一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机制造技术

本发明专利技术基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机包括底座、定子、转子、转轴、旋翼，所述定子由基板、电极和纸张组成，固定安装于底座上，所述转轴可转动地安装在底座上，所述定子穿过转轴，所述旋翼套装在转轴上，固定连接在转子顶部，旋翼旋转产生拉力带动转子轴向滑动，转子套装在转轴上，与定子轴向间隔设置，转轴可带动转子同轴转动，与转子固定连接的旋翼旋转产生的拉力使转子沿着转轴轴向滑动，当转子向上滑动时，转子与定子分离，当转子向下滑动时，转子与定子接触，实现发电机接触模式与分离模式自动切换。本发明专利技术的优点是可以自动调节其工作模式，在转速较高时工作在非接触模式，避免产生材料磨损，解决了高转速下的磨损问题，高耐久性高压摩擦纳米发电机的耐久性得以增强，基于空气动力学的自动模式转换策略提高了高耐久性高压摩擦纳米发电机的电荷输出稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机


[0001]本专利技术属于纳米发电机
，具体涉及高耐久性高压摩擦纳米发电机。

技术介绍

[0002]电子器件和智能设备的运行都意味着能量的消耗，摩擦纳米发电机能够有效的从自然环境中收集机械能并将其转化为电能，具有可选材料广、柔性、成本低等优点。摩擦纳米发电机天然具有高电压、低电流的输出特性，在外接电极间容易产生高压静电场，在特定场景下是一种理想的高压电源。
[0003]摩擦纳米主要有四种工作模式：垂直接触—分离式、水平滑移式、单电极模式、独立层模式。
[0004]旋转独立层式摩擦纳米发电机结构制备简单、成本低廉且性能优异，可以收集滑动和转动的能量。
[0005]Long Lin等人设计出了具有分段结构，基于水平滑动摩擦的圆盘式摩擦纳米发电机，该器件由两个具有圆盘形状的且各有四个扇区的组件构成，虽然在相对旋转的接触平面内的电荷分离实现了外部负载中电子的运动，但对于输出性能，尤其是稳定性等方面还需要进一步加强，因为旋转摩擦电层和静止摩擦电层都需要沉积金属电极并与电导线连接，所以旋旋转部分操作十分不便。
[0006]Long Lin等人设计出了一种新型非接触独立旋转轮盘状摩擦纳米发电机，静止的轮盘状基底上分别镀上两组电极，在另一个旋转轮盘上做层独立层，因此不需要在旋转的部位进行电极沉积或连接导线。同时归功于电介质FEP膜表面的电荷可以保存若干天这种特殊性质，该器件可以在没有摩擦的条件下连续工作，降低了材料摩擦带来的损耗。
[0007]然而，现有的旋转独立层式摩擦纳米发电机在应用上还面临一些问题：第一，若使摩擦材料始终处于接触的状态，在长时间的高频率运转下，材料的机械磨损会导致摩擦纳米发电机的耐久性和输出性能下降；第二，若使摩擦材料先接触起电再处于分离状态，随着长时间的运转，摩擦材料表面的电荷会逐渐消散，导致摩擦纳米发电机输出性能下降。
[0008]因此，亟需开发一种综合性能优异、制备工艺简单、制造成本低、高耐久性的摩擦纳米发电机。

技术实现思路

[0009]针对现有的旋转独立层式摩擦纳米发电机在应用上还面临一些问题，提供了一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机。
[0010]一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机，包括：
[0011]底座；
[0012]定子，定子由基板、电极和纸张组成，固定安装于底座上；
[0013]转轴，可转动地安装在底座上，所述定子穿过转轴；
[0014]旋翼，旋翼套装在转轴上，固定连接在转子顶部，旋翼
[0015]旋转产生拉力带动转子轴向滑动；
[0016]转子，套装在转轴上，与定子轴向间隔设置，转轴可带动转子同轴转动，与转子固定连接的旋翼旋转产生的拉力使转子沿着转轴轴向滑动，当转子向上滑动而使转子与定子分离，当转子向下滑动时，转子与定子接触，实现发电机接触模式与分离模式自动切换。
[0017]其中，所述一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机所述转子包括旋翼、轴套以及转子盘，通过连接件将轴套、转子盘与旋翼固定连接为一个整体，可以同时在转轴上旋转或者轴向滑动。
[0018]其中，所述一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机所述轴套为套筒类零件，套装于转轴上，可与转轴同轴旋转且可以在转轴上轴向滑动，转轴旋转带动轴套旋转，以带动整个转子旋转。
[0019]其中，所述一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机转轴的旋转是由驱动轮驱动。
[0020]其中，所述一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机转轴为滚珠花键轴，所述轴套为花键螺母。
[0021]其中，所述一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机转子下方设置有穿过转轴的弹簧，弹簧上端紧靠转子，用于降低摩擦纳米发电机模式转换的速度阀值。
[0022]其中，所述一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机底座上安装有轴承，轴承与转轴同轴且转轴穿过轴承，用于支撑转轴，降低其转动的阻力。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1.自动调节其工作模式，在转速较高时工作在非接触模式，避免产生材料磨损，解决了高转速下的磨损问题，高耐久性高压摩擦纳米发电机的耐久性得以增强；
[0025]2.基于空气动力学的自动模式转换策略提高了高耐久性高压摩擦纳米发电机的电荷输出稳定性。
附图说明
[0026]图1为基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0027]图2为基于空气动力学的自动模式转换机理图；
[0028]图3为摩擦纳米发电机的工作原理图；
[0029]图4为本摩擦纳米发电机在不同转速下的转移电荷量和分离距离测试结果图
[0030]图5为本摩擦纳米发电机在周期性信号驱动下电荷输出结果图；
[0031]图6为在连续运转48h后，自动切换模式、分离模式、接触模式的摩擦纳米发电机耐久性对比及聚氯乙烯薄膜表面光学图；
[0032]图7为摩擦纳米发电机驱动商用温度计和LED灯珠的测试照片。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部。
[0034]参见图1
‑
图7，本实施例提供一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机。
[0035]基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机的三维结构如图1所示，底座7、定子2和转子1组成。
[0036]如图1所示，底座由三个相互平行设置的亚克力圆盘7组成，三个亚克力圆盘7轴心处开设通孔，三个亚克力圆盘7通过多个螺杆螺栓固定在一起。
[0037]转轴8可转动地安装在底座上，转轴8与底座、转子1和定子2同轴且贯穿定子2和转子1。
[0038]定子2固定设置于底座上，定子2基板为圆盘形状，中心线处开设有通孔。
[0039]作为优选方案，定子2由基板、12栅极电极和纸张组成，基板材料优选为FR
‑
4板，基板表面沉积一层铜电极，电极表面被一层纸张完全覆盖，其中纸张作为正摩擦材料。
[0040]转子1包括旋翼11、连接件12、轴套13以及转子盘14。
[0041]其中，轴套13套装在转轴8上，并且与转轴8键连接，既可以与转轴8同轴转动，又可以沿着转轴8轴向滑动。
[0042]连接件12为套筒类零件，其套装在转轴8上，并与轴套13的上端固定连接。
[0043]转轴8的上端有凸起，防止轴套13从转轴8上滑出，起到限位的作用。
[0044]旋翼11套装在转轴8上，并与连接件12的上端固定连接。
[0045]转子盘14为圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：底座(7)；定子(2)，定子2由基板、电极和纸张组成，固定安装于底座(7)上；转轴(8)，可转动地安装在底座(7)上，所述定子(2)穿过转轴(8)；旋翼(11)，旋翼(11)套装在转轴(8)上，固定连接在转子(1)顶部，旋翼(11)旋转产生拉力带动转子(1)轴向滑动；转子(1)，套装在转轴(8)上，与定子(2)轴向间隔设置，转轴(8)可带动转子(1)同轴转动，与转子(1)固定连接的旋翼(11)旋转产生的拉力使转子(1)沿着转轴(8)轴向滑动，当转子(1)向上滑动而使转子(1)与定子(2)分离，当转子(1)向下滑动时，转子(1)与定子(2)接触，实现发电机接触模式与分离模式自动切换。2.如权利要求1所述的一种基于空气动力学的高耐久性高压摩擦纳米发电机，其特征在于所述转子(1)包括旋翼(11)、轴套(13)以及转子盘(14)，通过连接件将轴套(13)、转子盘(14)与旋翼(11)固定连接为一个整体，可以同时在转轴(8)上旋转或者轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：石运序，刘源，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：