[发明专利]一种旋转式电磁-摩擦复合纳米发电机

说明书

本发明公开一种旋转式电磁‑摩擦复合纳米发电机，包括：摩擦纳米发电组件，电磁感应发电组件和磁动力组件。其中，摩擦纳米发电组件包括电极阵列和柔性叶片阵列；电磁感应发电组件包括发电永磁体阵列和线圈阵列；磁动力组件包括内外部驱动永磁体阵列。外筒、电极阵列和线圈阵列构成定子，内筒、发电永磁体阵列、柔性叶片阵列和内部驱动永磁体阵列构成转子。本发明装置，一方面利用摩擦纳米发电机和电磁发电机的功能互补来实现复合发电，拓宽实用范围；另一方面，通过无接触的磁力输入动力，分离了外界动力输入部分与发电部分，装置可以实现方便快速地安装拆卸与维修。

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体地，涉及一种旋转式电磁-摩擦复合纳米发电机。

背景技术

在过去的半个世纪，随着微电子技术与传感技术的发展，无线传感网络被视为信息交流中最突出的技术。然而制约它发展的最大瓶颈是由于传统供电方式(电池和有线电源)的局限性，难以负担其所需的能量供应。因此，急需寻找一种新的供电方式，以满足新技术的发展。在自然环境中，存在着大量可再生能源，机械能由于其不受时间、空间和地点等影响，急需一种在自然环境中高效且持续的采集机械能并将其稳定输出为电能的方法。

利用两种极性不同的材料进行摩擦，会使其表面形成感应电荷，从而形成电势差，这就是摩擦纳米发电机技术。自2012年这种新的能量采集技术被发明以来，无论在能量收集还是作为自驱动传感器方面，它都取得了巨大的进步。由于其独特的工作机理，摩擦纳米发电机实现了简单、可靠、高效的能量采集，特别在低频范围比之传统电磁发电具有极大的优势。如何利用自然界中的各种旋转机械能来驱动摩擦纳米发电机工作并为各种微电子器件供电，已成为该领域的一个重要研究方向。目前采集旋转能量的摩擦纳米发电装置中产生摩擦电荷的两个摩擦层之间多为滑动式的刚体-刚体接触。这种接触一方面会不断加大材料的磨损程度，缩短器件的使用寿命。另一方面，这种接触使得两摩擦层之间摩擦阻力很大，需要环境中较强的旋转能量才能驱动器件，器件的实用性受到很大限制。另外，在一些电磁-摩擦复合纳米发电机中，线圈被放置在旋转结构中，其输出需要利用电刷等机械结构来实现。引入电刷等会进一步增加阻力，进一步降低器件的实用性。

发明内容

本发明的目的在于迎合现今传感器需求，提供一种旋转式电磁-摩擦复合纳米发电机，一方面可以更有效地采集自然环境中的各种旋转机械能(尤其是各种微弱旋转能量)，另一方面可以实现在不同应用环境下对器件进行快速地安装拆卸与更换维修。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种旋转式电磁-摩擦复合纳米发电机，包括：摩擦发电组件，电磁感应发电组件和磁动力组件，其中，所述摩擦发电组件包括：内筒，外筒，电极阵列和柔性叶片阵列，所述电极阵列固定于外筒内壁，柔性叶片阵列与内筒外壁连接随内筒转动且与电极阵列之间柔性接触。电磁感应发电组件包括：发电永磁体阵列和线圈阵列，所述发电永磁体阵列嵌于内筒上端设置的内筒上盖板中随内筒转动，所述线圈阵列固定于外筒上端设置的外筒上盖板内，线圈个数与永磁体个数相同。磁动力组件包括：内嵌有外部驱动永磁体阵列的转盘，以及嵌于内筒下盖板中的内部驱动永磁体阵列，转盘在外界旋转能量驱动下产生转动，在内外部驱动永磁体阵列的磁相互作用力驱动下，内筒随之转动。

所述的外筒，可以用亚克力、金属、塑料等制作。所述的外筒内为密封状态，可以根据外筒材料的特性将外筒内部抽成低真空状态或者充入有利于摩擦起电的气体。

所述的发电永磁体阵列均匀嵌于内筒上盖板中，内部驱动永磁体阵列对称嵌于内筒下盖板中，外部驱动永磁体阵列对称嵌于转盘中，单个磁体为圆柱形，对称排列，个数为偶数，且相邻磁体的磁极相反。可以由NdFeB、SmCo等强磁性材料制作。

所述的电极阵列位于外筒内表面，等间距排列，个数为偶数。单个电极在粘贴到外筒之前为矩形形状，可以用铜、铝等导电材料制作。该电极阵列被均分后串联形成电极I和电极II，相邻两个电极分别属于电极I和电极II。