一种新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机

本发明涉及发电机，尤其涉及一种新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机。

背景技术：

1、摩擦纳米发电机作为一种新的能量转换方式，能够有效的将各种机械能转化为电能，受到了广泛的关注，被认为有望解决各种小型物联网电子设备的供电问题。但是目前摩擦纳米发电机在实际应用中还存在着许多问题。其中，如何提高摩擦纳米发电机的发电效率和发电量是技术人员研究的重点。

2、目前，摩擦纳米发电机中两种摩擦电材料之间的接触大多是刚性接触，摩擦力较大，降低了摩擦纳米发电机的发电效率，同时也限制了通过增大摩擦发电面积来提高摩擦纳米发电机的发电量的可能性，因为摩擦力会随着接触面积的增大而迅速增大。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机。

2、一种新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机，包括电磁发电装置和摩擦发电装置，所述摩擦发电装置包括套筒、双层转子和外壳，所述双层转子的外层外侧设置有与外壳内侧的第一电极层配合接触的第一摩擦层，所述双层转子的外层内侧设置有与套筒外侧的第二电极层配合接触的第二摩擦层，所述双层转子的转子中心轴外侧设置有与套筒内侧的第三电极层配合接触的第三摩擦层，所述双层转子能相对于套筒和外壳转动，带动第一摩擦层与第一电极层、第二摩擦层与第二电极层、第三摩擦层与第三电极层相对移动，进行摩擦发电；所述电磁发电装置包括磁铁单元和线圈单元，所述双层转子转动时还能带动所述磁铁单元相对于线圈单元发生相对旋转运动，进行电磁发电。

3、进一步的，所述第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层的材料均为绝缘有机薄膜，薄膜厚度为0.05mm-0.1mm，所述第一电极层、第二电极层和第三电极层的材料均为金属薄膜。

4、进一步的，所述双层转子包括转子中心轴和转子外层，所述转子外层固定安装于所述转子中心轴外侧；所述转子中心轴的上端和下端分别通过轴承与上端盖和下端盖连接，所述转子中心轴的上端和下端分别通过上端盖和下端盖中心处开孔伸出；所述线圈单元安装于所述上端盖下方的凹槽内，所述磁铁单元安装于所述转子外层上部圆盘的凹槽内。

5、进一步的，所述磁铁单元与线圈单元的数量相同且形状一致。

6、本发明的有益效果为：本发明使用具有良好弹性的柔性薄膜作为摩擦电材料，实现了摩擦电材料之间的柔性接触，减小了摩擦力，提高了摩擦纳米发电机的发电效率，同时采用了多层嵌套结构增大了摩擦发电面积，提高了摩擦纳米发电机的发电量，此外，将摩擦发电装置与电磁发电装置进行耦合，实现摩擦纳米发电机与传统电磁发电机的优势互补。3d打印结构部件可实现定制化、数字化加工，成本低廉。

技术特征：

1.一种新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机，其特征在于，包括电磁发电装置和摩擦发电装置，所述摩擦发电装置包括由内到外顺次设置的套筒、双层转子和外壳，所述双层转子的外层外侧设置有与外壳内侧的第一电极层配合接触的第一摩擦层，所述双层转子的外层内侧设置有与套筒外侧的第二电极层配合接触的第二摩擦层，所述双层转子的转子中心轴外侧设置有与套筒内侧的第三电极层配合接触的第三摩擦层，所述双层转子能相对于套筒和外壳转动，带动第一摩擦层与第一电极层、第二摩擦层与第二电极层、第三摩擦层与第三电极层相对移动，进行摩擦发电；所述电磁发电装置包括磁铁单元和线圈单元，所述双层转子转动时还能带动所述磁铁单元相对于线圈单元发生相对旋转运动，进行电磁发电。

2.根据权利要求1所述的新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层的材料均为绝缘有机薄膜，薄膜厚度为0.05mm-0.1mm，所述第一电极层、第二电极层和第三电极层的材料均为金属薄膜。

3.根据权利要求1所述的新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机，其特征在于，所述双层转子包括转子中心轴和转子外层，所述转子外层固定安装于所述转子中心轴外侧；所述转子中心轴的上端和下端分别通过轴承与上端盖和下端盖连接，所述转子中心轴的上端和下端分别通过上端盖和下端盖中心处开孔伸出；所述线圈单元安装于所述上端盖下方的凹槽内，所述磁铁单元安装于所述转子外层上部圆盘的凹槽内。

4.根据权利要求1所述的新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机，其特征在于，所述磁铁单元与线圈单元的数量相同且形状一致。

技术总结
本发明涉及一种新型摩擦与电磁耦合的纳米发电机，包括电磁发电装置和摩擦发电装置，所述摩擦发电装置包括套筒、双层转子和外壳，双层转子的外层外侧设置有与外壳内侧的第一电极层配合接触的第一摩擦层，双层转子的外层内侧设置有与套筒外侧的第二电极层配合接触的第二摩擦层，双层转子的转子中心轴外侧设置有与套筒内侧的第三电极层配合接触的第三摩擦层。本发明实现了摩擦电材料之间的柔性接触，减小了摩擦力，提高了摩擦纳米发电机的发电效率，提高了摩擦纳米发电机的发电量，此外，将摩擦发电装置与电磁发电装置进行耦合，实现摩擦纳米发电机与传统电磁发电机的优势互补。

技术研发人员：彭望,倪千秋,廖凌祎,许其辉,廖庆喜,梅青松
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12