转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球风能约为2.74×l0⁹MW,其中可利用的风能为2.74×l0⁷MW,比地球上可开发利用的水能的总量还要大10倍。但目前由于涡轮式风力发电机昂贵的价格，较为庞大的体积及质量，这些风能虽然广泛存在，但是没有被有效的收集手段加以利用，通常大量被浪费。

目前，风能转化为电能的发电机所利用的原理主要有静电感应，电磁感应和特殊材料的压电性能、静电脉冲发电机等。然而，已经发明的静电感应发电机，存在体积大、适用性窄等缺点，电磁感应发电机和压电发电机则普遍存在结构复杂，对材料有特殊要求和成本较高等缺陷。静电脉冲发电机在小型化和轻量化方面有所不足，输出功率密度较小，不能满足对各种振动机械能收集的需要。

发明内容

本发明涉及一种可以将自然界、高速公路、隧道等等形式的风能转化为电能的结构简单的草丛结构的纳米摩擦风能发电机，能够为微型电子器件如航标、路标、警示牌等提供匹配的电源。

为实现上述目的，本发明提供一种草丛结构的纳米摩擦风能发电机，包括：

一种草丛结构的纳米摩擦风能发电机，其特征在于，包括：被固定在基底上n条的弹性塑料片相互形成的发电机数为n-1草丛结构单元构成纳米发电机的一个发电单元；

在任一相邻两弹性塑料片构成的草丛结构单元中，立于塑料片衬底105上的两片弹性塑料片分别包括：第一电极层101和第一摩擦层102、第二电极层103和第二摩擦层104，两片弹性塑料薄膜插在塑料片衬底上105形成草丛结构的纳米发电机；每片弹性塑料片按摩擦极性序列顺序交错排列,固定在基底上的弹性塑料片相互作用形成自由接触和分离的草丛结构；弹性塑料片的绝缘材料摩擦层的表面设置有微结构阵列修饰层；

所述发电机在外界风力作用下，所有的单元发电机的摩擦极性相差较大的表面接触和分离，因而有脉冲电信号输出，发电机的n-1发电单元通过外电路并联起来汇集发电机的输出电流。

这样，第一电极层101充当背电极，另一片塑料薄膜有第二电极层103，第二电极层103的上表面接触设置有第二摩擦层104。发电机受到外力作用(风力作用)时，使得草丛结构的纳米摩擦风能发电机闭合弯曲形变发生接触及滑动，使发电单元的第一摩擦层102与第二电极层103接触和摩擦，在第一电极层101与第二电极层103之间有脉冲电信号输出所述每片弹性塑料片的正反面分别为摩擦极性序列相差较大的材料互相充当接触电极和背电极。在外界风力作用下，所有的单元发电机的摩擦极性相差较大的表面接触和分离，因而有脉冲电信号输出

与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：

1、本发明提供的草丛结构的纳米摩擦风能发电机采用最新的纳米摩擦发电技术，相对于传统造价昂贵，体积及质量庞大的涡轮式风能发电机，它在增强发电适用性，大大的降低成本的同时仍然能保持非常有益的功率的输出。

2、本发明提供的草丛结构的纳米摩擦风能发电机采用单元数n的塑料片相互作用形成的发电机数为n-1(n为边单位数)草丛结构的纳米发电机，因此，柔性塑料片衬底的两面分别为背电极和接触电极提供载体，使得发电机数目成的n-1倍增长，能够有效增加草丛结构的纳米摩擦风能发电机的电流输出，从而有效地将振动机械能转变为电能。

3、采用具有一定机械强度、绝缘性能以及抵消单元发电机之间的电场影响的弹性高分子塑料片作为草丛结构的纳米摩擦风能发电机的主要框架，成本低廉。

3、对于采用纳米线阵列作为发电机的接触面，不但可以增加接触面积，而且纳米线外壁与导电面的滑动增强发电机的摩擦起电效果，杂化了接触起电效应和摩擦起电效应，从而大大地提高了发电机的输出功率。

4、本发明的发电机结构简单，制备方法简单，对材料无特殊要求，可以收集自然界、高速公路、隧道等产生的风能转变为电能，具有广泛的实际用途。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明发电机的结构示意图；