[發明專利]一種具有重力勢能儲蓄功能的旋轉式摩擦納米發電機

有效

• 申請號: 202110259968.6
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113037127B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王佩紅;魏孝祥;曹寶;郭遠超
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H02N1/06;F03G3/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 周靜

本發明公開了一種具有重力勢能儲蓄功能的旋轉式摩擦納米發電機，包括外圓筒、內圓筒、中心軸桿、第一單向軸承、第二單向軸承、電極陣列、柔性葉片、片狀薄膜陣列、第一質量塊、第二質量塊，片狀薄膜陣列包括若干個交替布置的第一摩擦單元和第二摩擦單元；所有與第一摩擦單元相對應的電極單元串聯形成第一電極，所有與第二摩擦單元相對應的電極單元串聯形成第二電極；內圓筒相對外圓筒轉動過程中，柔性葉片與片狀薄膜陣列發生摩擦產生電荷轉移，同時片狀薄膜陣列與電極陣列之間發生靜電感應，從而通過第一電極和第二電極向外電路輸出電信號。本發明能將外界振動能首先轉換為重力勢能，再將重力勢能轉換為電能，從而提高輸出電流的大小和穩定性。

技術領域

本發明屬于發電機技術領域，具體地，涉及一種具有重力勢能儲蓄功能的旋轉式摩擦納米發電機。

背景技術

無線傳感器網絡是一種分布式傳感網絡，由大量可以感知和監測外部世界的無線傳感器網絡節點組成，可以在長期無人值守的狀態下工作，能夠實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，在軍事、工業、醫療、環境監測、交通管理、搶險救災等領域有著巨大的應用價值和潛在的應用前景。隨著無線傳感器網絡的深入應用，在一些復雜的使用條件下，如傳感器節點需要嵌入到橋梁、建筑、機械設備內部，或者需要放置在充斥著有毒、有害物質等危險區域。工作人員無法到達這些位置，傳感器節點一經放置便無法再重新為其更換電池。而電池容量有限，能源一旦耗盡則節點廢棄。廢棄的節點不僅導致被測對象局部位置的信息數據無法獲取，還會破壞整個無線傳感器網絡的拓撲結構，大大降低了無線傳感器網絡的穩定性、可靠性。能量供應問題制約了無線傳感器網絡的發展。因此，無線傳感網絡迫切需要一種新的能量供給方式來應對傳統供電方式的弊端。

在各種能量收集器中，摩擦納米發電機由于其高瞬時輸出功率、廣泛的可用材料、環保和低價的制造工藝以及針對目標應用而定制的各種工作模式而受到了廣泛的關注。摩擦納米發電機作為一種能量產生單元，在其內部的電路中，由于摩擦起電效應，兩個摩擦電極性不同的摩擦材料薄層之間會發生電荷轉移而使得二者之間形成一個電勢差；在外部電路中，電子在電勢差的驅動下在兩個分別粘貼在摩擦電材料層背面的電極之間或者電極與地之間流動，從而來平衡這個電勢差。摩擦納米發電機的動力源既可以是已被人們認識的風力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身體的晃動、手的觸摸、下落的雨滴等從沒被人們注意過的環境隨機能源，還可以是車輪的轉動、機器的轟鳴等。其中，海洋能作為一種可再生資源，具有體積大，分布廣泛，對環境的依賴性小等特點。因此，引起了世界各國能源界的廣泛關注。

目前用于采集波浪能的摩擦納米發電多以復擺結構為主。該種結構雖然可以采集波浪能，但是其輸出性能受到波浪能的頻率和振幅的制約。當復擺結構的共振頻率與波浪能的頻率不匹配時，摩擦納米發電機的電流就會大幅度的下降。另外，振幅較小的波浪無法使得摩擦納米發電機有較高的輸出電流。然而，電流的穩定性是摩擦納米發電機輸出性能的重要指標，不穩定的輸出不能驅動電子模塊正常工作，甚至會損壞精密的電子設備。

發明內容

本發明的目的在于迎合現今能量采集和傳感器需求，提供一種具有重力勢能儲蓄功能的旋轉式摩擦納米發電機，該結構將外界振動能首先轉換為重力勢能并儲蓄起來，然后將重力勢能轉換為電能，從而提高摩擦納米發電機輸出電流的大小和穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種具有重力勢能儲蓄功能的旋轉式摩擦納米發電機，包括同軸設置的外圓筒和內圓筒，所述外圓筒的內徑大于內圓筒的外徑，外圓筒和內圓筒通過中心軸桿連接；所述中心軸桿與內圓筒固定連接；所述中心軸桿的一端通過第一單向軸承與外圓筒連接，所述中心軸桿的另一端與外圓筒轉動連接；其中：

所述中心軸桿的一側設置有第一質量塊，所述第一質量塊通過第二單向軸承與中心軸桿連接，所述第二單向軸承與第一單向軸承安裝完成后其能夠自由轉動的方向相反。優選的，所述第二單向軸承的外圈一側固定連接有扇形板，所述第一質量塊通過扇形板與第二單向軸承固定連接。進一步優選的，所述第一質量塊的重心位于內圓筒任一素線中點與內圓筒軸線中點的連線上。