[發明專利]一種基于納米摩擦發電的圓臺形擺動風力發電裝置

在審

• 申請號: 202110487546.4
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113090451A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陳俊;王力;王安群;許崇海;韓軍磊;蘇國勝;肖光春;衣明東
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: F03D5/00
• 分類號: F03D5/00;F03D9/25;F03D80/70;F03D13/20;H02N1/04
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

本發明涉及一種基于納米摩擦發電的圓臺形擺動風力發電裝置，該裝置包括圓臺形風能捕捉部件、圓臺形摩擦發電部件以及軸承部件。其中，所述圓臺形風能捕捉部件隨風晃動，繞軸承部件的旋轉中心點旋轉，并與圓臺形摩擦發電部件發生反復的接觸分離，摩擦發電部件受到底部彈簧約束產生擺動，發生摩擦電荷轉移，從而將風能轉變為電能。本發明所述的圓臺形擺動風力發電裝置與現有風能收集摩擦發電裝置相比，具有安裝方便、體積小、占地面積小、風能利用率高、發電效率高的特點。同時，相比于傳統螺旋槳式風力發電機，本發明所述的發電裝置不會造成野生鳥類傷亡。

技術領域

本發明涉及風能發電領域，具體涉及一種基于納米摩擦發電的圓臺形擺動風力發電裝置。

背景技術

隨著經濟的快速發展，人們對綠色可再生能源的需求越來越大。作為最重要的可再生能源之一以及自然界的綠色能源，風能吸引了越來越多的人關注。它們以可再生、綠色能源等優點被人們廣泛研究利用。風能發電的原理就是將風的動能轉化為風力發電機的機械能，風力發電機再把機械能轉化為電能兩個過程。目前，將機械能轉化為電能的方式主要包括三大類：壓電、電磁感應、靜電。

其中，傳統的風力發電機大都是通過電磁感應發電且是扇葉式，這種風力發電機不僅巨大、笨重、噪音大，而且十分昂貴且維修養護成本很高，最不可忽略的一點是風力渦輪機會對鳥類造成嚴重生命損傷。針對以上情況，來自西班牙的一家公司就制造出了沒有葉片的風力發電機。這款風力發電機沒有扇葉結構，它能像稻草一樣，只要在風中搖擺就能發電。但是它的發電模式仍然是電磁感應的，不適用于低頻環境下的風能，這就導致其發電效率較低。另外，壓電式風能發電系統由于常規壓電材料復雜的化學成分及晶體結構，存在難以實現大功率與小尺寸相結合的缺陷；進一步地，在摩擦式發電機中，包含由兩個極性相反的材料構成的摩擦界面，當摩擦界面受到外力擠壓時則會相互接觸并摩擦，由此接觸帶電引起的表面電荷轉移，從而實現了將機械能轉變成電能的過程。基于這一效應，人們設計了許多基于摩擦發電收集風能的裝置。但是，現有的通過摩擦發電的風能收集裝置均存在結構復雜、體積笨重且成本高、風能收集范圍小，對風能收集的效率很低、發電效率低，容易受到風力較弱以及風向的限制。

發明內容

基于現有風能收集摩擦發電裝置存在的上述缺陷，本發明提供了一種加工和使用成本低、方便制造、占地面積小且能夠高效地利用風能(即使在風量較小的環境中)實現摩擦發電的基于納米摩擦發電的圓臺形擺動風力發電裝置。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種基于納米摩擦發電的圓臺形擺動風力發電裝置，包括圓臺形風能捕捉部件、圓臺形摩擦發電部件以及軸承部件；其中：

所述圓臺形風能捕捉部件以及圓臺形摩擦發電部件均由導電材料制成；

所述圓臺形風能捕捉部件以及圓臺形摩擦發電部件內部均為中空結構，所述圓臺形風能捕捉部件的內表面以及圓臺形摩擦發電部件的外表面分別覆有正極或負極摩擦發電薄膜對；

所述軸承部件包括與土體相連接的底座以及與底座晃動連接的外部套筒，所述外部套筒內部設有支撐組件，所述支撐組件底部與壓縮彈簧相連接；

所述圓臺形風能捕捉部件與軸承部件的外部套筒相連接；所述圓臺形摩擦發電部件設置于所述圓臺形風能捕捉部件的內部，并與所述支撐組件相連接；

所述軸承部件的外部套筒通過彈簧裝置與土體相連接。

進一步地，所述圓臺形風能捕捉部件的底面圓心與圓臺形摩擦發電部件的底面圓心重合；且所述圓臺形風能捕捉部件的底面圓心或圓臺形摩擦發電部件的底面圓心與所述軸承部件的重心位于一條直線上。

進一步地，所述圓臺形風能捕捉部件通過螺紋連接的方式與所述外部套筒相連接；所述支撐組件由柱形連接件和與柱形連接件螺紋配合的調節螺栓構成，所述柱形連接件與壓縮彈簧相固定，所述圓臺形摩擦發電部件與調節螺栓的頂部相連接。