混合式發(fā)電的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種混合式發(fā)電機(jī)。該混合式發(fā)電機(jī)將兩種不同機(jī)理的發(fā)電機(jī)集成在一起，通過(guò)同一個(gè)公共旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)線(xiàn)圈和摩擦層旋轉(zhuǎn)，可分別作為電壓源和電流源實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的電輸出。此外，該混合式發(fā)電機(jī)中的摩擦發(fā)電機(jī)與電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分具有串并聯(lián)混合等多種工作模式，在電路中既可作為電壓源使用，也可作為電流源使用，具有廣泛的用途和良好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】混合式發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種混合式發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]2006年，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的王中林研究組首次提出了納米發(fā)電機(jī)的理念，開(kāi)辟了能源轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的一個(gè)新的范疇。此后，各種類(lèi)型的納米發(fā)電機(jī)不斷被研制出來(lái)，研究勢(shì)頭方興未艾。摩擦納米發(fā)電機(jī)作為納米發(fā)電機(jī)的一種典型應(yīng)用，其基本原理是:依靠摩擦電電勢(shì)的充電泵效應(yīng)，將兩種鍍有金屬電極的兩個(gè)高分子聚合物薄膜貼合在一起組成器件，在外力作用下器件產(chǎn)生機(jī)械形變，導(dǎo)致兩層聚合物薄膜之間發(fā)生相互摩擦，從而產(chǎn)生電荷分離并形成電勢(shì)差。而分別位于兩層聚合物薄膜外表面的兩個(gè)金屬極板作為發(fā)電機(jī)的電能輸出端，通過(guò)靜電感應(yīng)可以在表面生成感應(yīng)電荷。感應(yīng)電荷在摩擦電電勢(shì)驅(qū)動(dòng)下流經(jīng)外電路即可形成電流。摩擦發(fā)電機(jī)作為又一種機(jī)械式發(fā)電方式，是對(duì)傳統(tǒng)電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的一種補(bǔ)充，是采用新原理實(shí)現(xiàn)發(fā)電的一種新能源技術(shù)。
[0003]然而，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中， 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)目前尚未出現(xiàn)一種混合摩擦發(fā)電機(jī)和電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的混合發(fā)電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種混合式發(fā)電機(jī)，以結(jié)合摩擦發(fā)電機(jī)與電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明混合式發(fā)電機(jī)包括:公共旋轉(zhuǎn)軸、摩擦發(fā)電組件和電磁感應(yīng)發(fā)電組件。其中，摩擦發(fā)電組件，包括:第一導(dǎo)電層、摩擦層和第二導(dǎo)電層，三者所在平面相互平行且均包括多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)，其中:第二導(dǎo)電層的位置固定；摩擦層，由絕緣材料制備，固定于第二導(dǎo)電層上，且與其電性接觸；以及第一導(dǎo)電層，其包括的多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)在公共旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并與摩擦層所包括的多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生摩擦作用，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層作為該摩擦發(fā)電組件的兩輸出端。電磁感應(yīng)發(fā)電組件，與摩擦發(fā)電組件隔開(kāi)一預(yù)設(shè)距離，包括:相對(duì)設(shè)置且隔開(kāi)一定空間的一對(duì)磁極-N極和S極；以及設(shè)置于該對(duì)磁極中間空間的線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈在公共旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在其所在空間內(nèi)做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，該線(xiàn)圈的兩端作為該電磁感應(yīng)發(fā)電組件的兩輸出端。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明混合式發(fā)電機(jī)具有以下有益效果:
[0010](I)將兩種不同機(jī)理的發(fā)電機(jī)集成在一起，通過(guò)同一個(gè)公共旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)線(xiàn)圈和摩擦層旋轉(zhuǎn)，可分別作為電壓源和電流源實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的電輸出；
[0011 ] (2)摩擦發(fā)電機(jī)與電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分具有串并聯(lián)混合等多種工作模式，在電路中既可作為電壓源使用，也可作為電流源使用，具有廣泛的用途和良好的應(yīng)用前景?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例混合式發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為混合式發(fā)電機(jī)在電壓源工作模式下的電路原理圖；
[0014]圖3為混合式發(fā)電機(jī)在電流源工作模式下的電路原理圖；
[0015]圖4為混合式發(fā)電機(jī)在并聯(lián)混合工作模式下的電路原理圖；
[0016]圖5為混合式發(fā)電機(jī)在串聯(lián)混合工作模式下的電路原理圖。
[0017]【主要元件】
[0018]1-N極；2-公共旋轉(zhuǎn)軸；
[0019]3_ 線(xiàn)圈；4_S 極；
[0020]5-第一導(dǎo)電層；6-第二導(dǎo)電層；
[0021]7-摩擦層。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]本發(fā)明提供了一種混合式發(fā)電機(jī)。該混合式發(fā)電機(jī)基于電磁感應(yīng)發(fā)電和摩擦發(fā)電兩種工作原理，通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。其中電磁感應(yīng)發(fā)電采用線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，摩擦發(fā)電采用兩種電負(fù)性不同的材料相對(duì)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)接觸摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種混合式發(fā)電機(jī)。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例混合式發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例混合式發(fā)電機(jī)包括:摩擦發(fā)電組件、電磁感應(yīng)發(fā)電組件和帶動(dòng)兩者工作的公共旋轉(zhuǎn)軸2。以下分別對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]摩擦發(fā)電組件包括:第一導(dǎo)電層5、第二導(dǎo)電層6和摩擦層7，三者所在平面相互平行且均包括多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)，其中:第二導(dǎo)電層6位置固定；摩擦層7由絕緣材料制備，固定于第二導(dǎo)電層6上，且與其電性接觸；第一導(dǎo)電層5，其包括的多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)在公共旋轉(zhuǎn)軸2的帶動(dòng)下繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并與摩擦層7所包括的多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生摩擦作用；第一橋式整流電路，其兩輸入端分別與第一導(dǎo)電層5和第二導(dǎo)電層6相連接，其兩輸入端作為該摩擦發(fā)電組件的輸出端。
[0026]電磁感應(yīng)發(fā)電組件與摩擦發(fā)電組件隔開(kāi)一預(yù)設(shè)距離，包括:相對(duì)設(shè)置且隔開(kāi)一定空間的一對(duì)磁極-N極1、S極4 ;以及設(shè)置于該對(duì)磁極中間空間的線(xiàn)圈3，該線(xiàn)圈3在所述公共旋轉(zhuǎn)軸2的帶動(dòng)下繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在其所在空間內(nèi)做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)第二橋式整流電路，其兩輸入端與所述線(xiàn)圈的兩端相連接。
[0027]公共旋轉(zhuǎn)軸2貫穿所述電磁感應(yīng)組件中線(xiàn)圈3的中心軸線(xiàn)與所述摩擦發(fā)電組件中第一導(dǎo)電層5的中心軸線(xiàn)，在該公共旋轉(zhuǎn)軸2的帶動(dòng)下:所述線(xiàn)圈3繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在所在空間內(nèi)做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在該線(xiàn)圈3的兩端通過(guò)第一橋式整流電路，對(duì)外輸出直流電壓；所述第一導(dǎo)電層5繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與摩擦層7產(chǎn)生接觸摩擦，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過(guò)第二橋式整流電路對(duì)外輸出恒定電流。
[0028]以下分別對(duì)本實(shí)施例混合式發(fā)電機(jī)的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]對(duì)于摩擦發(fā)電組件，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電層5與摩擦層7接觸滑動(dòng)時(shí)，兩個(gè)界面區(qū)域發(fā)生相互摩擦，由于兩個(gè)摩擦面表面粗糙度的存在，等量但電性相反的靜電荷在界面處生成并分布在兩個(gè)不同的摩擦面上，第一導(dǎo)電層5帶正電荷，而摩擦層7表面帶負(fù)電荷，這樣就在界面處形成了一個(gè)稱(chēng)之為摩擦電勢(shì)的偶極層。而該偶極層在第一導(dǎo)電層5和第二導(dǎo)電層6之間形成了一個(gè)內(nèi)電勢(shì)。由于摩擦層7本身是絕緣的，所以感應(yīng)電荷不會(huì)被迅速導(dǎo)走或中和。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電層5做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一導(dǎo)電層5和第二導(dǎo)電層6將在外電路導(dǎo)通的情況下形成外電流，分別在兩個(gè)電極上產(chǎn)生出電性相反的自由電荷，以抵消兩個(gè)摩擦面生成的感應(yīng)電荷。第一導(dǎo)電層5和第二導(dǎo)電層6通過(guò)外接整流橋?qū)崿F(xiàn)對(duì)外輸出直流電。當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)外輸出的電流為恒定電流。
[0030]如圖1所示，第一導(dǎo)電層5和第二導(dǎo)電層6兩端通過(guò)外接第一橋式整流電路實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出直流電，作為混合式發(fā)電機(jī)摩擦發(fā)電組件的輸出，用DC-TENG表示，其輸出的電流大小為:
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括: 公共旋轉(zhuǎn)軸； 摩擦發(fā)電組件，包括:第一導(dǎo)電層、摩擦層和第二導(dǎo)電層，三者所在平面相互平行且包括多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)，其中: 所述第二導(dǎo)電層的位置固定； 所述摩擦層，由絕緣材料制備，固定于所述第二導(dǎo)電層上，且與其電性接觸；以及所述第一導(dǎo)電層，其包括的多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)在所述公共旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并與所述摩擦層所包括的多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生摩擦作用，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層作為該摩擦發(fā)電組件的兩輸出端； 電磁感應(yīng)發(fā)電組件，與摩擦發(fā)電組件隔開(kāi)一預(yù)設(shè)距離，包括: 相對(duì)設(shè)置且隔開(kāi)一定空間的一對(duì)磁極-N極和S極；以及 設(shè)置于該對(duì)磁極中間空間的線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈在所述公共旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下繞其中心軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在其所在空間內(nèi)做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，該線(xiàn)圈的兩端作為該電磁感應(yīng)發(fā)電組件的兩輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層的中心軸線(xiàn)與所述線(xiàn)圈的中心軸線(xiàn)位于同一條直線(xiàn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于: 所述摩擦發(fā)電組件還包括:第一橋式整流電路，其兩輸入端分別與所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層相連接； 所述電磁感應(yīng)發(fā)電組件還包括:第二橋式整流電路，其兩輸入端與所述線(xiàn)圈的兩端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，其工作模式包括: 電壓源工作模式，由所述第二橋式整流電路的兩輸出端向外供給恒定電壓； 電流源工作模式，由所述第一橋式整流電路向外供給恒定電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括:第一電阻民；其工作模式還包括:并聯(lián)混合工作模式和串聯(lián)混合工作模式； 在并聯(lián)混合工作模式下，所述電磁感應(yīng)發(fā)電組件與該第一電阻Rs串聯(lián)，再與所述摩擦發(fā)電組件并聯(lián)后對(duì)外供電； 在串聯(lián)混合工作模式下，所述摩擦發(fā)電組件與該第一電阻Rs并聯(lián)，再與所述電磁感應(yīng)發(fā)電組件串聯(lián)后對(duì)外供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于: 在所述電壓源工作模式，其輸出的恒定電壓為
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層、摩擦層和第二導(dǎo)電層所包括扇形結(jié)構(gòu)的數(shù)目、尺寸相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層的厚度介于5nm~1200nm之間,所述第二導(dǎo)電層的厚度介于IOnm~IOOnm之間；所述摩擦層的厚度可介于I μ m~200 μ m之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層為金屬薄膜或銦錫氧化物薄膜，所述摩擦層的材料為高分子聚合物材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層為以下一種:鉬膜、鋁膜、金膜和銅膜； 所述高分子聚合物材料為以下材料中的一種:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹(shù)脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纖維、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹(shù)脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酹碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚`氯乙烯和派瑞林。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK103731063SQ201410012395
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】張弛, 唐偉, 逢堯堃, 周桃, 王中林 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心