[发明专利]旋转式纳米发电机及供电器件

说明书

一种旋转式纳米发电机及供电器件，发电机包括：同轴设置的泵浦发电机单元和至少一个主发电机单元，以及处理电路。泵浦发电机单元包括：相对设置的泵浦发电机转子和泵浦发电机定子，其中一个设置有摩擦起电层，另一个设置有泵浦电极对。主发电机单元包括：相对设置且具有间隔的主发电机转子和主发电机定子，一个设置有存储电极对，另一个设置有输出电极对；一介电层，设置于存储电极对和输出电极对之间。处理电路用于进行整流和稳压，连接于泵浦电极对和存储电极对之间。泵浦发电机定子与主发电机定子之间固定，泵浦发电机转子和主发电机转子在外界激励下绕着轴发生旋转运动。主发电机单元的电荷密度不依赖于摩擦或接触，且不受空气击穿的约束。

技术领域

本公开属于纳米新能源及机械能收集技术领域，涉及一种旋转式纳米发电机及供电器件。

背景技术

摩擦纳米发电技术的基本原理是利用摩擦或接触在两个表面生成静电荷，其中发生接触或接触的两个表面至少一个为绝缘材料的表面，当接触表面分离时，静电荷的分离产生电势差，从而在感应电极中驱动自由电荷定向移动，实现对环境中机械能的收集，并将机械能转化为电能。摩擦纳米发电技术尤其适用于收集低频运动的机械能，具有结构简单、成本低、材料选择丰富等优势。

表面电荷密度是影响摩擦纳米发电机的输出功率密度的重要因素。摩擦纳米发电机中的表面静电荷由两表面摩擦或接触产生，一般通过剧烈摩擦或接触才易于产生高的电荷密度，但这种情况下表面容易产生较大的发热和磨损，影响器件寿命，同时，电荷密度还受到空气击穿等约束，这些因素制约了表面电荷密度及输出功率密度的进一步提升。

因此，有必要提出一种具有高的输出功率密度的纳米发电机，且该纳米发电机的电荷密度不再主要依赖于摩擦或接触而产生、且不受空气击穿等的约束。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种旋转式纳米发电机及供电器件，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种旋转式纳米发电机，包括：同轴设置的泵浦发电机单元和至少一个主发电机单元，以及处理电路；其中，泵浦发电机单元，包括：相对设置的泵浦发电机转子和泵浦发电机定子，所述泵浦发电机转子和所述泵浦发电机定子中的一个设置有摩擦起电层，另一个设置有泵浦电极对；所述主发电机单元包括：相对设置且具有间隔的主发电机转子和主发电机定子，所述主发电机转子和主发电机定子中的一个设置有存储电极对，另一个设置有输出电极对；一介电层，设置于存储电极对和输出电极对之间；所述处理电路用于进行整流和稳压，连接于所述泵浦电极对和所述存储电极对之间；所述泵浦发电机定子与所述主发电机定子之间固定，所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子在外界激励下绕着轴发生旋转运动。

在本公开的一实施例中，该旋转式纳米发电机还包括轴向连接结构，该轴向连接结构包括：连接杆；所述泵浦发电机转子上设置有第二转子轴孔，该第二转子轴孔的尺寸与连接杆的尺寸匹配；所述泵浦发电机定子上设置有第一定子中心孔；所述主发电机转子上设置有第三转子轴孔，该第三转子轴孔的尺寸与连接杆的尺寸匹配；所述主发电机定子上设置有第二定子中心孔；其中，所述连接杆贯穿所述第二转子轴孔、第一定子中心孔、第三转子轴孔和第二定子中心孔，当该轴向连接结构受到外界激励沿着轴向发生旋转时，经由所述第二转子轴孔与所述第三转子轴孔带动所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子进行同步旋转。

在本公开的一实施例中，轴向连接结构还包括：第一半轴、第二半轴、第一轴承以及第二轴承，其中，所述第一半轴和所述第二半轴分别设置于所述泵浦发电机单元与所述至少一个主发电机单元相背离的两侧；所述第一半轴和所述第二半轴上设置有第一转子轴孔，所述连接杆贯穿所述第一转子轴孔；所述第一轴承卡接于所述第一半轴的轴肩上，所述第二轴承卡接于所述第二半轴的轴肩上。