[發明專利]一種基于3D打印的花蕊陣列式摩擦納米發電機

有效

• 申請號: 202111559132.4
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114268238B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 門傳賓;高書燕;劉洋;陳野;王帥通;劉仕哲;劉小楊;李雯
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;F03D9/25;F03B13/00
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種基于3D打印的花蕊陣列型摩擦納米發電機，風力扇葉機構中扇葉固定于中心轉軸的一端，中心轉軸另一端貫穿摩擦發電機構中心軸孔且通過軸承及軸承座固定于摩擦發電機構中的底蓋和端蓋上；摩擦發電機構中外層筒形固定基座內部設有分別與外層筒形固定基座內圈及內層筒形固定基座內圈滑動配合的陣列式花蕊狀旋轉基座，陣列式花蕊狀旋轉基座上與外層筒形固定基座內圈及內層筒形固定基座內圈的滑動配合部分別設有外層第二摩擦單元和內層第二摩擦單元。本發明極大提高了摩擦納米發電機的輸出電流和輸出的穩定性。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電機技術領域，具體涉及一種基于3D打印的花蕊陣列式摩擦納米發電機。

背景技術

隨著經濟社會的進一步發展，能源危機日趨嚴重，能源供給方式和能源結構的不合理導致了當前的發展困境，因此，從長期發展目標和環境角度來看，直接從自然環境獲取電力是未來能源供應的理想選擇。王中林科研團隊在2012年發明一種新型能量收集裝置-摩擦納米發電機（TENG），其發電原理是基于摩擦帶電和靜電感應的耦合。目前已實現包括人體運動、風能、水波能等多種機械能轉換為可用電能，且最高輸出功率高達500W/m²，瞬時轉換效率高達70%。TENG作為一種革命性的發電技術，能夠為環境治理、傳感器以及發光器件等提供能量源，TENG的發展趨勢是可持續性、柔性、高效、低成本以及環保型設計等方向，將用來建立可應用于超靈敏傳感器、微機電裝置、可穿戴電子、環保與新能源技術等方面的自供電系統。

摩擦納米發電機可以實現高壓電信號的高頻脈沖輸出，不需要復雜的功率轉換器，從而大大降低了系統的復雜性和成本。傳統的制造工藝對于幾何結構復雜的模型很難進行加工，需要將模型進行分解分別加工再組裝，而且傳統的制造工藝設備龐大且昂貴，需要較高的技能才能進行操作。3D打印技術是近年來飛速發展的一種增材制造技術，在立體模型的制作上具有很大的優勢，可以加工任意復雜結構的三維模型，并且3D打印技術與產品設計的結合也是未來高端裝備制造業綠色智能化發展的必然趨勢，被認為是第三次工業革命的核心技術之一。利用3D打印技術與摩擦納米發電機結構相結合，使得發電設備在結構設計方面更加快捷且容易操作，同時也降低了制作成本。

但現有摩擦納米發電機大多采用方式單一的簡單結構，結構本身受到外部條件影響巨大，導致輸出頻率低、輸出穩定性差，而且大部分形式的機械能由于結構的局限性不能被有效的利用，在一定程度上限制了摩擦納米發電機的應用發展。

發明內容

為了解決現有技術中摩擦納米發電機結構以及頻率方面的問題，本發明提供了一種基于3D打印的花蕊陣列式摩擦納米發電機，該摩擦納米發電機結構上呈現花蕊狀，能夠在有效的空間內承載更多的摩擦單元，極大地提高了摩擦納米發電機的輸出性能；依托旋轉機構使得具有較高的輸出頻率以及輸出穩定性，且在運動時旋轉扇葉不需要附著電極，從而使得任何自由移動的物體上的機械能都可以不受限制地被收集利用，從而極大地拓寬了摩擦納米發電機的應用范圍。

為了達到上述技術目的本發明采用如下技術方案：一種基于3D打印的花蕊陣列式摩擦納米發電機，其特征在于包括相互連接傳動的風力扇葉機構和摩擦發電機構，風力扇葉機構中扇葉固定于中心轉軸的一端，中心轉軸另一端貫穿摩擦發電機構中心軸孔且通過軸承及軸承座固定于摩擦發電機構中的底蓋和端蓋上；摩擦發電機構中內外套設的內層筒形固定基座和外層筒形固定基座固定于相對設置的底蓋和端蓋之間，外層筒形固定基座內部設有分別與外層筒形固定基座內圈及內層筒形固定基座內圈滑動配合的陣列式花蕊狀旋轉基座，外層筒形固定基座內圈及內層筒形固定基座內圈分別設有外層第一摩擦單元和內層第一摩擦單元，陣列式花蕊狀旋轉基座上與外層筒形固定基座內圈及內層筒形固定基座內圈的滑動配合部分別設有外層第二摩擦單元和內層第二摩擦單元，各外層第一摩擦單元與外層第二摩擦單元以及各內層第一摩擦單元與內層第二摩擦單元分別并聯連接，陣列式花蕊狀旋轉基座內部沿圓周方向均勻固定于滾筒組件上，該滾筒組件與中心轉軸通過鍵連接傳動，外層筒形固定基座固定于支座上。