转动式摩擦纳米发电装置及能量转换系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种转动式摩擦纳米发电装置及能量转换系统。该转动式摩擦纳米发电装置包括转动轴组件、电容组件及转动摩擦发电部，转动轴组件能够在外力驱动下绕自身轴向转动；电容组件包括空气可变电容件及与空气可变电容件电性连接的固定电容件，在转动轴组件的带动下空气可变电容件的电容量能够发生变化，空气可变电容件用于为负载供电；转动摩擦发电部包括相向设置的第一摩擦转盘及第二摩擦转盘，在转动轴组件的带动下第一摩擦转盘与第二摩擦转盘能够相对转动而摩擦发电，转动摩擦发电部与电容组件电性连接，转动摩擦发电部用于为电容组件补充电荷损失。本发明专利技术的转动式摩擦纳米发电装置，耐久性高，能够长时间、高频运转。

【技术实现步骤摘要】
转动式摩擦纳米发电装置及能量转换系统
本专利技术涉及摩擦纳米发电
，尤其涉及一种转动式摩擦纳米发电装置及能量转换系统。
技术介绍
不同材料接触后带电的现象被称为摩擦起电，生活中的摩擦起电现象常导致电子器件的损坏及对公共安全造成威胁。近年来，摩擦起电现象作为一种收集机械能的有效途径促成了摩擦纳米发电机的专利技术。基于摩擦起电和静电感应现象，摩擦纳米发电机提供了一种简单、可靠、廉价且有效的机械能收集方式。现已发展出两种操作摩擦纳米发电机的方式：接触-分离式与滑动式。接触-分离式依靠两种不同摩擦电极性的材料间重复的接触分离。滑动式依靠不同摩擦电极性的两接触表面的相对位移。相对于接触-分离模式，滑动模式具有更高的摩擦效率，并且基于转盘结构的滑动式摩擦纳米发电机还具有容易封装的优势。转盘式摩擦纳米发电机的转动速率的增大可驱使电子在两电极间的转移速度加快，因此高频转动时较易产生更大的电流。但由于其工作机制主要依靠平面摩擦，此类器件面临的重要挑战为介质层材料磨损及连续运动产热，这些问题使得器件在长时间、高速度工作时耐久性差，影响器件的能量转换效率，甚至会导致器件失效。因此，提升转盘式摩擦纳米发电机的稳定性是拓展其应用领域的关键。目前的延长转盘式摩擦纳米发电机使用寿命的有效方式是采用更耐磨的介质层，此方式在一定程度上可以延长摩擦纳米发电机的使用寿命，但由于介质层的厚度和介电性能会影响发电机的电荷密度，而电荷密度为衡量摩擦纳米发电机输出性能的关键指标，实质是以牺牲一部分输出为代价延长其使用寿命。还有将滑动摩擦改为滚动摩擦的方式，此方式以滚动代替平动，在一定程度上减小了摩擦，但此结构的体积较大，所需轴向空间较大，在空间不充裕的应用场合有所限制，且对摩擦纳米发电机的输出性能，尤其是能量密度没有提高。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种转动式摩擦纳米发电装置及能量转换系统，以解决转盘式摩擦纳米发电机耐久性差的问题。一方面，本专利技术实施例提出了一种转动式摩擦纳米发电装置，包括转动轴组件、电容组件以及转动摩擦发电部，所述转动轴组件能够在外力驱动下绕自身轴向转动；所述电容组件包括空气可变电容件，及与所述空气可变电容件电性连接的固定电容件，所述空气可变电容件的动力输入轴与所述转动轴组件连接，在所述转动轴组件的带动下，所述空气可变电容件的电容量能够发生变化，所述空气可变电容件用于为负载供电；所述转动摩擦发电部包括相向设置的第一摩擦转盘及第二摩擦转盘，所述第一摩擦转盘与所述转动轴组件连接，在所述转动轴组件的带动下，所述第一摩擦转盘与所述第二摩擦转盘能够相对转动而摩擦发电，所述转动摩擦发电部与所述电容组件电性连接，所述转动摩擦发电部用于为所述电容组件补充电荷损失。根据本专利技术实施例的一个方面，所述空气可变电容件的动力输入轴通过增速齿轮组与所述转动轴组件连接。根据本专利技术实施例的一个方面，所述第一摩擦转盘通过减速齿轮组与所述转动轴组件连接。根据本专利技术实施例的一个方面，所述转动摩擦发电部与所述固定电容件电性连接。根据本专利技术实施例的一个方面，所述转动摩擦发电部通过整流器件与所述固定电容件电性连接。根据本专利技术实施例的一个方面，所述空气可变电容件电性连接有整流器件，所述空气可变电容件经过所述整流器件整流后用于为负载供电。根据本专利技术实施例的一个方面，还包括机体，所述转动轴组件转动连接在机体上，所述转动轴组件的第一端位于所述机体外，所述转动轴组件的第二端延伸至所述机体内，所述第二摩擦转盘固定连接在所述机体内，所述空气可变电容件的外壳固定连接在所述机体内。根据本专利技术实施例的一个方面，所述转动轴组件上设置有能量收集部，所述能量收集部在受到外力时能够驱动所述转动轴组件转动，所述能量收集部包括连接杆及收集叶片，所述收集叶片通过所述连接杆与所述转动轴组件连接。根据本专利技术实施例的一个方面，所述第一摩擦转盘包括层叠设置的摩擦介质层和电极层，所述第二摩擦转盘包括摩擦电极，所述摩擦电极与所述摩擦介质层相向设置，当所述第一摩擦转盘与所述第二摩擦转盘相对转动时，所述摩擦介质层与所述摩擦电极摩擦发电；所述摩擦介质层的材料与所述摩擦电极的材料的带电极性相反，或者，所述摩擦介质层的材料与所述摩擦电极的材料的带电极性相同且存在强弱差别。另一方面，本专利技术实施例提出了一种能量转换系统，包括如前述的转动式摩擦纳米发电装置。本专利技术实施例提供的转动式摩擦纳米发电装置，外力驱动转动轴组件转动，在转动轴组件的带动下，转动摩擦发电部的第一摩擦转盘与第二摩擦转盘相对转动而摩擦发电，同时，空气可变电容件的电容量在零到最大值之间变化，通过空气可变电容件与固定电容件之间的容量变化而驱动电荷在该两个电容件之间来回传输，从而能够对外输出电能，该两个电容件由于漏电流引起的电荷损失由转动摩擦发电部提供补充，装置整体能够收集外界的机械能，并转换为高频电能对外输出，由于能量转换过程是通过空气可变电容件与固定电容件配合实现，且空气可变电容件几乎没有磨损的，转动摩擦发电部仅为上述两个电容件补充电荷损失，所以传递到转动摩擦发电部的转速可适当降低，转动摩擦发电部的转动磨损可被减缓，在收集高频机械能，即转动轴组件高频转动时，装置整体的使用寿命也能有所保障，装置整体的耐久性更强，能够长时间、高频运转，且能量转换效率不受影响，解决了转盘式摩擦纳米发电机耐久性差的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的转动式摩擦纳米发电装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例的转动式摩擦纳米发电装置的能量转换流程图。图3为本专利技术另一实施例的转动式摩擦纳米发电装置的结构示意图。图4为本专利技术实施例的转动式摩擦纳米发电装置的电容组件的工作原理图。附图中：1-转动轴组件，2-空气可变电容件，3-固定电容件，4-负载，5-第一摩擦转盘，6-第二摩擦转盘，7-增速齿轮组，8-减速齿轮组，9-整流器件，10-机体，11-连接杆，12-收集叶片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。请参阅图1及图2，本专利技术实施例的转动式摩擦纳米发电装置，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转动式摩擦纳米发电装置，其特征在于，包括：/n转动轴组件，所述转动轴组件能够在外力驱动下绕自身轴向转动；/n电容组件，所述电容组件包括空气可变电容件，及与所述空气可变电容件电性连接的固定电容件，所述空气可变电容件的动力输入轴与所述转动轴组件连接，在所述转动轴组件的带动下，所述空气可变电容件的电容量能够发生变化，所述空气可变电容件用于为负载供电；以及/n转动摩擦发电部，所述转动摩擦发电部包括相向设置的第一摩擦转盘及第二摩擦转盘，所述第一摩擦转盘与所述转动轴组件连接，在所述转动轴组件的带动下，所述第一摩擦转盘与所述第二摩擦转盘能够相对转动而摩擦发电，所述转动摩擦发电部与所述电容组件电性连接，所述转动摩擦发电部用于为所述电容组件补充电荷损失。/n

【技术特征摘要】
1.一种转动式摩擦纳米发电装置，其特征在于，包括：
转动轴组件，所述转动轴组件能够在外力驱动下绕自身轴向转动；
电容组件，所述电容组件包括空气可变电容件，及与所述空气可变电容件电性连接的固定电容件，所述空气可变电容件的动力输入轴与所述转动轴组件连接，在所述转动轴组件的带动下，所述空气可变电容件的电容量能够发生变化，所述空气可变电容件用于为负载供电；以及
转动摩擦发电部，所述转动摩擦发电部包括相向设置的第一摩擦转盘及第二摩擦转盘，所述第一摩擦转盘与所述转动轴组件连接，在所述转动轴组件的带动下，所述第一摩擦转盘与所述第二摩擦转盘能够相对转动而摩擦发电，所述转动摩擦发电部与所述电容组件电性连接，所述转动摩擦发电部用于为所述电容组件补充电荷损失。


2.根据权利要求1所述的转动式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述空气可变电容件的动力输入轴通过增速齿轮组与所述转动轴组件连接。


3.根据权利要求1或2所述的转动式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一摩擦转盘通过减速齿轮组与所述转动轴组件连接。


4.根据权利要求1所述的转动式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述转动摩擦发电部与所述固定电容件电性连接。


5.根据权利要求4所述的转动式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述转动摩擦发电部通过整流器件与所述固定电容件电性连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，张薇，周灵琳，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