一种可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置的制作方法

本发明涉及一种可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，属于摩擦发电技术领域。

背景技术：

摩擦电纳米发电机（teng）是一种能量收集装置，其通过摩擦效应和静电感应的结合将外部机械能转换成电能。对于该发电单元，在内部电路中，相反摩擦极性的两个薄的有机/无机膜间存在电荷转移引起了摩擦带电效应，进而产生了电势;在外部电路中，电子被驱动在附在膜的背面的两个电极之间流动，以便平衡电势。

除了前所未有的输出性能外，这种新能源技术还具有制造成本低、鲁棒性和可靠性高、环保等诸多优点。摩擦电纳米发电机可以应用于收获我们日常生活中浪费的各种机械能，如人体运动，行走，振动等。现阶段的问题是单个的纳米发电机虽然研发出来了，但其毕竟功率有限。因此，本发明意在发明多个纳米发电机联合发电的装置。下面需要介绍现有的单个摩擦电纳米发电机结构原理。

摩擦电纳米发电机具有三种基本操作模式：垂直接触分离模式，横向滑动模式和单电极模式。这里主要介绍前两种工作模式。

垂直接触分离模式的摩擦电纳米发电器的工作机理可以描述为由两片的内表面上的摩擦电荷的循环分离和再接触引起的电位差的周期性变化。这里介绍一种新型的高伸缩性纤维基摩擦电纳米发电机（纤维状teng）。芯纤维用硅橡胶制造，外面是一层导电碳纳米管（cnt），聚合物基体作为一个电极用于可拉伸纤维的导电层，铜微丝作为另一个电极缠绕到可拉伸纤维上。cnt/聚合物层的使用提供了高度的柔韧性、拉伸性、导电性和机械稳定性。在压缩的过程中内部的cnt层的半径会增大，拉伸的过程cnt层的半径会减小，而外圈的铜微丝的半径不会发生显著变化。这样在纤维装teng发生反复压缩或拉伸形变时，会引起两极之间相对距离的周期性变化，进而进行发电。

横向滑动模式的摩擦电纳米发电机的工作机理可以描述为：通过滑动摩擦促进摩擦起电，两个表面之间的接触面积发生周期性变化导致电荷中心的横向分离，进而在两极间产生周期性的电位差变化。在这里介绍另一种新型的多层盘式摩擦纳米发电机（多层盘式teng）。多层盘teng主要由两组组成：具有铝（al）膜作为附着的摩擦电层的转子，以及聚四氟乙烯（ptfe）薄膜作为其他摩擦电层的定子，它们与输入旋转运动同轴。为了在表面上实现，丙烯酸类片材用作它们两者的模板底物。首先，它们通过激光切割处理，以形成具有与连接的摩擦电层相同形状的八扇形结构。如此旋转过程中，转子上的所有al层将被驱动以相同相位旋转，而定子上的ptfe层将保持静止。以这种方式，相邻层之间的相对旋转使得相对的摩擦电荷能够周期性地接触分离循环，从而在每个层中产生电。当多层磁盘teng的所有四层并联连接时，可以将具有相同相位的电流相加，从而有助于增加功率输出。

技术实现要素：

本发明针对上述提出的不足提供了一种可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供的可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，包括纤维性teng组，多层盘式teng转子、多层盘式teng定子；所述的纤维性teng组采用圆柱形结构体，纤维性teng组的顶端为圆环，底端为镂空圆盘，圆环与圆盘与之间通过若干根可伸缩的纤维基摩擦电纳米发电机支撑；多层盘式teng转子布置在圆柱形结构体内，多层盘式teng转子的每一层转子由若干扇形的转子组成，每个扇形转子围绕d型轴周为中心沿圆周排列，d型轴顶端负重杆；多层盘式teng定子的每一层由若干扇形的定子组成，每层盘式teng转子嵌入相邻的两层盘式teng定子之间。

本发明所述的可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，纤维性teng组的顶端为圆环由可伸缩的纤维基摩擦电纳米发电机向任意方向倾斜；所述的负重杆与绕d型轴旋转，d型轴旋转带动多层盘式teng转子在多层盘式teng定子之间旋转。

本发明所述的可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，所述的纤维性teng组的纤维基摩擦电纳米发电机为6个，其中纤维基摩擦电纳米发电机的芯纤维由硅橡胶制备而成，芯纤维外表面设有导电碳纳米管，导电碳纳米管的外侧缠绕铜微丝。

本发明所述的可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，所述的多层盘式teng转子其表面具有铝膜作为附着的摩擦电层；多层盘式teng定子表面以聚四氟乙烯（ptfe）薄膜作为其他摩擦电层或具有储存电荷的超疏水材料。

本发明所述的可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，还包括电流整合装置，所述的多层盘式teng转子与多层盘式teng定子上分别设有电极，多层盘式teng转子上的电极并联为一路，多层盘式teng定子上的电极并联为一路，两路电极相连且之间与电流整合装置相连；所述的纤维性teng组的纤维基摩擦电纳米发电机与外侧铜微丝上设有电极且电极与电流整合装置相连；由电流整合装置进行电流输出。

有益效果

本发明提供的可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，在现有的多种单独超疏水纳米发电机机构的基础上，提出了一种组合型的发电机，充分利用了各种纳米发电机的特点，借助了降雨天气下雨滴的电荷以及物体运动的机械能。从上可以看出，它具有环境友好，高效率，便携的特点。

附图说明

图1是本发明整体机械结构原理图；

图2本发明纤维状teng组结构图；

图3是本发明多层盘式teng定子结构图；

图4是本发明多层盘式teng转子结构图；

图5是本发明发电流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明进一步详细说明：

如图1所示：一种可携带式雨季多纳米发电机联合发电装置，整体是一扁圆柱形的结构，上表面为一圆环，可随意倾斜，倾斜角度有限。下表面为一镂空圆盘结构，可让水穿过。上表面圆环与下表面圆盘通过数根可伸缩弹性结构相连，这些伸缩弹性结构均为高伸缩性纤维基摩擦电纳米发电机，伸缩范围有限，且保持与圆盘相对直立。圆柱中心部分由多层盘式摩擦纳米发电机组成，发电机每一层中，由聚四氟乙烯(ptfe)定子以及铝(al)膜转子组成，每个转子和定子都是扇叶形结构。所有转子中心通过d型轴相对固定，这样可以保证多层转子叶片相位相同，d型轴的轴承旋转点在下表面圆盘中心，d型轴在与上表面圆环等高处固定一个带一定倾角的负重杆。此杆跨过上表面圆环，且施加重力于圆环上。所有定子通过在扇叶边缘通过立柱和下表面圆盘相对固定，并且保证定子的扇叶之间没有偏差角（同相位）。所有定子扇叶中心有圆孔且直径略大于d型轴。这样达到这样的机械效果：当该装置的转子转动时，负重杆连接d型轴旋转使得上圆环以某一固定倾角绕中心轴（d型轴）旋转，可以使连接上圆环和下圆盘的纤维状teng组长度规律性变化；与此同时，d型轴带动转子扇叶同相同速旋转，使多层盘teng定子和转子扇叶之间的相对面积规律性变化。

如图2所示：包括纤维状teng组和多层盘式teng，而多层盘式teng包括定子和转子两部分组成。纤维状teng组是6组纤维状teng在下圆盘靠近圆盘外围处等分地竖直排布，纤维状teng组正常状态下长度相同，上端与一圆环（上表面光滑）固定。

如图3所示多层盘式teng的定子部分由3层6叶扇叶型结构组成，丙烯酸类片材用于制成扇叶结构底物，ptfe薄膜作为表面材料。此三层6叶扇叶结构间距相同并且此间距大于转子扇叶厚度。此三层扇叶结构扇叶之间无相角偏差并且在扇叶边缘通过立柱与下圆盘固定。

如图4所示：多层盘式teng转子部分包括三组6叶扇叶型叶片结构、d型轴和一个负重杆组成。扇叶型结构由丙烯酸类片材制成扇叶结构底物，al薄膜作为表面材料。定子结构叶片下表面与转子结构叶片上表面相贴近，3组叶片无相角偏差并且中心由d型轴相连，这样可保证转子转动时叶片之间不会出现旋转相量偏差。d型轴下端与下圆盘中心通过轴承装置连接，d型轴上端与与水平方向成一定倾角的负重杆固定，该倾角可保正圆环在该角度位置上被压迫，即该角度上的纤维状teng受到最大压力。

如图5所示：本发明还提出了基于上述发电机的发电方法，该装置整体上可以做到：当该装置的转子转动时，负重杆与d型轴固定并且围绕d型轴旋转，从而使得上圆环以与水平面呈现某一固定倾角的模式绕中心轴（d型轴）旋转。如此旋转一圈，对于每一组纤维状teng，长度变化过程是相同的，从而可以倍增输出纤维状teng的输出电压；与此同时，d型轴带动转子扇叶同相同速旋转，使多层盘teng定子和转子扇叶之间的相对面积规律性变化。再整合纤维状teng组和多层盘式teng的输出电压，用于储存或者输出。

本发明涉及要的电路设计部分：

该系统所用电路主要覆盖于每个teng中，每个teng都有电容两极板。对于多层盘式纳米发电机，在定子和转子上的每一片扇叶处加一电极，定子所有电极电路并联至一路，转子所有电极并联至一路，两路电极相连，中间串有电流整合装置。对于高伸缩性纤维基摩擦电纳米发电机，在所有内伸缩材料加一电极，在所有外置弹簧加一电极，每一个纳米发电机的两个电极相连，中间串有电流整合装置。

这个系统包括能量来源以及能量收集部分：

1)能量来源：

a)利用负重杆，通过人的运动，使得负重杆具有了摆动动能，这部分动能就是一部分能量来源，。

b)降雨的雨滴是偏酸性的，且降落的过程中通过与空气摩擦，由摩擦电效应知雨滴会附着一定的电荷，当雨水滴落在ptfe膜上时，由于ptfe是一种超疏水材料，这种材料表面会感应出电荷，并且水滴滑落后这部分电荷仍然可以保存在膜上，这是另外一部分能量来源。

2)能量收集部分：

a)弹簧伸缩结构，即高伸缩性纤维基摩擦电纳米发电机：

利用弹性形变引起电容两极板距离的变化，从而产生感生电荷。

本系统通过负重杆的旋转位置变化引起系统上表面的倾斜角变化，使得多根这样的弹性伸缩结构由于上表面的上下晃动而呈现规律性的弹性伸缩，这种弹性伸缩反映在纤维状teng里会导致铜微丝和聚合物基体之间的距离规律性变化，从而使铜微丝和cnt层之间获得交流电输出。

b)多层扇叶结构，即多层盘式摩擦纳米发电机：

利用扇叶旋转引起电容两极板相对面积的变化，从而产生感生电荷。

本系统通过负重杆由于运动带来的摆动动能，使得扇叶旋转，通过多层的扇叶结构，可以充分利用降落的雨滴中的电荷。材料本身是利用ptfe材料，即超疏水材料，可以实现水滴的快速流动，提高电荷的传递效率。

（4）基于上述系统结构，该系统的发电原理如下：

首先该结构需放置于运动物体身上，并且在降雨天气下。

当雨水落在该系统上时，通过系统结构引导，雨水将流过系统中心的多层扇叶结构，由于雨水中带有电荷，因此电容的另一极板会产生感应电荷，造成两极板间产生电势差，因此电子会流过极板之间的电路，从而储能。其中，定子扇叶上附有超疏水材料聚四氟乙烯(ptfe)，因此流过的雨滴会迅速流走，从而加速电子流动，提高效率。

另外，部分落在圆环上的雨水同样会引导至数根伸缩结构上。此时，由于运动物体带动重物摆动，引起圆环的不稳定运动，此时会带动伸缩结构，进行上下拉伸压缩。此时每根伸缩结构中心都会产生感应电荷，电容内外极板间产生电势，电子会流过电容极板间的电路，进行储能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。