[发明专利]一种利用风能的摩擦静电发电机

说明书

技术领域

本发明涉及能源领域，特指一种利用风能作为动力的摩擦静电发电机。

背景技术

能源问题是影响人类进步和可持续发展的重大问题之一，各种围绕新能源开发、可再生能源重复利用的研究正在世界各地如火如荼的进行；而风能作为清洁的可再生能源，它取之不尽，用之不竭；另外，风力发电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施；本发明所涉及利用风能作为动力的静电发动机正好承接了以上理念；自2006年王中林院士研发组首次实现纳米发电机收集机械能以来，以压电和摩擦电效应为基础的机械能收集技术深受科学界广泛关注，并在微电元件中得到应用；在现有的风力发电技术中，大多采用电磁转换技术，成本高、设备复杂；申请号为201310507488.2的中国专利申请公开了一种输出恒定的旋转式直流摩擦发电机，通过摩擦件之间摩擦滑动，产生电荷并通过导电部件作为换向器，实现恒定的直流输出，但该旋转式直流发电机为平面结构，且必须预留一定的旋转空间作为接触部件接触使用，降低了发电效率，同时密封性和可携带性差；申请号为201310482286.7的中国发明专利申请公开了一种直流摩擦电发电机，利用3种具有不同摩擦电性质的材料不断接触和分离，如聚四氟乙烯、聚甲醛和铝，从而实现在其中2种不同摩擦电材料上聚集不同的电荷，构建出直流摩擦发电机，但是该旋转摩擦发电机选择材料具有局限性和复杂性，结构体积较大，电子流动通过放电现象实现，无法得到推广。申请号为201510034568.X的中国发明专利申请公开了一种直流摩擦电的发电装置，利用转子摩擦件与定子摩擦件的紧密接触摩擦，产生电流进行摩擦发电。但该摩擦电发电装置同轴度配合要求严苛，且两摩擦件之间产生摩擦磨损严重，磨损过程中由于难以达到配合要求，而导致装置无法正常运行，严重降低了装置的使用寿命。

而本专利是以该新颖的原理和方法为基础的新型发电机，整个器件的制造工艺不需要昂贵的原材料和先进的制造设备，这将有利于大规模工业生产和实际应用，而且整个器件以柔性聚合物膜为基本材料，易加工，器件的使用寿命长，并且易于和其它加工工艺集成；另外本专利借鉴风力发电装置的原理，通过风叶带动转轴转动，转轴带动聚合物转子与金属电极发生滑动接触进而输出电能，本发明可进一步拓展静电的应用方式。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提出一种具有微纳结构的薄膜与金属薄片在风能的推动下进行摩擦生电的发动机，用以解决现有技术中存在的风力发电技术成本高、设备复杂以及输出功率低的技术问题。从而实现以简单的工艺制备风能摩擦发电机。

本发明相较于申请号为201510034568.X的技术特征在于两摩擦件之间采用柔性接触方式，极大地降低了摩擦件之间的摩擦磨损，且在制造过程中对摩擦件之间的同轴度要求不高，降低了制造成本。另外，本发明不完全依赖于电刷的转换，输出电能的稳定性及装置运行过程中的稳定性得到了良好的改善。其次，本发明的摩擦件可以进行适时添加与减少，装置的电输出不完全依赖于驱动力的大小，且摩擦件损坏后，可以及时更换处理，极大地提高了装置的使用寿命。

一种利用风能的摩擦静电发电机，其特征在于：所述摩擦静电发电机包括若干正负极结构、绝缘转盘、绝缘圆筒外壳、空心连接轴、电极部件及外引导线；所述绝缘转盘置于绝缘圆筒外壳内，且绝缘转盘与绝缘圆筒外壳保持同心同轴；所述空心连接轴作为绝缘转盘的动力部件，安装于绝缘转盘内，带动绝缘转盘转动；所述正负极结构由摩擦电极、弹簧夹头两部分组成，弹簧夹头采用楔形夹紧的方式将摩擦电极的圆柱形一端夹紧于弹簧夹头的弹簧套一端；所述正负极结构分为同等数量的两部分，一部分均布在绝缘圆筒外壳的内壁上；同等数量的另一部分均布在绝缘转盘的外壁上；其中，绝缘转盘转动时上述两部分正负极结构作相对运动，每转过一定的角度，上述两部分正负极结构便产生相互摩擦接触；所述电极部件固定于弹簧夹头上，利用外引导线将弹簧夹头上各个电极部件连接；其中与所述绝缘转盘相连接的弹簧夹头，该弹簧夹头上的电极部件通过外引导线以串联方式连接，之后缠绕于绝缘转盘外壁的凹槽内，形成第一电极并导出；与所述绝缘圆筒外壳连接的弹簧夹头，该弹簧夹头上的电极部件同样通过外引导线以串联方式连接，之后缠绕于绝缘圆筒外壳内壁的凹槽内，形成第二电极并导出。