一种新型低阻力直流摩擦电-电磁复合式发电机的制作方法

本发明涉及发电机，具体涉及一种新型低阻力直流摩擦电-电磁复合式发电机。

背景技术：

1、随着5g技术的日益成熟，万物互联的时代将逐步步入日常生活。未来将有数以亿计的传感器应用于物联网以实现信息的实时采集。然而，为数以亿计的传感器及其网络供能已成为现在亟待解决的问题。目前主要采用传统电池方式为传感器供电，受制于电池使用寿命短、需要周期性充电、所含有害物质较多等缺点，传统电池无法满足物联网传感网络持续、长周期供电需求，因此，开发设计一种可以采集风能的小型化、超高续航、废弃无污染、高效能源器件将有望解决物联网传感网络持续供电问题。

2、自然环境中充斥着多种形式的能量，如太阳能、风能、温差能等。通过一定技术手段将上述能量转化为电能为低功耗传感网络供电将成为解决物联网单元器件供电的有效途径。目前，风能因其分布广泛、清洁可再生等优点逐渐成为理想能源。小型化风力发电机根据其换能机制的不同可以分为电磁式发电机、摩擦纳米发电机、压电纳米发电机以及复合式纳米发电机。其中，相比较于其他几类发电机，压电纳米发电机用于风能采集较少。电磁式发电机是基于法拉第电磁感应原理研制而成，其输出性能主要取决于磁通量的变化量以及对应线圈匝数，较适用于高风速条件。电磁式发电机对高频响应较好，对低频响应较差，而摩擦纳米发电机在低频或低风速下也能保持较高输出；因此，亟需一种不仅可以实现能量的最大化转换效率、还可以拓宽能量采集器工作频带的摩擦电-电磁复合式纳米发电机。同时，由于传统摩擦纳米发电机输出交流电无法直接为低功耗设备供能，必须经过整流桥将交流电转化为直流电后方可为后续电路功能，因此，研发直流摩擦纳米发电机不仅可以减少电子元器件的使用，还可以避免因整流电路的介入而造成额外的能量损耗。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种新型低阻力直流摩擦电-电磁复合式发电机，以解决相关技术中风能发电效率较低的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种新型低阻力直流摩擦电-电磁复合式发电机，包括外壳，所述外壳外壁转动设置有转动轴，所述转动轴的一端延伸至外壳内且设置有旋转体，所述旋转体外壁设置有磁铁组，所述外壳内壁设置有线圈，所述线圈用于在所述旋转体旋转时切割磁铁组磁感线；所述旋转体上设置有第一摩擦层，所述外壳内设置有固定体，所述固定体上设置有第二摩擦层，所述第一摩擦层在所述旋转体旋转时与第二摩擦层进行摩擦发电。

4、进一步地，所述旋转体为内部中空的旋转筒，所述第一摩擦层为电负性摩擦层，所述电负性摩擦层沿旋转筒周向设置于旋转筒内筒壁上；所述固定体为固定轴，所述转动轴、旋转筒以及固定轴的中轴线相重合，所述固定轴一端与外壳内底壁相连、另一端穿过旋转筒底壁后延伸至旋转筒内部，所述第二摩擦层包括电正性摩擦层，所述电正性摩擦层位于固定轴位于旋转筒内部的一端，所述电正性摩擦层与电负性摩擦层相抵紧。

5、进一步地，所述电正性摩擦层设置有多个，多个所述电正性摩擦层沿固定轴的周向间隔且均匀设置；所述电负性摩擦层靠近旋转筒内筒壁的一侧沿旋转筒周向间隔且均匀设置有多个第一电极层以及多个第二电极层，所述第一电极层与第二电极层交错设置，多个所述第一电极层之间电性连接，多个所述第二电极层之间电性连接，所述电正性摩擦层与第一电极层数量一致，且多个所述摩擦面可与多个第一电极层一一对应；所述外壳内设置有直流输出组件，所述直流输出组件包括环状载体，所述环状载体设置在旋转筒内部，所述环状载体上沿周向间隔且均匀设置有多个第一导电环电极以及多个第二导电环电极，所述第一导电环电极与第二导电环电极的交错设置，所述第一导电环电极与第一电极层数量相同，多个所述第一导电环电极之间电性连接，多个所述第二导电环电极之间电性连接；所述旋转筒外壁设置有两个滚动电极，且任意一个所述滚动电极与第一电极层电性连接、另一个滚动电极与第二电极层电性连接，两个所述滚动电极远离旋转筒的一端随旋转筒旋转而在多个第一导电环电极以及多个第二导电环电极表面交替滚动，且所述第一导电环电极与任意滚动电极相抵接的任意时刻，所述第二导电环电极与另一个滚动电极相抵接。

6、进一步地，所述第一电极层与第二电极层沿旋转筒周向的宽度相同，任意相邻的所述第一电极层与第二电极层之间的距离相同；所述电正性摩擦层与电负性摩擦层之间沿旋转筒周向的摩擦面宽度小于或等于第一电极层以及第二电极层沿旋转筒周向的宽度，所述摩擦面宽度大于或等于两个相邻的第一电极层与第二电极层之间的距离；所述第一导电环电极与第二导电环电极沿环状载体周向的长度相同，任意相邻的所述第一导电环电极与第二导电环电极之间的距离相同。

7、进一步地，所述转动轴位于外壳外部的一端设置有风帽。

8、进一步地，所述固定轴位于旋转筒内部的一端沿周向间隔且均匀设置有多块固定板，多块所述固定板上均设置有弹片，多个所述弹片均沿旋转筒的同一时针方向弯曲，多个所述弹片背离弯曲方向的一侧面均设置有所述电正性摩擦层，多个所述弹片均通过自身弹性将对应电正性摩擦层与电负性摩擦层相抵紧。

9、进一步地，所述外壳内底壁沿旋转筒周向设置有六个线圈，所述环状载体位于外壳的内底壁上，多个所述线圈均位于环状载体的内圈，所述磁铁组包括六个磁铁，六个所述磁铁沿旋转筒外底壁的周向设置，所述旋转筒旋转时，每个所述线圈均可切割所有磁铁的磁感线。

10、进一步地，多个所述磁铁的一个磁极朝向外壳内底壁、另一磁极朝向外壳内顶壁，多个所述线圈的内圈中轴线一端朝向外壳内底壁、另一端朝向外壳内顶壁。

11、进一步地，相邻两个所述磁铁的磁极方向相反。

12、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

13、1、 通过自然风驱动风帽做圆周运动，由风帽带动转动轴以及旋转筒同步转动，使得旋转筒与外壳之间发生相对运动，一方面，磁铁运动导致穿过线圈的磁通量发生变化，从而在线圈内产生感应电荷，电荷流经外部电路形成交流电，再使用整流电路将交流电转换为直流后通过电容或者电池灯储能单元将电能储存，另一方面，旋转筒带动电负性摩擦层旋转且与固定轴上的电正性摩擦层发生滑动摩擦，电负性摩擦层与电正性摩擦层之间因摩擦产生等量异种电荷，通过外部电路可将电荷引出形成电流，本方案适用于自然环境中对于风能的采集，通过将摩擦电与电磁换能模式集成至同一外壳器件中，不仅可以实现对风能的较大程度转化，还可以扩宽整体器件的响应频带；

14、2、电正性摩擦层在第一电极层与第二电极层之间过渡时，第一电极层与第二电极层之间的电流方向开始变化，与此同时，第一导电环电极也与其中一个滚动电极分离，而与另一个滚动电极电性连接，第二导电环电极与滚动电极的连接也发生交换，导致第一电极层与第二电极层之间的电流经过直流输出组件的方向一致，第一电极层与第二电极层之间的电流经过直流输出组件时，要么均从第一导电环电极流入、而从第二导电环电极流出，或者均从第二导电环电极流入、而从第一导电环电极流出，实现了摩擦电的直流输出，可减少整流元器件的使用，还可以减少因整流电路的介入而造成摩擦电中额外的能量损耗。