[發明專利]轉動式摩擦納米發電裝置及能量轉換系統

有效

• 申請號: 202010690146.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111786592B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王杰;張薇;周靈琳;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 王寧寧

本發明公開了一種轉動式摩擦納米發電裝置及能量轉換系統。該轉動式摩擦納米發電裝置包括轉動軸組件、電容組件及轉動摩擦發電部，轉動軸組件能夠在外力驅動下繞自身軸向轉動；電容組件包括空氣可變電容件及與空氣可變電容件電性連接的固定電容件，在轉動軸組件的帶動下空氣可變電容件的電容量能夠發生變化，空氣可變電容件用于為負載供電；轉動摩擦發電部包括相向設置的第一摩擦轉盤及第二摩擦轉盤，在轉動軸組件的帶動下第一摩擦轉盤與第二摩擦轉盤能夠相對轉動而摩擦發電，轉動摩擦發電部與電容組件電性連接，轉動摩擦發電部用于為電容組件補充電荷損失。本發明的轉動式摩擦納米發電裝置，耐久性高，能夠長時間、高頻運轉。

技術領域

本發明涉及摩擦納米發電技術領域，尤其涉及一種轉動式摩擦納米發電裝置及能量轉換系統。

背景技術

不同材料接觸后帶電的現象被稱為摩擦起電，生活中的摩擦起電現象常導致電子器件的損壞及對公共安全造成威脅。近年來，摩擦起電現象作為一種收集機械能的有效途徑促成了摩擦納米發電機的發明。基于摩擦起電和靜電感應現象，摩擦納米發電機提供了一種簡單、可靠、廉價且有效的機械能收集方式。現已發展出兩種操作摩擦納米發電機的方式：接觸-分離式與滑動式。

接觸-分離式依靠兩種不同摩擦電極性的材料間重復的接觸分離。滑動式依靠不同摩擦電極性的兩接觸表面的相對位移。相對于接觸-分離模式，滑動模式具有更高的摩擦效率，并且基于轉盤結構的滑動式摩擦納米發電機還具有容易封裝的優勢。

轉盤式摩擦納米發電機的轉動速率的增大可驅使電子在兩電極間的轉移速度加快，因此高頻轉動時較易產生更大的電流。但由于其工作機制主要依靠平面摩擦，此類器件面臨的重要挑戰為介質層材料磨損及連續運動產熱，這些問題使得器件在長時間、高速度工作時耐久性差，影響器件的能量轉換效率，甚至會導致器件失效。因此，提升轉盤式摩擦納米發電機的穩定性是拓展其應用領域的關鍵。

目前的延長轉盤式摩擦納米發電機使用壽命的有效方式是采用更耐磨的介質層，此方式在一定程度上可以延長摩擦納米發電機的使用壽命，但由于介質層的厚度和介電性能會影響發電機的電荷密度，而電荷密度為衡量摩擦納米發電機輸出性能的關鍵指標，實質是以犧牲一部分輸出為代價延長其使用壽命。還有將滑動摩擦改為滾動摩擦的方式，此方式以滾動代替平動，在一定程度上減小了摩擦，但此結構的體積較大，所需軸向空間較大，在空間不充裕的應用場合有所限制，且對摩擦納米發電機的輸出性能，尤其是能量密度沒有提高。

發明內容

本發明實施例提供一種轉動式摩擦納米發電裝置及能量轉換系統，以解決轉盤式摩擦納米發電機耐久性差的問題。

一方面，本發明實施例提出了一種轉動式摩擦納米發電裝置，包括轉動軸組件、電容組件以及轉動摩擦發電部，所述轉動軸組件能夠在外力驅動下繞自身軸向轉動；所述電容組件包括空氣可變電容件，及與所述空氣可變電容件電性連接的固定電容件，所述空氣可變電容件的動力輸入軸與所述轉動軸組件連接，在所述轉動軸組件的帶動下，所述空氣可變電容件的電容量能夠發生變化，所述空氣可變電容件用于為負載供電；所述轉動摩擦發電部包括相向設置的第一摩擦轉盤及第二摩擦轉盤，所述第一摩擦轉盤與所述轉動軸組件連接，在所述轉動軸組件的帶動下，所述第一摩擦轉盤與所述第二摩擦轉盤能夠相對轉動而摩擦發電，所述轉動摩擦發電部與所述電容組件電性連接，所述轉動摩擦發電部用于為所述電容組件補充電荷損失。

根據本發明實施例的一個方面，所述空氣可變電容件的動力輸入軸通過增速齒輪組與所述轉動軸組件連接。

根據本發明實施例的一個方面，所述第一摩擦轉盤通過減速齒輪組與所述轉動軸組件連接。

根據本發明實施例的一個方面，所述轉動摩擦發電部與所述固定電容件電性連接。

根據本發明實施例的一個方面，所述轉動摩擦發電部通過整流器件與所述固定電容件電性連接。