[发明专利]摩擦纳米发电机及基于其的自驱动智能测速仪

说明书

本公开提供一种摩擦纳米发电机，包括：行星架，其一端设置有传动轴，另一端伸出多个输出轴；多个滚柱，通过轴承分别套接于所述多个输出轴外，每个所述滚柱表面设置有摩擦层；以及定子，套设于所述多个滚柱外，所述定子内壁设置有电极单元，使得每个所述滚柱与所述电极单元能够滚动摩擦接触。本公开同时还提供一种基于上述摩擦纳米发电机的自驱动智能测速仪。

技术领域

本公开涉及能源供给\传感技术领域，尤其涉及一种摩擦纳米发电机及基于其的自驱动智能测速仪。

背景技术

风能、水能等作为分布广泛的可再生能源，在电能供应和应对能源危机的过程扮演越来越重要的角色。例如，根据统计数据表明，全球风力资源储备丰富，其中可开采部分每年达5.3×10¹³kWh。以风速仪为例，风速仪作为一种重要的风速监测设备，其往往工作在无人值守的恶劣环境，需要持续、可靠的长久供能。截止到目前，风速仪主要采用寿命有限的电池供电，极大地增加了维护成本和环境污染。因此，从工作环境中俘获风能为风速仪供能是一种最优的持续供能方案。

2012年，基于麦克斯韦位移电流第二项的摩擦纳米发电机被发明用作风能采集器和主动式风传感器。作为风能采集器，摩擦纳米发电机具有高功率密度、结构紧凑等优点，可高效的收集风能。此外，由于摩擦纳米发电机具有较大的内阻，输出信号随机，需要经过能量管理才能满足用电器件对稳定的直流电的需求。作为主动式风传感器，摩擦纳米发电机可以直接将风力信息转化为电信号而不需要外部电源供电。然而，传感信号的处理及发射依然需要外部电源供电。

由此，亟需一种更完善的发电机和自驱动的测速仪以满足长寿命、可持续的工作在无人值守的恶略环境。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种摩擦纳米发电机及基于其的自驱动智能测速仪，以缓解现有技术中测速仪具有较大的内阻，输出信号随机，能量管理不完善，以及还需要外部电源供电等技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面，提供一种摩擦纳米发电机，包括：行星架，其一端设置有传动轴，另一端伸出多个输出轴；多个滚柱，通过轴承分别套接于所述多个输出轴外，每个所述滚柱表面设置有摩擦层；以及定子，套设于所述多个滚柱外，所述定子内壁设置有电极单元，使得每个所述滚柱与所述电极单元能够滚动摩擦接触。

根据本公开实施例，所述传动轴连接至一驱动部，所述驱动部能够在机械能作用下动作进而带动所述行星架转动。

根据本公开实施例，所述电极单元，包括：第一电极组，包括多对并联设置的第一叉指电极，作为摩擦纳米发电机的能量输出端，用于输出第一电信号；以及第二电极组，包括至少一对并联设置的第二叉指电极，作为摩擦纳米发电机的信号输出端，用于输出第二电信号。

根据本公开实施例，所述第一叉指电极与第二叉指电极的总对数为所述滚柱数的正整数倍。

根据本公开实施例，所述第一叉指电极的数量大于所述第二叉指电极的数量。

本公开的另一方面，提供一种基于上述任一项所述的摩擦纳米发电机的自驱动智能测速仪，包括：能量管理模块，与所述摩擦纳米发电机的能量输出端相连，用于对所述摩擦纳米发电机输出的第一电信号进行处理后储能，并能够输出稳定的驱动信号；以及信号处理模块，一端与所述摩擦纳米发电机的信号输出端相连，另一端与所述能量管理模块相连，用于在所述驱动信号的驱动下将所述第二电信号转化为行星架的转速信息，进而得到对应的机械能的监测数据。

根据本公开实施例，所述的自驱动智能测速仪，还包括：无线发射模块，分别与所述能量管理模块和所述信号处理模块相连，用于在所述驱动信号的驱动下将接收到的所述监测数据发送至无线接收模块。