风力发电装置及风力发电系统的制作方法

风力发电装置及风力发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种风力发电装置及风力发电系统，用以解决现有技术中的风力发电装置结构复杂、成本高昂的问题。该风力发电装置包括：支撑筒、传动轴、至少一个风力驱动部件以及摩擦发电机，其中，传动轴位于支撑筒的内部，且传动轴的顶端从支撑筒的内部伸出；风力驱动部件的第一端为固设在传动轴顶端的固定端，风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动传动轴相对于支撑筒转动的自由端；摩擦发电机进一步包括：第一电极层和第二电极层，其中，第一电极层的第一端为固设在传动轴中部的固定端，第一电极层的第二端为能够弯曲的自由端；第二电极层贴合固定在支撑筒的内壁上，并且，第一电极层与第二电极层相互接触。
【专利说明】风力发电装置及风力发电系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力领域，特别涉及一种风力发电装置及风力发电系统。
【背景技术】
[0002]随着科技的进步以及工业的迅猛发展，人类对能源的需求越来越多，在可利用的能源日趋减少的情形下，人类不得不寻找新能源。风能作为自然界存在的巨大能量和清洁的可再生能源，由于其不需使用燃料，也不会产生辐射或空气污染的优点，得到了人们的高度关注和广泛应用。
[0003]现有的风力发电装置的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。其中包括将风的动能转化为机械能，再把机械能转化为电能两个过程。将机械能转化为电能的方式大致有三种:静电、压电和电磁。传统的风能发电系统通常采用电磁感应的方式，这种风能发电系统体积庞大，成本高昂，同时在运输和安装的过程中，给用户带来了极大的不便；而压电式风能发电系统由于常规压电材料复杂的化学成分及晶体结构，难以实现大功率与小尺寸的结合。
[0004]由此可见，传统的风力发电方式，无论其采用电磁感应的方式还是采用压电方式都具有无法弥补的缺陷。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供了一种风力发电装置及风力发电系统，用以解决现有技术中的风力发电装置结构复杂、成本高昂的问题。
[0006]一种风力发电装置，包括:支撑筒、传动轴、至少一个风力驱动部件以及摩擦发电机，其中，所述传动轴位于所述支撑筒的内部，且传动轴的顶端从所述支撑筒的内部伸出；所述风力驱动部件的第一端为固设在所述传动轴顶端的固定端，所述风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动所述传动轴相对于所述支撑筒转动的自由端；所述摩擦发电机进一步包括:第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层的第一端为固设在所述传动轴中部的固定端，所述第一电极层的第二端为能够弯曲的自由端；所述第二电极层贴合固定在所述支撑筒的内壁上，并且，所述第一电极层与所述第二电极层相互接触。
[0007]可选地，所述风力驱动部件的自由端为风杯和/或风叶。
[0008]可选地，进一步包括:支撑部件，所述支撑部件设置在所述第一电极层的第一侧表面上，则所述第一电极层的第二侧表面与所述第二电极层相互接触。
[0009]可选地，所述第一电极层包括:层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二电极层包括:层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。
[0010]可选地，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。[0011]可选地，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括:层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，所述第一电极层中的第一电极和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。
[0012]可选地，所述第一电极层中的第一电极和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。
[0013]可选地，所述第一电极层包括:层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二电极层包括第二电极，其中，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二电极相互接触。
[0014]可选地，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二电极相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。
[0015]可选地，进一步包括:与所述第一电极相连的第一电极引线，以及，与所述第二电极相连的第二电极引线，所述第一电极引线和所述第二电极引线作为所述摩擦发电机的输出端。
[0016]可选地，所述第一电极层的数量为多个。
[0017]可选地，所述第一电极引线的数量与所述第一电极层的数量相等，且每个第一电极层分别对应一根第一电极引线，则所述风力发电装置进一步包括:位于所述传动轴底端的第一电极固定片，用于固定每根第一电极引线。
[0018]可选地，所述第二电极层包括一个连续的环形部分，该连续的环形部分的外径等于所述支撑筒的内径；或者，所述第二电极层包括多个断续的片状部分，该多个断续的片状部分间隔设置在所述支撑筒的内壁上。
[0019]可选地，所述支撑筒为柱形支撑筒，所述传动轴位于所述支撑筒的中心轴线处。
[0020]一种风力发电系统，包括:上述风力发电装置以及储能装置，其中，所述储能装置，用于对所述摩擦发电机产生的电能进行存储。
[0021]本实用新型提供的风力发电装置及风力发电系统，将摩擦发电机分成相互独立的第一电极层和第二电极层，其中第一电极层位于传动轴上，第二电极层位于支撑筒内壁上，因此，当风吹动风力驱动部件旋转时，位于传动轴上的第一电极层发生运动，而位于支撑筒内壁上的第二电极层则保持静止，因此，两部分之间相互摩擦，从而达到摩擦发电的目的。由此可见，本实用新型提供的风力发电装置通过风力驱动部件来收集风能，并在风力驱动部件旋转时，通过传动轴带动摩擦发电机的第一电极层运动，进而与相对静止的第二电极层之间产生摩擦。由于风力驱动部件在风的带动下将持续旋转(即使在风刚刚停止的时候也会因惯性而旋转一段时间)，当风力驱动部件旋转时，第二电极层会持续不断地摩擦第一电极层。由此可见，该风力发电装置不仅结构简单，成本低廉，还能够高效地摩擦发电，显著提闻了发电效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1a示出了本实用新型提供的风力发电装置的外部结构示意图；
[0023]图1b示出了本实用新型提供的风力发电装置的内部剖视图；
[0024]图2示出了本实用新型一个实施例中的第一电极层和第二电极层的等效结构示意图；[0025]图3a示出了摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层的一种位置关系示意图；
[0026]图3b示出了摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层的另一种位置关系示意图。
【具体实施方式】
[0027]为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。
[0028]本实用新型公开了一种风力发电装置及风力发电系统，用以解决现有技术中的风力发电装置结构复杂、成本高昂的问题。
[0029]图1a示出了本实用新型提供的风力发电装置的外部结构示意图，图1b示出了本实用新型提供的风力发电装置的内部剖视图。参照图1a至图1b可以看出，该风力发电装置包括:支撑筒11、传动轴12、至少一个风力驱动部件13、以及由第一电极层141和第二电极层142构成的摩擦发电机。
[0030]其中，支撑筒11可以为柱形支撑筒，例如，可以为圆柱形支撑筒或棱柱形支撑筒等。当支撑筒为棱柱形支撑筒时，可以为四棱柱形、六棱柱形等多种形状。而且，支撑筒也可以为棱锥型等其他形状，本实用新型对此不作限定。另外，支撑筒11的材质优选具有机械力学支撑性能的材质，例如，高分子塑料、不锈钢、玻璃、陶瓷或合金类材料等。传动轴12 位于支撑筒11的内部,优选地,传动轴12位于支撑筒11的中心轴线处，且传动轴12的顶端从支撑筒11的内部伸出。传动轴的材质可以是金属、陶瓷或耐磨且具有机械强度的高分子材料等。具体实现时，支撑筒与传动轴的位置相对固定，且传动轴可以相对于支撑筒旋转。为了实现这一点，支撑筒11可以具有一个圆柱形或棱柱形的侧壁，同时具有一个底壁，将传动轴与该底壁的中心部位活动连接，使传动轴可以相对于支撑筒旋转；或者，也可以使支撑筒只有侧壁没有底壁，将侧壁的底端固定在一个固定位置上，同时，在支撑筒的中心轴线处固定一个底座，传动轴插入该底座内且可以在底座内自由旋转，因而传动轴可以相对于支撑筒旋转。本实用新型中对支撑筒与传动轴之间的具体固定方式不做限定，只要能够实现传动轴相对于支撑筒旋转的目的即可。
[0031]风力驱动部件13主要用于带动上述的传动轴旋转。具体地，风力驱动部件13的弟一端为固设在传动轴12顶端的固定端，风力驱动部件13的弟二端为能够在风力作用下带动传动轴12相对于支撑筒11转动的自由端。例如,该风力驱动部件的自由端可以通过风扇的一个扇叶、风杯的一个杯片或风叶的一个叶片等方式来实现。相应地，该风力驱动部件的自由端的形状可以为扇形、长方形、圆形或弧形等多种形状，本实用新型中对其具体形状不做限定，只要适合收集风能的形状均可采用。另外，为了提高收集风能的效率，从而促使传动轴更快地旋转，风力驱动部件13的数量可以为多个，这时，每相邻的两个风力驱动部件之间的夹角优选相等。另外，为了便于固定上述的一个或多个风力驱动部件，还可以在传动轴上固设一个套筒，将风力驱动部件通过套筒固定在传动轴上。
[0032]在风力驱动部件的带动下，只要有风吹过，传动轴就会相对于支撑筒旋转。相应地，本实用新型中将摩擦发电机分为相互独立且相互接触的两部分，一部分设置在传动轴上，另一部分设置在支撑筒上，这样，当有风吹过时，设置在传动轴上的这部分摩擦发电机随着传动轴进行旋转运动，而设置在支撑筒上的这部分摩擦发电机则保持静止，因此，二者之间将会持续地相互摩擦，从而产生电能。
[0033]下面具体介绍一下摩擦发电机的上述两部分。如图1b所示，摩擦发电机中的一部分为位于传动轴上的第一电极层141，另一部分为位于支撑筒内壁上的第二电极层142。
[0034]其中，第二电极层142直接贴合固定在支撑筒11的内壁上。第一电极层141的第一端为固设在传动轴12中部的固定端，第一电极层141的第二端为能够弯曲的自由端。其中，第一电极层141与第二电极层142相互接触。可选地,第一电极层141的长度大于从传动轴到支撑筒内壁之间的距离，这时，第一电极层141会由于受到支撑筒内壁的阻挡而发生弯曲，从而能够与支撑筒内壁上的第二电极层142相互接触。另外，为了使第一电极层能够与第二电极层有效接触，可以将第一电极层的第一端垂直于传动轴12进行固定,具体地，为了便于固定，还可以在传动轴12上进一步设置固定元件，例如，带有插槽的套筒等。其中，第一电极层可以采用柔性材质制作，以便使其能够自由弯曲。但是，如果第一电极层的材质过于柔软，在传动轴旋转时，第一电极层将由于惯性作用而过度弯曲，从而贴近传动轴，这样，第一电极层将无法与位于支撑筒内壁上的第二电极层发生接触，从而无法达到摩擦发电的效果。因此，第一电极层的材质应柔性适中，既不太硬也不太软。优选地，可以在第一电极层的第一侧表面上设置一层支撑部件140 (参见图3a和图3b)，则该第一电极层通过第二侧表面与所述第二电极层相互接触。该支撑部件140的主要作用在于:对第一电极层起到支撑作用，以便防止因为第一电极层过于柔软而在旋转过程中远离支撑筒的内壁。
[0035]下面具体介绍一下摩擦发电机的结构。在本实用新型的一个实施例中，摩擦发电机的第一电极层包括:层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，摩擦发电机的第二电极层包括:层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。换句话说，第一电极层中的第一电极直接设置在支撑筒的内壁上，第一高分子聚合物绝缘层则覆盖在第一电极之上。当本实用新型中的风力发电装置包括支撑部件时，第二电极层中的第二电极的一个侧表面设置在支撑部件上，第二电极的另一侧表面上则进一步设置有第二高分子聚合物绝缘层，即:第二电极夹在第二高分子聚合物绝缘层和支撑部件之间。当传动轴旋转时，通过设置传动轴的旋转方向，使第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层与第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层相接触。
[0036]图2示出了第一电极层和第二电极层的等效结构示意图。在图2中，为了描绘方便，将第一电极层绘制为水平结构，但实际上，第一电极层应是有一定的弯曲的。如图2所示，摩擦发电机中的第一电极层141包括第一电极1411和第一高分子聚合物绝缘层1412，第二电极层142包括第二电极1421以及第二高分子聚合物绝缘层1422。
[0037]在图2所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层1412和第二高分子聚合物绝缘层1422作为摩擦发电机的两个摩擦界面，下面具体介绍一下这两个摩擦界面摩擦发电的原理:当传动轴转动时，第一电极层随之旋转，而第二电极层相对静止，因而第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层将会持续摩擦第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层，导致第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层表面因为摩擦而产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和第二电极之间的电容发生改变，从而导致第一电极和第二电极之间出现电势差。当第一电极和第二电极被外电路连通时，该电势差将会在外电路中形成交流脉冲电信号，从而实现发电的目的。为了实现上述的外电路，可以在第一电极上连接一个第一电极引线15 (参见图lb)，在第二电极上连接一个第二电极引线16 (参见图lb)，将这两根电极引线作为摩擦发电机的输出端与外电路相连。其中，电极引线可以通过漆包铜线来实现。
[0038]另外，为了提高摩擦发电机的发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层1412和第二高分子聚合物绝缘层1422相互接触的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构。因此，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极和第二电极处感应出较多的电荷。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式:第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度为0.5-1.2mm (优选
1.0mm)，且其相对第二电极层的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为:宽度为IO-1OOnm以及深度为4-50 μ m。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30 μ m的均匀分布，更优选的平均孔间距为9 μ m的均匀分布。
[0039]在上面介绍的摩擦发电机中，第一电极或第二电极可以是具有电传导性的金属电极、石墨烯、银纳米线涂层或其他透明导电膜(例如AZO、FT0)等，或者，还可以是铟锡氧化物、金属或合金，其中金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨或钒；合金可以是招合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金。第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层可以是聚四氟乙烯、PET塑料、固化的聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺薄膜、或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯等高分子材料中的一种；或者，第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层还可以是具有微孔结构的纤维素、聚酯纤维、人造纤维中的一种。另外，上述的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层还可以分别选自苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维(再生)海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质优选不同，从而可以提高摩擦效果。上述的第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层可以防止第一电极和第二电极之间产生的电势差在内部中和。由此可见，在图2所示的四层结构(第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极)的摩擦发电机中，主要是通过聚合物(第一高分子聚合物绝缘层)与聚合物(第二高分子聚合物绝缘层)之间的摩擦来发电的。[0040]另外，除了图2所示的通过四层结构来实现摩擦发电机的方式之外，在本实用新型的其他实施例中，还可以采用其它方式来实现摩擦发电机。例如，也可以省去上述四层结构中的第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层，使摩擦发电机成为三层结构。当省去第一高分子聚合物绝缘层时，第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样可以在第一电极和第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构；当省去第二高分子聚合物绝缘层时，第二电极和第一高分子聚合物绝缘层作为摩擦发电机的两个摩擦界面进行摩擦，这时，同样也可以在第二电极和第一高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，以便提高发电效率。三层结构的发电机的发电原理与四层结构类似，此处不再赘述。另外，在三层结构的发电机中，通过金属和聚合物进行摩擦，由于金属容易失去电子，因此采用金属与聚合物摩擦能够提高能量输出。
[0041]其中，在三层结构的摩擦发电机中，由于省去了一层高分子聚合物绝缘层，因此，不具有高分子聚合物绝缘层的电极层中的电极由于需要作为摩擦电极(即金属)与第一高分子聚合物绝缘层进行摩擦，因此其材料可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、铌合金或钽合金。另一电极由于不需要进行摩擦，因此，除了可以选用上述罗列的金属或合金材料之外，其他能够制作电极的材料也可以应用，例如，还可以选用铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜等非金属材料。三层结构的摩擦发电机中的高分子聚合物绝缘层的材质与四层结构中的材质相同，此处不再赘述。
[0042]接下来，介绍一下摩擦发电机中的第一电极层和第二电极层的具体数量和位置关系O
[0043]图3a以三层结构的摩擦发电机为例示出了摩擦发电机的第一电极层所包含的第一电极1411和第一高分子聚合物绝缘层1412以及第二电极层所包含的第二电极1421之间的一种位置关系示意图，另外，在图中还示出了支撑部件140。在图3a中，第一电极层的数量为三个，这三个第一电极层间隔设置，每相邻的两个第一电极层之间的夹角优选相等。第二电极层则包括多个断续的片状部分，这多个断续的片状部分间隔设置在支撑筒的内壁上，且每相邻的两个片状部分之间的间隔优选相等。在这种实现方式中，每个第一电极层在旋转时依次摩擦各个断续的片状部分，从而在每个第一电极层与每个断续的片状部分之间都将产生电势差，从而使两个摩擦界面之间能够有效地接触和分离。在这种方式中，可以在每个第一电极层上分别连接一个第一电极引线，因此，在图3a所不的结构中有三根第一电极引线。相应地，还可以在第二电极层的每个片状部分处分别连接一个第二电极引线，因此，在图3a所示的结构中有四根第二电极引线。通过调整这些第一电极引线和第二电极引线之间的串并联关系，可以改变摩擦发电机输出的电流或电压的大小。
[0044]图3b以三层结构的摩擦发电机为例示出了摩擦发电机的第一电极层所包含的第一电极1411和第一高分子聚合物绝缘层1412以及第二电极层所包含的第二电极1421之间的另一种位置关系示意图，另外，在图中还示出了支撑部件140。在图3b中，第一电极层的数量也为三个，这三个第一电极层间隔设置，每相邻的两个第一电极层之间的夹角优选相等。但第二电极层包括一个连续的环形部分，该连续的环形部分的外径等于支撑筒的内径，以便于使该第二电极层恰好固定在支撑筒内壁上。在这种实现方式中，每个第一电极层在旋转时持续摩擦该连续的环形部分，从而在每个第一电极层与该连续的环形部分之间产生电势差，进而可确保两个摩擦界面之间能够持续摩擦。在这种方式中，也可以在每个第一电极层上分别连接一个第一电极引线，因此，在图3a所示的结构中也有三根第一电极引线。相应地，在第二电极层的该连续的环形部分处连接一个第二电极引线，因此，在图3a所示的结构中有一根第二电极引线。
[0045]在图3a和图3b所示的结构中，都有多根第一电极引线，由于在传动轴的旋转过程中，这多根第一电极引线无法固定位置，因此，该风力发电装置还可以进一步包括:位于传动轴底端的第一电极固定片17 (参见图1a和图lb))，用于固定每根第一电极引线。该第一电极固定片17与每根第一电极引线之间相互接触而非固定连接，从而可以在传动轴旋转过程中防止第一电极引线因相互缠绕而打结，由此便于输出。
[0046]进一步地，由于风速、用电需求等存在变化，导致风力发电装置产生的电能可能一时无法用尽，因此有必要对多余的电能进行存储，以备需求过大或发电量不足时使用。对此，本实用新型还提供了一种风力发电系统，该风力发电系统包括上述的风力发电装置，而且，还包括储能装置，该储能装置与摩擦发电机的输出端相连，用于对摩擦发电机发出的电能进行存储。下面具体介绍一下储能装置的结构。由于摩擦发电机产生的是交流电，交流电因其形式的特殊性而无法直接存储，所以要经过一系列处理使其转变为直流电才能存储。对此，储能装置可以包括整流器、滤波电容、DC/DC变换器和储能元件。其中，整流器的两个输入端与摩擦发电机的输出端相连，整流器本质上是一种将交流电能转变为直流电能的电路，其原理是利用二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。在整流器的输出端跨接有滤波电容，利用该滤波电容的充放电特性，使整流后的直流脉动电压变成相对比较稳定的直流电压。进一步，将滤波后的直流电压接入DC/DC变换器，对其进行变压处理，得到适合给储能元件进行充电的电信号。至此摩擦发电机产生的交流电已经转变为可存储的直流电，并最终储存在指定的储能元件中。储能元件可以选用锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。由此可见，本实用新型通过对自然环境中的风能进行收集，经过一系列的转化变为电能，既可直接使用也可通过后续的储能装置将产生的电能进行存储，从而达到了对风能收集的目的。
[0047]本实用新型提供的风力发电装置及风力发电系统，将摩擦发电机分成相互独立的第一电极层和第二电极层，其中第一电极层位于传动轴上，第二电极层位于支撑筒内壁上，因此，当风吹动风力驱动部件旋转时，位于传动轴上的第一电极层发生运动，而位于支撑筒内壁上的第二电极层则保持静止，因此，两部分之间相互摩擦，从而达到摩擦发电的目的。由此可见，本实用新型提供的风力发电装置通过风力驱动部件来收集风能，并在风力驱动部件旋转时，通过传动轴带动摩擦发电机的第一电极层运动，进而与相对静止的第二电极层之间产生摩擦。由于风力驱动部件在风的带动下将持续旋转(即使在风刚刚停止的时候也会因惯性而旋转一段时间)，当风力驱动部件旋转时，第二电极层会持续不断地摩擦第一电极层。由此可见，该风力发电装置不仅结构简单，成本低廉，还能够高效地摩擦发电，显著提高了发电效率，而且，还易于加工和裁剪。
[0048]另外，本实用新型提供的风力发电装置既可以单独应用，也可以与风电、光伏发电、原子电池发电、温差发电等系统整合后应用，从而实现多电源供电系统。[0049]本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。
[0050]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0051]还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
[0052]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种风力发电装置，其特征在于，包括:支撑筒、传动轴、至少一个风力驱动部件以及摩擦发电机，其中， 所述传动轴位于所述支撑筒的内部，且传动轴的顶端从所述支撑筒的内部伸出； 所述风力驱动部件的第一端为固设在所述传动轴顶端的固定端，所述风力驱动部件的第二端为能够在风力作用下带动所述传动轴相对于所述支撑筒转动的自由端； 所述摩擦发电机进一步包括:第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层的第一端为固设在所述传动轴中部的固定端，所述第一电极层的第二端为能够弯曲的自由端；所述第二电极层贴合固定在所述支撑筒的内壁上，并且，所述第一电极层与所述第二电极层相互接触。
2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述风力驱动部件的自由端为风杯和/或风叶。
3.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，进一步包括:支撑部件，所述支撑部件设置在所述第一电极层的第一侧表面上，则所述第一电极层的第二侧表面与所述第二电极层相互接触。
4.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层包括:层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二电极层包括:层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。
5.如权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。
6.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括:层叠设置的第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，所述第一电极层中的第一电极和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触。
7.如权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层中的第一电极和所述第二电极层中的第二高分子聚合物绝缘层相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。
8.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层包括:层叠设置的第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二电极层包括第二电极，其中，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二电极相互接触。
9.如权利要求8所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层中的第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层中的第二电极相互接触的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。
10.如权利要求4-9中任一所述的风力发电装置，其特征在于，进一步包括:与所述第一电极相连的第一电极引线，以及，与所述第二电极相连的第二电极引线，所述第一电极引线和所述第二电极引线作为所述摩擦发电机的输出端。
11.如权利要求10所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极层的数量为多个。
12.如权利要求11所述的风力发电装置，其特征在于，所述第一电极引线的数量与所述第一电极层的数量相等，且每个第一电极层分别对应一根第一电极引线，则所述风力发电装置进一步包括:位于所述传动轴底端的第一电极固定片，用于固定每根第一电极引线。
13.如权利要求1或11所述的风力发电装置，其特征在于，所述第二电极层包括一个连续的环形部分，该连续的环形部分的外径等于所述支撑筒的内径；或者， 所述第二电极层包括多个断续的片状部分，该多个断续的片状部分间隔设置在所述支撑筒的内壁上。
14.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述支撑筒为柱形支撑筒，所述传动轴位于所述支撑筒的中心轴线处。
15.一种风力发电系统，包括:权利要求1-14中任一所述的风力发电装置以及:储能装置，其中，所述储能装置，用于对所述摩擦发电机产生的电能进行存储。
【文档编号】H02N1/04GK203532171SQ201320310889
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】王珊, 刘红阁, 冯顺, 付晓玥 申请人:纳米新能源（唐山）有限责任公司