[發明專利]一種基于滾動摩擦的電磁-摩擦復合型納米發電機

有效

• 申請號: 202010554944.9
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111711380B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 嚴冬;田興亮;張佳佳;王鵬程;歐德旭;古靜;陳逸飛;李雪鋒
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H02K1/12;H02K1/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種基于滾動摩擦的電磁?摩擦復合型納米發電機，屬于系能源技術領域。該電磁?摩擦復合型納米發電機包括摩擦納米發電單元、線圈式電磁感應發電單元和機械動力捕獲單元。所述摩擦納米發電單元包括滾筒電極陣列和粘附在中心滾筒外表面的摩擦電材料陣列；所述線圈式電磁感應發電單元包括線圈和中心滾筒內部的永磁體；所述機械動力捕獲單元包括中心滾筒、軸桿和外部能量收集部件。本發明電磁?摩擦復合型納米發電機，通過外部流體能量或者旋轉能量的輸入轉化，驅動中心滾筒和滾筒電極旋轉，在滾筒電極與摩擦電材料的接觸和電磁感應的作用下產生交流電供給負載，實現對外部流體能量或者旋轉能量的收集并轉化為可用的電能。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，涉及一種基于滾動摩擦的電磁-摩擦復合型納米發電機。

背景技術

隨著微機電和物聯網系統的井噴式發展，每年都有大量的便攜、分布式的低功耗無線通信電子設備應用于智慧城市或智能工廠中。這些設備中所存在的共同特點之一便是需要為其提供動力。然而，傳統的電源解決方案已經無法完全滿足低功耗無線通信電子設備的供電需求，正在成為制約微機電和物聯網系統發展的不利因素。因此，需要一種嶄新的電源解決方案來滿足日益復雜的供電需求。作為傳統電源最有前途的替代方法，能量收集技術正在過去的幾年中受到越來越多的關注。它可以將環境中的各種能量轉化為電能。這使得新的電源解決方案可以擺脫對電池等傳統電源的依賴，從而實現持久的、免維護、自驅動的供電目標。

摩擦納米發電機技術是利用兩種不同材料發生摩擦，從而在其表面形成感應電荷，通過外電路連接實現電荷轉移產生交流電。由于其獨特的工作方式，摩擦納米發電機特別適合低頻能量采集，且可以實現高效的能源轉化效率。同時，為了對環境中的各種能量進行高效的收集，結合不同發電形式的復合型發電機應運而生。其中，電磁-摩擦復合型納米發電機成為高效收集微納能量的重要研究方向之一。目前，收集流體能量或者旋轉能量的電磁-摩擦復合型納米發電機大多采用滑動模式，通過可旋轉的葉片與固定電極之間的摩擦產生摩擦電荷。葉片與電極之間的摩擦為滑動摩擦。這使得隨著摩擦頻率的提高而增大電磁-摩擦復合型納米發電機內部的熱損耗，限制了其在較高頻率條件下的優異表現，降低了能量的轉化效率，同時也影響器件的耐久性。

因此亟需一種基于滾動摩擦的電磁-摩擦復合型納米發電機。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于滾動摩擦的電磁-摩擦復合型納米發電機，通過滾筒之間產生的滾動摩擦實現對能量的轉化輸出，同時降低了內部的熱損耗。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于滾動摩擦的電磁-摩擦復合型納米發電機，該復合型納米發電機包括摩擦納米發電單元、線圈式電磁感應發電單元和機械動力捕獲單元；

所述摩擦納米發電單元包括滾筒電極陣列(201)和粘附在中心滾筒(303)外表面的摩擦電材料陣列(301)，滾筒電極陣列(201)與摩擦電材料陣列(301)保持良好接觸并且隨中心滾筒(303)轉動；

所述線圈式電磁感應發電單元包括線圈(103)和中心滾筒(303)內部的永磁體(302)，線圈(103)置于外筒(101)底部的蓋板上，永磁體(302)內置于中心滾筒(303)下端的蓋板上；

所述機械動力捕獲單元包括中心滾筒(303)、中心滾筒軸桿(304)和外部能量收集部件(102)，中心滾筒軸桿(304)穿過中心滾筒(303)的上下蓋板，并通過外筒軸承(104)與外筒(101)的上下蓋板相連接。

可選的，所述滾筒電極陣列(201)均勻對稱分布于中心滾筒(303)外圍，個數為偶數，從順時針方向起始，每兩個相鄰的滾筒電極通過電路連接形成電極對，分別為電極Ⅰ和電極Ⅱ。

可選的，所述滾筒電極的筒身由亞克力或塑料制作，銅箔或鋁箔粘附在筒身表面組成滾筒電極；滾筒電極上下端通過內嵌滾筒軸承(202)與旋轉軸連接固定在中心滾筒(303)周圍。