旋转式纳米发电机及供电器件制造技术

一种旋转式纳米发电机及供电器件，发电机包括：同轴设置的泵浦发电机单元和至少一个主发电机单元，以及处理电路。泵浦发电机单元包括：相对设置的泵浦发电机转子和泵浦发电机定子，其中一个设置有摩擦起电层，另一个设置有泵浦电极对。主发电机单元包括：相对设置且具有间隔的主发电机转子和主发电机定子，一个设置有存储电极对，另一个设置有输出电极对；一介电层，设置于存储电极对和输出电极对之间。处理电路用于进行整流和稳压，连接于泵浦电极对和存储电极对之间。泵浦发电机定子与主发电机定子之间固定，泵浦发电机转子和主发电机转子在外界激励下绕着轴发生旋转运动。主发电机单元的电荷密度不依赖于摩擦或接触，且不受空气击穿的约束。

Rotating nano generator and power supply device

【技术实现步骤摘要】
旋转式纳米发电机及供电器件
本公开属于纳米新能源及机械能收集
，涉及一种旋转式纳米发电机及供电器件。
技术介绍
摩擦纳米发电技术的基本原理是利用摩擦或接触在两个表面生成静电荷，其中发生接触或接触的两个表面至少一个为绝缘材料的表面，当接触表面分离时，静电荷的分离产生电势差，从而在感应电极中驱动自由电荷定向移动，实现对环境中机械能的收集，并将机械能转化为电能。摩擦纳米发电技术尤其适用于收集低频运动的机械能，具有结构简单、成本低、材料选择丰富等优势。表面电荷密度是影响摩擦纳米发电机的输出功率密度的重要因素。摩擦纳米发电机中的表面静电荷由两表面摩擦或接触产生，一般通过剧烈摩擦或接触才易于产生高的电荷密度，但这种情况下表面容易产生较大的发热和磨损，影响器件寿命，同时，电荷密度还受到空气击穿等约束，这些因素制约了表面电荷密度及输出功率密度的进一步提升。因此，有必要提出一种具有高的输出功率密度的纳米发电机，且该纳米发电机的电荷密度不再主要依赖于摩擦或接触而产生、且不受空气击穿等的约束。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种旋转式纳米发电机及供电器件，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种旋转式纳米发电机，包括：同轴设置的泵浦发电机单元和至少一个主发电机单元，以及处理电路；其中，泵浦发电机单元，包括：相对设置的泵浦发电机转子和泵浦发电机定子，所述泵浦发电机转子和所述泵浦发电机定子中的一个设置有摩擦起电层，另一个设置有泵浦电极对；所述主发电机单元包括：相对设置且具有间隔的主发电机转子和主发电机定子，所述主发电机转子和主发电机定子中的一个设置有存储电极对，另一个设置有输出电极对；一介电层，设置于存储电极对和输出电极对之间；所述处理电路用于进行整流和稳压，连接于所述泵浦电极对和所述存储电极对之间；所述泵浦发电机定子与所述主发电机定子之间固定，所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子在外界激励下绕着轴发生旋转运动。在本公开的一实施例中，该旋转式纳米发电机还包括轴向连接结构，该轴向连接结构包括：连接杆；所述泵浦发电机转子上设置有第二转子轴孔，该第二转子轴孔的尺寸与连接杆的尺寸匹配；所述泵浦发电机定子上设置有第一定子中心孔；所述主发电机转子上设置有第三转子轴孔，该第三转子轴孔的尺寸与连接杆的尺寸匹配；所述主发电机定子上设置有第二定子中心孔；其中，所述连接杆贯穿所述第二转子轴孔、第一定子中心孔、第三转子轴孔和第二定子中心孔，当该轴向连接结构受到外界激励沿着轴向发生旋转时，经由所述第二转子轴孔与所述第三转子轴孔带动所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子进行同步旋转。在本公开的一实施例中，轴向连接结构还包括：第一半轴、第二半轴、第一轴承以及第二轴承，其中，所述第一半轴和所述第二半轴分别设置于所述泵浦发电机单元与所述至少一个主发电机单元相背离的两侧；所述第一半轴和所述第二半轴上设置有第一转子轴孔，所述连接杆贯穿所述第一转子轴孔；所述第一轴承卡接于所述第一半轴的轴肩上，所述第二轴承卡接于所述第二半轴的轴肩上。在本公开的一实施例中，旋转式纳米发电机还包括：定子垫片，所述定子垫片为圆环状结构，所述定子垫片分别设置于泵浦发电机转子和主发电机转子的外围；其中，所述定子垫片的内径大于所述泵浦发电机转子的外径，所述定子垫片的内径大于所述主发电机转子的外径。在本公开的一实施例中，所述泵浦发电机定子、所述主发电机定子和所述定子垫片之间通过固定件实现固定。在本公开的一实施例中，旋转式纳米发电机还包括：转子垫片，所述转子垫片上设置有供所述连接杆贯穿的垫片轴孔。其中，所述转子垫片位于所述第一定子中心孔内，所述转子垫片的外径小于第一定子中心孔的内径，所述转子垫片的厚度大于泵浦发电机定子的厚度；或者，所述转子垫片位于所述第二定子中心孔内，所述转子垫片的外径小于第二定子中心孔的内径，所述转子垫片的厚度大于主发电机定子的厚度；或者，在相邻的泵浦发电机单元与主发电机单元中，泵浦发电机转子与主发电机转子相邻，所述转子垫片设置于相邻的泵浦发电机转子和主发电机转子之间。在本公开的一实施例中，所述处理电路包括：整流桥、稳压管以及用于电路连接的导线，所述导线包括：第一导线，连接于整流桥的交流输入端和泵浦电极对之间；以及第二导线，连接于整流桥的直流输出端和存储电极对之间；所述稳压管并联于整流桥的直流输出端之间；其中，第二转子轴孔和第三转子轴孔为多个，除去被连接杆贯穿的部分第二转子轴孔和部分第三转子轴孔之外，剩下的第二转子轴孔和第三转子轴孔用于所述导线的限位，使得所述处理电路随着泵浦发电机转子和主发电机转子同步转动或者使得所述处理电路固定于泵浦发电机定子和主发电机定子之间。在本公开的一实施例中，所述泵浦发电机单元中泵浦发电机转子和泵浦发电机定子的排列顺序与所述主发电机单元中的主发电机转子和主发电机定子的排列顺序一致或相反。在本公开的一实施例中，旋转式纳米发电机还包括：第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述泵浦发电机单元与所述至少一个主发电机单元相背离的两侧。在本公开的一实施例中，泵浦电极对、存储电极对和输出电极对中的电极呈扇形分布或插指形分布；和/或，泵浦电极对、存储电极对和输出电极对中电极的材料包括以下导电材料的一种或几种：金属材料、导电碳材料或ITO；和/或，泵浦电极对、存储电极对和输出电极对中电极的厚度为50nm～50μm；摩擦起电层和介电层为以下绝缘材料的一种或其复合材料：聚合物、无机氧化物；和/或，摩擦起电层和介电层的厚度为0.5μm～50μm。在本公开的一实施例中，相邻的两个主发电机单元共用相邻的主发电机定子/主发电机转子，在该共用的主发电机定子/主发电机转子的两侧分别设置有电极，其中，一侧电极为存储电极对，另一侧电极为输出电极对；或者，两侧的电极均为存储电极对/输出电极对。根据本公开的第二个方面，提供了一种供电器件，包括上述任一种旋转式纳米发电机。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的旋转式纳米发电机及供电器件，具有以下有益效果：(1)利用同轴旋转的机械能可以实现泵浦发电机单元的机械能-电能转换以及同时将泵浦发电机单元产生的电能经过整流和稳压后定向供应给至少一个主发电机单元的存储电极对，如此在该存储电极对上可以具有持续定向的高密度电荷供应，在主发电机单元中无需进行接触或摩擦过程便可以通过静电感应的方式实现高功率发电。从而使得主发电机单元的电荷密度不依赖于摩擦或接触，且不受空气击穿的约束，极大地提升了该纳米发电机的输出功率，具有结构紧凑且输出功率较高的优点。(2)更进一步，通过利用连接杆分别贯穿泵浦发电机转子和主发电机转子上的第二转子轴孔、第三转子轴孔，使得泵浦发电机转子和主发电机转子成为连接为整体的转子结构，在外界激励作用下泵浦发电机转子和主发电机转子可以进行同步旋转，同时泵浦发电机定子和主发电机定子之间固定，不干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转式纳米发电机，其特征在于，包括：同轴设置的泵浦发电机单元和至少一个主发电机单元，以及处理电路；/n其中，泵浦发电机单元，包括：相对设置的泵浦发电机转子和泵浦发电机定子，所述泵浦发电机转子和所述泵浦发电机定子中的一个设置有摩擦起电层，另一个设置有泵浦电极对；/n所述主发电机单元包括：相对设置且具有间隔的主发电机转子和主发电机定子，所述主发电机转子和主发电机定子中的一个设置有存储电极对，另一个设置有输出电极对；一介电层，设置于存储电极对和输出电极对之间；/n所述处理电路用于进行整流和稳压，连接于所述泵浦电极对和所述存储电极对之间；/n所述泵浦发电机定子与所述主发电机定子之间固定，所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子在外界激励下绕着轴发生旋转运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种旋转式纳米发电机，其特征在于，包括：同轴设置的泵浦发电机单元和至少一个主发电机单元，以及处理电路；
其中，泵浦发电机单元，包括：相对设置的泵浦发电机转子和泵浦发电机定子，所述泵浦发电机转子和所述泵浦发电机定子中的一个设置有摩擦起电层，另一个设置有泵浦电极对；
所述主发电机单元包括：相对设置且具有间隔的主发电机转子和主发电机定子，所述主发电机转子和主发电机定子中的一个设置有存储电极对，另一个设置有输出电极对；一介电层，设置于存储电极对和输出电极对之间；
所述处理电路用于进行整流和稳压，连接于所述泵浦电极对和所述存储电极对之间；
所述泵浦发电机定子与所述主发电机定子之间固定，所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子在外界激励下绕着轴发生旋转运动。


2.根据权利要求1所述的旋转式纳米发电机，其特征在于，还包括轴向连接结构，该轴向连接结构包括：连接杆；
所述泵浦发电机转子上设置有第二转子轴孔，该第二转子轴孔的尺寸与连接杆的尺寸匹配；所述泵浦发电机定子上设置有第一定子中心孔；
所述主发电机转子上设置有第三转子轴孔，该第三转子轴孔的尺寸与连接杆的尺寸匹配；所述主发电机定子上设置有第二定子中心孔；
其中，所述连接杆贯穿所述第二转子轴孔、第一定子中心孔、第三转子轴孔和第二定子中心孔，当该轴向连接结构受到外界激励沿着轴向发生旋转时，经由所述第二转子轴孔与所述第三转子轴孔带动所述泵浦发电机转子和所述主发电机转子进行同步旋转。


3.根据权利要求2所述的旋转式纳米发电机，其特征在于，所述轴向连接结构还包括：第一半轴、第二半轴、第一轴承以及第二轴承，
其中，所述第一半轴和所述第二半轴分别设置于所述泵浦发电机单元与所述至少一个主发电机单元相背离的两侧；所述第一半轴和所述第二半轴上设置有第一转子轴孔，所述连接杆贯穿所述第一转子轴孔；
所述第一轴承卡接于所述第一半轴的轴肩上，所述第二轴承卡接于所述第二半轴的轴肩上。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的旋转式纳米发电机，其特征在于，还包括：定子垫片，所述定子垫片为圆环状结构，所述定子垫片分别设置于泵浦发电机转子和主发电机转子的外围；
其中，所述定子垫片的内径大于所述泵浦发电机转子的外径，所述定子垫片的内径大于所述主发电机转子的外径；
可选的，所述泵浦发电机定子、所述主发电机定子和所述定子垫片之间通过固定件实现固定。


5.根据权利要求2或3所述的旋转式纳米发电机，其特征在于，还包括：转子垫片，所述转子垫片上设置有供所述连接杆贯穿的垫片轴孔；
其中，所述转子垫片位于所述第一定子中心孔内，所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：许亮，林世权，白钰，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11