[发明专利]一种基于纳米摩擦发电的圆台形摆动风力发电装置

说明书

本发明涉及一种基于纳米摩擦发电的圆台形摆动风力发电装置，该装置包括圆台形风能捕捉部件、圆台形摩擦发电部件以及轴承部件。其中，所述圆台形风能捕捉部件随风晃动，绕轴承部件的旋转中心点旋转，并与圆台形摩擦发电部件发生反复的接触分离，摩擦发电部件受到底部弹簧约束产生摆动，发生摩擦电荷转移，从而将风能转变为电能。本发明所述的圆台形摆动风力发电装置与现有风能收集摩擦发电装置相比，具有安装方便、体积小、占地面积小、风能利用率高、发电效率高的特点。同时，相比于传统螺旋桨式风力发电机，本发明所述的发电装置不会造成野生鸟类伤亡。

技术领域

本发明涉及风能发电领域，具体涉及一种基于纳米摩擦发电的圆台形摆动风力发电装置。

背景技术

随着经济的快速发展，人们对绿色可再生能源的需求越来越大。作为最重要的可再生能源之一以及自然界的绿色能源，风能吸引了越来越多的人关注。它们以可再生、绿色能源等优点被人们广泛研究利用。风能发电的原理就是将风的动能转化为风力发电机的机械能，风力发电机再把机械能转化为电能两个过程。目前，将机械能转化为电能的方式主要包括三大类：压电、电磁感应、静电。

其中，传统的风力发电机大都是通过电磁感应发电且是扇叶式，这种风力发电机不仅巨大、笨重、噪音大，而且十分昂贵且维修养护成本很高，最不可忽略的一点是风力涡轮机会对鸟类造成严重生命损伤。针对以上情况，来自西班牙的一家公司就制造出了没有叶片的风力发电机。这款风力发电机没有扇叶结构，它能像稻草一样，只要在风中摇摆就能发电。但是它的发电模式仍然是电磁感应的，不适用于低频环境下的风能，这就导致其发电效率较低。另外，压电式风能发电系统由于常规压电材料复杂的化学成分及晶体结构，存在难以实现大功率与小尺寸相结合的缺陷；进一步地，在摩擦式发电机中，包含由两个极性相反的材料构成的摩擦界面，当摩擦界面受到外力挤压时则会相互接触并摩擦，由此接触带电引起的表面电荷转移，从而实现了将机械能转变成电能的过程。基于这一效应，人们设计了许多基于摩擦发电收集风能的装置。但是，现有的通过摩擦发电的风能收集装置均存在结构复杂、体积笨重且成本高、风能收集范围小，对风能收集的效率很低、发电效率低，容易受到风力较弱以及风向的限制。

发明内容

基于现有风能收集摩擦发电装置存在的上述缺陷，本发明提供了一种加工和使用成本低、方便制造、占地面积小且能够高效地利用风能(即使在风量较小的环境中)实现摩擦发电的基于纳米摩擦发电的圆台形摆动风力发电装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于纳米摩擦发电的圆台形摆动风力发电装置，包括圆台形风能捕捉部件、圆台形摩擦发电部件以及轴承部件；其中：

所述圆台形风能捕捉部件以及圆台形摩擦发电部件均由导电材料制成；

所述圆台形风能捕捉部件以及圆台形摩擦发电部件内部均为中空结构，所述圆台形风能捕捉部件的内表面以及圆台形摩擦发电部件的外表面分别覆有正极或负极摩擦发电薄膜对；

所述轴承部件包括与土体相连接的底座以及与底座晃动连接的外部套筒，所述外部套筒内部设有支撑组件，所述支撑组件底部与压缩弹簧相连接；

所述圆台形风能捕捉部件与轴承部件的外部套筒相连接；所述圆台形摩擦发电部件设置于所述圆台形风能捕捉部件的内部，并与所述支撑组件相连接；

所述轴承部件的外部套筒通过弹簧装置与土体相连接。

进一步地，所述圆台形风能捕捉部件的底面圆心与圆台形摩擦发电部件的底面圆心重合；且所述圆台形风能捕捉部件的底面圆心或圆台形摩擦发电部件的底面圆心与所述轴承部件的重心位于一条直线上。

进一步地，所述圆台形风能捕捉部件通过螺纹连接的方式与所述外部套筒相连接；所述支撑组件由柱形连接件和与柱形连接件螺纹配合的调节螺栓构成，所述柱形连接件与压缩弹簧相固定，所述圆台形摩擦发电部件与调节螺栓的顶部相连接。