混合式發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種混合式發(fā)電機。該混合式發(fā)電機將兩種不同機理的發(fā)電機集成在一起，通過同一個公共旋轉軸帶動線圈和摩擦層旋轉，可分別作為電壓源和電流源實現(xiàn)對外電路的電輸出。此外，該混合式發(fā)電機中的摩擦發(fā)電機與電磁感應發(fā)電機兩個部分具有串并聯(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用前景。
【專利說明】混合式發(fā)電機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電【技術領域】，尤其涉及一種混合式發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]2006年，美國佐治亞理工學院的王中林研究組首次提出了納米發(fā)電機的理念，開辟了能源轉化和應用的一個新的范疇。此后，各種類型的納米發(fā)電機不斷被研制出來，研究勢頭方興未艾。摩擦納米發(fā)電機作為納米發(fā)電機的一種典型應用，其基本原理是:依靠摩擦電電勢的充電泵效應，將兩種鍍有金屬電極的兩個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)生機械形變，導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差。而分別位于兩層聚合物薄膜外表面的兩個金屬極板作為發(fā)電機的電能輸出端，通過靜電感應可以在表面生成感應電荷。感應電荷在摩擦電電勢驅動下流經(jīng)外電路即可形成電流。摩擦發(fā)電機作為又一種機械式發(fā)電方式，是對傳統(tǒng)電磁感應發(fā)電機的一種補充，是采用新原理實現(xiàn)發(fā)電的一種新能源技術。
[0003]然而，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中， 申請人:發(fā)現(xiàn)目前尚未出現(xiàn)一種混合摩擦發(fā)電機和電磁感應發(fā)電機的混合發(fā)電機。

【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，本發(fā)明提供了一種混合式發(fā)電機，以結合摩擦發(fā)電機與電磁感應發(fā)電機的優(yōu)點。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本發(fā)明混合式發(fā)電機包括:公共旋轉軸、摩擦發(fā)電組件和電磁感應發(fā)電組件。其中，摩擦發(fā)電組件，包括:第一導電層、摩擦層和第二導電層，三者所在平面相互平行且均包括多個扇形結構，其中:第二導電層的位置固定；摩擦層，由絕緣材料制備，固定于第二導電層上，且與其電性接觸；以及第一導電層，其包括的多個扇形結構在公共旋轉軸的帶動下繞其中心軸線轉動，并與摩擦層所包括的多個扇形結構產(chǎn)生摩擦作用，第一導電層和第二導電層作為該摩擦發(fā)電組件的兩輸出端。電磁感應發(fā)電組件，與摩擦發(fā)電組件隔開一預設距離，包括:相對設置且隔開一定空間的一對磁極-N極和S極；以及設置于該對磁極中間空間的線圈，該線圈在公共旋轉軸的帶動下繞其中心軸線轉動，在其所在空間內做切割磁力線運動，該線圈的兩端作為該電磁感應發(fā)電組件的兩輸出端。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明混合式發(fā)電機具有以下有益效果:
[0010](I)將兩種不同機理的發(fā)電機集成在一起，通過同一個公共旋轉軸帶動線圈和摩擦層旋轉，可分別作為電壓源和電流源實現(xiàn)對外電路的電輸出；
[0011 ] (2)摩擦發(fā)電機與電磁感應發(fā)電機兩個部分具有串并聯(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用前景?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例混合式發(fā)電機的結構示意圖；
[0013]圖2為混合式發(fā)電機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-公共旋轉軸；
[0019]3_ 線圈；4_S 極；
[0020]5-第一導電層；6-第二導電層；
[0021]7-摩擦層。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明 。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]本發(fā)明提供了一種混合式發(fā)電機。該混合式發(fā)電機基于電磁感應發(fā)電和摩擦發(fā)電兩種工作原理，通過旋轉運動來實現(xiàn)發(fā)電。其中電磁感應發(fā)電采用線圈在磁場中旋轉來實現(xiàn)，摩擦發(fā)電采用兩種電負性不同的材料相對旋轉，通過接觸摩擦來實現(xiàn)。
[0024]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種混合式發(fā)電機。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例混合式發(fā)電機的結構示意圖。請參照圖1，本實施例混合式發(fā)電機包括:摩擦發(fā)電組件、電磁感應發(fā)電組件和帶動兩者工作的公共旋轉軸2。以下分別對各個部分進行詳細說明。
[0025]摩擦發(fā)電組件包括:第一導電層5、第二導電層6和摩擦層7，三者所在平面相互平行且均包括多個扇形結構，其中:第二導電層6位置固定；摩擦層7由絕緣材料制備，固定于第二導電層6上，且與其電性接觸；第一導電層5，其包括的多個扇形結構在公共旋轉軸2的帶動下繞其中心軸線轉動，并與摩擦層7所包括的多個扇形結構產(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電層5和第二導電層6相連接，其兩輸入端作為該摩擦發(fā)電組件的輸出端。
[0026]電磁感應發(fā)電組件與摩擦發(fā)電組件隔開一預設距離，包括:相對設置且隔開一定空間的一對磁極-N極1、S極4 ;以及設置于該對磁極中間空間的線圈3，該線圈3在所述公共旋轉軸2的帶動下繞其中心軸線轉動，在其所在空間內做切割磁力線運動第二橋式整流電路，其兩輸入端與所述線圈的兩端相連接。
[0027]公共旋轉軸2貫穿所述電磁感應組件中線圈3的中心軸線與所述摩擦發(fā)電組件中第一導電層5的中心軸線，在該公共旋轉軸2的帶動下:所述線圈3繞其中心軸線轉動，在所在空間內做切割磁力線運動，在該線圈3的兩端通過第一橋式整流電路，對外輸出直流電壓；所述第一導電層5繞其中心軸線轉動，在轉動過程中與摩擦層7產(chǎn)生接觸摩擦，第一導電層和第二導電層通過第二橋式整流電路對外輸出恒定電流。
[0028]以下分別對本實施例混合式發(fā)電機的各個組成部分進行詳細說明。
[0029]對于摩擦發(fā)電組件，當?shù)谝粚щ妼?與摩擦層7接觸滑動時，兩個界面區(qū)域發(fā)生相互摩擦，由于兩個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不同的摩擦面上，第一導電層5帶正電荷，而摩擦層7表面帶負電荷，這樣就在界面處形成了一個稱之為摩擦電勢的偶極層。而該偶極層在第一導電層5和第二導電層6之間形成了一個內電勢。由于摩擦層7本身是絕緣的，所以感應電荷不會被迅速導走或中和。當?shù)谝粚щ妼?做旋轉運動時，第一導電層5和第二導電層6將在外電路導通的情況下形成外電流，分別在兩個電極上產(chǎn)生出電性相反的自由電荷，以抵消兩個摩擦面生成的感應電荷。第一導電層5和第二導電層6通過外接整流橋實現(xiàn)對外輸出直流電。當旋轉運動為勻速圓周運動時，對外輸出的電流為恒定電流。
[0030]如圖1所示，第一導電層5和第二導電層6兩端通過外接第一橋式整流電路實現(xiàn)對外輸出直流電，作為混合式發(fā)電機摩擦發(fā)電組件的輸出，用DC-TENG表示，其輸出的電流大小為:
[0031]
【權利要求】
1.一種混合式發(fā)電機，其特征在于，包括: 公共旋轉軸； 摩擦發(fā)電組件，包括:第一導電層、摩擦層和第二導電層，三者所在平面相互平行且包括多個扇形結構，其中: 所述第二導電層的位置固定； 所述摩擦層，由絕緣材料制備，固定于所述第二導電層上，且與其電性接觸；以及所述第一導電層，其包括的多個扇形結構在所述公共旋轉軸的帶動下繞其中心軸線轉動，并與所述摩擦層所包括的多個扇形結構產(chǎn)生摩擦作用，所述第一導電層和第二導電層作為該摩擦發(fā)電組件的兩輸出端； 電磁感應發(fā)電組件，與摩擦發(fā)電組件隔開一預設距離，包括: 相對設置且隔開一定空間的一對磁極-N極和S極；以及 設置于該對磁極中間空間的線圈，該線圈在所述公共旋轉軸的帶動下繞其中心軸線轉動，在其所在空間內做切割磁力線運動，該線圈的兩端作為該電磁感應發(fā)電組件的兩輸出端。
2.根據(jù)權利要求1所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一導電層的中心軸線與所述線圈的中心軸線位于同一條直線上。
3.根據(jù)權利要求1所述的混合式發(fā)電機，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電層和所述第二導電層相連接； 所述電磁感應發(fā)電組件還包括:第二橋式整流電路，其兩輸入端與所述線圈的兩端相連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的混合式發(fā)電機，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)權利要求4所述的混合式發(fā)電機，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)，再與所述電磁感應發(fā)電組件串聯(lián)后對外供電。
6.根據(jù)權利要求5所述的混合式發(fā)電機，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)權利要求1至6中任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一導電層、摩擦層和第二導電層所包括扇形結構的數(shù)目、尺寸相同。
8.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一導電層的厚度介于5nm~1200nm之間,所述第二導電層的厚度介于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)權利要求1至6中任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一導電層和第二導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)權利要求7所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一導電層和第二導電層為以下一種: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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、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】H02N1/04GK103731063SQ201410012395
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權日:2014年1月10日
【發(fā)明者】張弛, 唐偉, 逢堯堃, 周桃, 王中林 申請人:國家納米科學中心