[发明专利]一种环境机械能复合收集转化装置

说明书

本发明公开了一种环境机械能复合收集转化装置，包括用以通过摩擦产生电荷并能够输出电流的摩擦发电模块以及用以供磁通量发生变化以产生感应电流并能够输出电流的电磁发电模块，还包括设于摩擦发电模块和电磁发电模块的外部、用以带动摩擦发电模块和电磁发电模块运行并能够防护摩擦发电模块和电磁发电模块的封装壳体。上述环境机械能复合收集转化装置采用电磁、摩擦复合式发电设计，能够将机械能高效地转化为电能并输出，从而可以实现环境机械能的高功率密度输出和高效的能量转换。

技术领域

本发明涉及能量转换技术领域，特别涉及一种环境机械能复合收集转化装置。

背景技术

环境机械能是指在周围环境中所具有的动能和势能，例如风能、波浪能、雨滴能、振动能等。因地球表面受热不均匀而产生的空气流动所形成的动能即为风能，全球的风能约为2.74*10⁹MW，其中可利用的风能为2*10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍；波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，地球上70.8％的面积被海水所覆盖，海洋波浪的能量资源丰富。如今人类对能源的需求不断加大，非可再生能源的储量日益减少，各种可再生能源的利用工作受到越来越多的重视，发掘各种环境中的清洁能源(例如集风能、波浪能)的潜力、利用环境中风能、海洋中波浪能还具有很大的空间。

目前，针对环境中的能量收集主要以大型风能发电机、大型潮汐能发电机、水电站等的形式进行，它们大多对环境要求比较苛刻，虽然提供电能的量很多，但体积庞大，无法满足人们对低功耗便携式设备及传感节点的供电需求；在小型的动、势能收集转化方面，现已有一些设计发明，但普遍为单一应用场景，例如仅安置于户外某处用于收集风能或仅用于安置在海上某处用于收集波浪能等，对环境要求较多，适用性不好、兼容性较差，大大限制了其使用范围，且大部分装置为单一电能转化模式，仅靠电磁转换方法或仅靠摩擦电方法来输出电能，而由于单一转化模式的局限性(电磁转换方式在低速运动环境下转换效率低，摩擦电形式虽在低速下也有很高的转化效率，但总体功率输出较小)，电能输出效率普遍不高。

因此，如何避免由于采用单一转换模式而导致无法高效输出电能是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种环境机械能复合收集转化装置，该装置可以针对不同环境的特点对收集装置进行改装替换，以增加整个能量收集装置的应用范围，并且采用电磁、摩擦复合式发电设计，将大量俘获的动能高效转化为电能输出，从而可以实现环境机械能的高功率密度输出和高效的能量转换。

为实现上述目的，本发明提供一种环境机械能复合收集转化装置，包括用以通过摩擦产生电荷并能够输出电流的摩擦发电模块以及用以供磁通量发生变化以产生感应电流并能够输出电流的电磁发电模块，还包括设于所述摩擦发电模块和所述电磁发电模块的外部、用以带动所述摩擦发电模块和所述电磁发电模块运行并能够防护所述摩擦发电模块和所述电磁发电模块的封装壳体。

可选地，所述摩擦发电模块包括设于所述封装壳体的内部、用以绕所述封装壳体的轴向旋转的转子；

所述转子的上方设有用以与所述转子发生摩擦并带动所述转子旋转的第一摩擦层，所述转子的下方设有用以当所述转子旋转时与所述转子发生摩擦的第二摩擦层；

还包括与所述第二摩擦层的下表面贴合、用以输出电流的电极层。

可选地，所述转子包括保持圈以及若干个用以沿所述保持圈的径向穿入所述保持圈并与所述保持圈固接的保持柱，任一所述保持柱上连接有用以与所述第一摩擦层和所述第二摩擦层发生摩擦并能够带上电荷的圆锥滚子以及嵌入所述圆锥滚子的内部、用以实现电磁发电的圆柱磁体。

可选地，所述电磁发电模块包括若干个沿所述转子的圆周方向分布、用以与所述圆柱磁体配合以供磁通量发生变化的线圈，且任意两个相邻所述线圈串联。