【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦纳米发电机领域，具体涉及一种用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机。
技术介绍
1、近半个世纪以来，桥梁作为交通领域的重要组成部分，取得了空前的发展。特别是斜拉索桥具有造价合理、结构性能优越等特点，是大跨度桥梁使用较多的桥型之一。斜拉索具有刚度小、阻尼小及质量小的特点，极易在风、雨、通行车辆等各种激励下发生多种类型的振动，长期的振动会影响桥梁结构安全,造成事故的发生和巨大的财产损失。
2、2012年，王中林院士团队首次专利技术了摩擦纳米发电机(teng)，具有垂直接触分离、接触滑移、单电极和独立层四种发电模式。teng在低频下收集能量的效果很好，且具有易制造、成本低、材料选择范围广等优点，广泛应用于风能、海洋能和振动能等的收集。teng在桥梁上也具有广泛的应用。
3、为了抑制斜拉索的振动，通常在斜拉索桥拉索靠近主梁锚固端，安装阻尼器来降低斜拉索的振动。这种方法是将斜拉索的振动能转化为热能消散掉，虽然保护了桥梁安全但却将斜拉索振动的能量浪费掉了。为有效收集斜拉索的振动能量。将振动能转化为电能输出，是一种可行的方法。将振动能量转化为电能输出，可以使用电磁发电技术，但电磁发电技术在低频环境下输出性能较差，且存在着体积较大、成本较高等缺点。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，能够解决斜拉索极易在风、雨、通行车辆等各种激励下发生多种类型的振动的问题，提高桥梁结构的安全性，并进行能量的有效收
2、本专利技术的技术方案如下：
3、用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，包括壳体组件、中心杆、发电单元一与发电单元二，所述壳体组件包括四个纵切式半圆柱形薄壁壳体，每两个壳体对向拼接组成一组圆柱形外壳；所述中心杆的两端分别安装一组圆柱形外壳，发电单元一及发电单元二分别设置在所述中心杆与一组圆柱形外壳之间。
4、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，所述中心杆两端对称设有多个平行的环状凸起。
5、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，沿所述环状凸起的最高处和最低处之间的弧线做切线，所述切线与所述中心杆轴线所成夹角为最大倾角，所述中心杆的最大倾角为53°。
6、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，发电单元一与发电单元二皆包括一个保持架和四个移动块，所述保持架为筒形结构套装在所述中心杆上，所述保持架外侧设有四个周向均布的长方形突起，所述保持架的相邻的两个长方形突起之间设有多排的弧形空隙；所述移动块为弧形结构，所述移动块外壁设有铜电极一，所述移动块内壁设有多排的弧形凸起；相邻的两个长方形突起之间放置一个所述移动块，所述弧形凸起放置在所述弧形空隙中且与所述中心杆的环状凸起接触。
7、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，所述圆柱形外壳内壁设有周向均布的四个长方形凹槽，所述长方形突起插装在所述长方形凹槽中。
8、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，所述圆柱形外壳内壁设有铜电极二，铜电极二呈圆柱面形状。
9、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，铜电极二表面贴有摩擦薄膜，所述摩擦薄膜为聚四氟乙烯薄膜。
10、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，所述移动块的外壁与所述圆柱形外壳的内壁尺寸相配合。
11、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，发电单元一设有弹簧一，弹簧一设置在所述移动块与所述圆柱形外壳之间；发电单元二设有弹簧二，弹簧二设置在所述移动块与所述圆柱形外壳之间。
12、进一步地，所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，弹簧二的刚度大于弹簧一的刚度。
13、上述用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机的工作原理如下：该分级阻尼式摩擦纳米发电机安装在斜拉索桥的桥体与斜拉索之间的位置，一端安装在斜拉索桥的桥体上，另一端安装在斜拉索上，用于捕获斜拉索由于风、雨、交通等激励而产生的振动能量。
14、斜拉索受到风荷载和交通荷载而发生振动；不同刚度的弹簧通过所述移动块对所述中心杆提供不同的正压力，由此导致发电单元一与发电单元二的起滑力不同，从而达到小振幅时仅启动发电单元一，大振幅时发电单元一与发电单元二皆启动。
15、斜拉索在小振幅运动时，因为发电单元一中的弹簧一的刚度小，因此发电单元一工作；发电单元一及其上的圆柱形外壳整体沿所述中心杆的轴向移动，所述中心杆的环状凸起的波浪形轮廓和弹簧一施加在所述移动块上的压力的共同作用会使所述移动块产生径向运动，使所述移动块的铜电极一和圆柱形外壳上的摩擦薄膜接触或分离，产生表面电荷转移并形成电流；发电单元二因为弹簧二的刚度大，因此不发生位移。
16、斜拉索在大振幅运动时，发电单元一先开始工作，到达极限位置后，发电单元一和中心杆整体沿轴向移动，发电单元二开始工作。
17、当所述移动块相对所述中心杆沿所述中心杆轴心线径向移动时，通过所述中心杆使移动块沿垂直于所述中心杆轴线方向振动，俘获振动能量并为斜拉索提供附加阻尼。
18、本专利技术的有益效果为：
19、1、该分级阻尼式摩擦纳米发电机使用不同刚度的弹簧，以改变移动块与中心杆之间的正压力；通过改变正压力控制该分级阻尼式摩擦纳米发电机的发电单元一与发电单元二启动时所需要的外力，从而实现振动能量的分级捕获；弹簧对移动块提供正压力同时对移动块起到复位和支撑作用。
20、2、斜拉索由于风荷载和交通荷载的激励引发振动，该分级阻尼式摩擦纳米发电机通过弹簧提供的起滑力，使得拉动发电单元一与发电单元二需要足够大的轴向拉力，在总体结构中利用中心杆和移动块产生的摩擦力在发电的同时对斜拉索提供了附加阻尼，减小了斜拉索的振动。
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1.用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，包括壳体组件、中心杆、发电单元一与发电单元二，所述壳体组件包括四个纵切式半圆柱形薄壁壳体，每两个壳体对向拼接组成一组圆柱形外壳；所述中心杆的两端分别安装一组圆柱形外壳，发电单元一及发电单元二分别设置在所述中心杆与一组圆柱形外壳之间。
2.根据权利要求1所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述中心杆两端对称设有多个平行的环状凸起。
3.根据权利要求2所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，沿所述环状凸起的最高处和最低处之间的弧线做切线，所述切线与所述中心杆轴线所成夹角为最大倾角，所述中心杆的最大倾角为53°。
4.根据权利要求2所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，发电单元一与发电单元二皆包括一个保持架和四个移动块，所述保持架为筒形结构套装在所述中心杆上，所述保持架外侧设有四个周向均布的长方形突起，所述保持架的相邻的两个长方形突起之间设有多排的弧形空隙；所述移动块为弧形结构，所述移动块外壁设有
5.根据权利要求4所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述圆柱形外壳内壁设有周向均布的四个长方形凹槽，所述长方形突起插装在所述长方形凹槽中。
6.根据权利要求5所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述圆柱形外壳内壁设有铜电极二，铜电极二呈圆柱面形状。
7.根据权利要求6所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，铜电极二表面贴有摩擦薄膜，所述摩擦薄膜为聚四氟乙烯薄膜。
8.根据权利要求6所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述移动块的外壁与所述圆柱形外壳的内壁尺寸相配合。
9.根据权利要求7所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，发电单元一设有弹簧一，弹簧一设置在所述移动块与所述圆柱形外壳之间；发电单元二设有弹簧二，弹簧二设置在所述移动块与所述圆柱形外壳之间。
10.根据权利要求9所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，弹簧二的刚度大于弹簧一的刚度。
...【技术特征摘要】
1.用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，包括壳体组件、中心杆、发电单元一与发电单元二，所述壳体组件包括四个纵切式半圆柱形薄壁壳体，每两个壳体对向拼接组成一组圆柱形外壳；所述中心杆的两端分别安装一组圆柱形外壳，发电单元一及发电单元二分别设置在所述中心杆与一组圆柱形外壳之间。
2.根据权利要求1所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述中心杆两端对称设有多个平行的环状凸起。
3.根据权利要求2所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，沿所述环状凸起的最高处和最低处之间的弧线做切线，所述切线与所述中心杆轴线所成夹角为最大倾角，所述中心杆的最大倾角为53°。
4.根据权利要求2所述的用于捕获斜拉索振动能量的分级阻尼式摩擦纳米发电机，其特征在于，发电单元一与发电单元二皆包括一个保持架和四个移动块，所述保持架为筒形结构套装在所述中心杆上，所述保持架外侧设有四个周向均布的长方形突起，所述保持架的相邻的两个长方形突起之间设有多排的弧形空隙；所述移动块为弧形结构，所述移动块外壁设有铜电极一，所述移动块内壁设有多排的弧形凸起；相邻的两个长方形突起之间放置一个所述移动...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟丽霞，李超，张涛，王封懿，孟健，何鹏飞，毕祥壮，郭希琳，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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