摩擦纳米发电机、传感系统和传感方法技术方案

本发明专利技术公开了一种摩擦纳米发电机、传感系统和传感方法，摩擦纳米发电机包括转子组件、定子组件、转轴和叶轮组件，转子组件通过转轴与定子组件相对转动；定子组件包括支撑座和第一摩擦层；转子组件包括转盘、双程形状记忆合金和第二摩擦层，转盘与叶轮组件固定连接，第二摩擦层和第一摩擦层相对设置；双程形状记忆合金处于不同温度时会分别处于第一状态和第二状态，其处于第一状态和第二状态时，第一摩擦层和第二摩擦层的摩擦面积不相同；叶轮组件转动带动转盘绕转轴旋转，转盘转动带动双程形状记忆合金和第二摩擦层旋转，第二摩擦层旋转与第一摩擦层通过摩擦产生电荷。本发明专利技术的摩擦纳米发电机能够同时监测风速和风温。纳米发电机能够同时监测风速和风温。纳米发电机能够同时监测风速和风温。

【技术实现步骤摘要】
摩擦纳米发电机、传感系统和传感方法


[0001]本专利技术涉及发电机
，更具体地，涉及一种摩擦纳米发电机、传感系统和传感方法。

技术介绍

[0002]随着电力物联网技术的发展，大量的微纳传感器被广泛应用于设备的在线监测领域。对微纳传感器进行稳定、可靠的持续供电，是保证其正常工作的前提。当前微纳传感器的供能方式主要为电池供电方式，而电池供电方式则存在电池使用寿命有限、需定期更换以及环境污染的不足。由于微纳传感器工作功率为微瓦/毫瓦量级，环境中广泛存在的机械能成为其可能的能量来源。
[0003]基于摩擦起电和静电感应耦合效应的摩擦纳米发电机能够将机械能转化为电能，为微能量收集及转化提供了新的思路。
[0004]在变压器系统中，需要对变压器的工作温度进行实时监测，避免变压器过热产生安全风险，如何设置一种自供电的传感系统，对电力行业至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够同时监测风速和风温的摩擦纳米发电机、传感系统和传感方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种摩擦纳米发电机，包括转子组件、定子组件、转轴和叶轮组件，所述转子组件和所述定子组件分别与所述转轴相连接，所述转子组件通过所述转轴与所述定子组件相对转动；所述定子组件包括支撑座和设置于所述支撑座上的第一摩擦层；所述转子组件包括转盘、与所述转盘相连接的双程形状记忆合金和层叠于所述双程形状记忆合金上的第二摩擦层，所述转盘与所述叶轮组件固定连接，所述第二摩擦层和所述第一摩擦层相对设置；所述双程形状记忆合金包括第一状态和第二状态，所述双程形状记忆合金处于不同温度时会分别处于所述第一状态和所述第二状态；所述双程形状记忆合金处于所述第一状态和所述第二状态时，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的摩擦面积不相同；所述叶轮组件转动带动所述转盘绕所述转轴旋转，所述转盘转动带动所述双程形状记忆合金和所述第二摩擦层旋转，所述第二摩擦层旋转与所述第一摩擦层通过摩擦产生电荷。
[0008]本专利技术还提供了一种传感系统，包括如上述的摩擦纳米发电机和传感器；所述传感器与所述第二摩擦层电连接；所述传感器用于监测所述第二摩擦层产生的电荷，并根据所述电荷监测风速和/或风温。
[0009]本专利技术还提供了一种如上述的传感系统的传感方法，包括：测定所述摩擦纳米发电机产生的电荷的频率与风速的第一关系曲线；测定所述摩擦纳米发电机产生的电荷的电量与风温的第二关系曲线；将所述摩擦纳米发电机产生的电荷的实时频率与所述第一关系曲线进行比较，获得实时风速信息；将所述摩擦纳米发电机产生的电荷的实时电量与所述
第二关系曲线进行比较，获得实时风温信息。
[0010]实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：
[0011]本专利技术实施例利用双程形状记忆合金处于不同温度时会分别处于第一状态和第二状态，在第一状态时的第一摩擦层和第二摩擦层的摩擦面积和第二状态时第一摩擦层和第二摩擦层的摩擦面积不同，摩擦面积的不同导致通过摩擦产生的电荷量不同，从而可以通过分析摩擦纳米发电机的输出电量监测风温。还利用不同的风速使得叶轮组件绕转轴旋转的速度不同，从而叶轮组件旋转所带动第二摩擦层旋转的速度也不同，导致第二摩擦层旋转与第一摩擦层通过摩擦产生电荷的频率不同，从而可以通过分析摩擦纳米发电机的输出电信号的频率监测风速。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。
[0013]其中：
[0014]图1a是本专利技术一具体实施例的摩擦纳米发电机的整体结构示意图。
[0015]图1b是本专利技术一具体实施例的双程形状记忆合金的第一状态和第二状态互转的结构示意图。
[0016]图2是本专利技术一具体实施例的摩擦纳米发电机的等效结构图。
[0017]图3是本专利技术一具体实施例的传感系统的工作原理图。
[0018]图4是本专利技术的实施例1和对比例1
‑
3的所制备的摩擦纳米发电机在不同温度的热气流(6m
·
s
‑1)下产生的电压有效值对比图。
[0019]图5是本专利技术的实施例3的摩擦纳米发电机产生的电荷的实时频率与风速的关系曲线。
[0020]图6是本专利技术的实施例4的摩擦纳米发电机产生的电荷的实时电量与风温的关系曲线。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]请参照图1a
‑
1b，图1a是本专利技术一具体实施例的摩擦纳米发电机的整体结构示意图，图1b是本专利技术一具体实施例的双程形状记忆合金的第一状态和第二状态互转的结构示意图。一种摩擦纳米发电机10包括转子组件11、定子组件12、转轴13和叶轮组件14，转子组件11和定子组件12分别与转轴13相连接，转子组件11通过转轴13与定子组件12相对转动。如图1a，定子组件12包括支撑座121和设置于支撑座121上的第一摩擦层122。转子组件11包括转盘111、与转盘111相连接的双程形状记忆合金112和层叠于双程形状记忆合金112上的
第二摩擦层113。转盘111与叶轮组件14固定连接。第二摩擦层113和第一摩擦层122相对设置。
[0023]在一具体实施例中，摩擦纳米发电机10包括定子组件12和叠放在定子组件12上的转子组件11，定子组件12包括支撑座121和覆盖于支撑座上的第一摩擦层122，转子组件11包括转盘111、设置于转盘111的周向并且沿转盘111的径向延伸的双程形状记忆合金112、设置于双程形状记忆合金112的相对第一摩擦层122的一侧表面的第二摩擦层113。转子组件11和定子组件12与转轴13固定连接，转子组件11与叶轮组件14固定连接，风力驱动叶轮组件14转动，叶轮组件14转动带动转盘111绕转轴13作圆周运动，并由转盘111带动双程形状记忆合金112和第二摩擦层113旋转以实现转子组件11沿圆周方向转动，第二摩擦层113旋转与第一摩擦层122通过摩擦产生电荷。
[0024]在一具体实施例中，转子组件11和定子组件12通过3D打印技术得到。
[0025]在一具体实施例中，双程形状记忆合金112为圆环结构，双程形状记忆合金112的内径为4cm～4.5cm，双程形状记忆合金112的外径为6cm～6.5cm，双程形状记忆合金112的夹角为45
°
～50
°
。
[0026]需要理解的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括转子组件、定子组件、转轴和叶轮组件，所述转子组件和所述定子组件分别与所述转轴相连接，所述转子组件通过所述转轴与所述定子组件相对转动；所述定子组件包括支撑座和设置于所述支撑座上的第一摩擦层；所述转子组件包括转盘、与所述转盘相连接的双程形状记忆合金和层叠于所述双程形状记忆合金上的第二摩擦层，所述转盘与所述叶轮组件固定连接，所述第二摩擦层和所述第一摩擦层相对设置；所述双程形状记忆合金包括第一状态和第二状态，所述双程形状记忆合金处于不同温度时会分别处于所述第一状态和所述第二状态；所述双程形状记忆合金处于所述第一状态和所述第二状态时，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的摩擦面积不相同；所述叶轮组件转动带动所述转盘绕所述转轴旋转，所述转盘转动带动所述双程形状记忆合金和所述第二摩擦层旋转，所述第二摩擦层旋转与所述第一摩擦层通过摩擦产生电荷。2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述双程形状记忆合金处于所述第一状态的形状为弧状；所述双程形状记忆合金处于所述第二状态的形状为片状。3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述双程形状记忆合金处于所述第一状态时的所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的摩擦面积小于所述双程形状记忆合金处于所述第二状态时的所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的摩擦面积。4.根据权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述双程形状记忆合金相变温度为50℃～200℃。5.根据权利要求4所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述双程形状记忆合金为NiTi双程形状记忆合金。6.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦层为PI薄膜；所述PI薄膜的厚度为50μm～55μm；所述第二摩擦层为兔皮；所述支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭向宇，杨明昆，邱鹏锋，彭兆裕，纳智敏，李祎，李滔，洪志湖，和晓辉，杨坤，闵青云，胡广富，严敬义，孙灏若，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：