一种行星滚轮式摩擦发电机

本技术属于新能源发电，一种行星滚轮式摩擦发电机。

背景技术：

1、环境中蕴含着丰富的能量，光照、温差、射频和机械运动等环境能量都可以转换为电能，可以为人类社会提供源源不断的清洁能源。在对环境能量的集中收集与转换方面，水电、光电、风电目前已经成为清洁能源的主流，在世界能源格局中占据重要地位。除此之外，还有许多应用场景，比如无人设备的现场供电和无线组网等，需要就地收集环境能量进行供电，以减小对有线电网和储能电池的依赖。

2、在现场能量收集方面，温差能和射频能分别存在能量分布尺度大和密度低的问题，发展前景有限；太阳能是目前应用广泛的成熟技术，但太阳能面板一般需要分立安装，光伏材料的价格也不便宜。相对来说，机械能是环境中储量最大的能量来源，风吹水流、振动摩擦等都可以用来发电。其中，微小型水力和风力发电技术比较成熟，它们面向风吹水流的流体运动，通过电磁感应现象发电，需要用到磁性和金属材料，在制造成本、轻量化和灵敏性上还有提升的空间。

3、摩擦发电可以在一定程度上克服电磁感应发电技术的不足，流动、振动、冲击、位移、旋转等环境运动都可转换为摩擦材料之间的相对运动，能量收集的现场适应性强，可选择的摩擦材料种类丰富，其表面作用可以大大减小设备的体尺度。摩擦纳米发电机作为一种新兴的环境能量收集技术，成熟的产品少，在研技术中滑动摩擦结构多，其能量捕获的灵敏性和电力输出的连续性都有较大的提升空间。

4、因此，需要一种轻量化、灵敏性高、电力输出稳定的摩擦发电装置来解决这一技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：一种行星滚轮式摩擦发电机，包括：行星转子、圆筒形定子、滚轮支架、滚轮，行星转子在圆筒形定子内同轴转动，滚轮支架两端分别连接行星转子与滚轮，滚轮环绕行星转子在圆筒形定子内壁摩擦滚动，行星转子的旋转轴、圆筒形定子的旋转轴、滚轮的旋转轴相互平行，滚轮外圆周壁的表面涂覆有第一摩擦薄膜，圆筒形定子内圆周壁涂覆有第二摩擦薄膜，第二摩擦薄膜由2n块呈瓦状的摩擦薄膜块等间隔排布在圆筒形定子的内圆周组成，摩擦薄膜块中的第2n块摩擦薄膜块经第一导线相互串联后作为一个输出电极，摩擦薄膜块中的第2n-1块摩擦薄膜块经第二导线相互串联后作为另一个输出电极；第一摩擦薄膜与第二摩擦薄膜为摩擦后发生电子转移的两种材质制成；由于第一摩擦薄膜与第二摩擦薄膜为涂覆在滚轮的外壁与圆筒形定子2内壁的内壁，因此薄膜厚度几乎可以忽略不计，且摩擦发电不需要电磁切割，只需要滚轮摩擦圆筒形定子内壁即可进行发电，因此不需要硅、磁等普通发电机材料，且重量可以做到远小于普通电机，需要的驱动力也远小于普通发电机，因此可以做到风吹水流、落叶振动都能够用来发电；而圆筒形定子内壁中，2n块瓦状均布的摩擦薄膜块也形成多电极定子结构，使得本实用新型输出电脉冲重合度大，提高了环境能量收集的灵敏度和电能转化效率。

2、优选的，所述第一摩擦薄膜为特氟龙薄膜，第二摩擦薄膜为铝箔薄膜。

3、优选的，所述第一摩擦薄膜、第二摩擦薄膜的涂覆方式包括：粘贴、印刷、物理溅射、化学沉积。

4、优选的，所述滚轮的数量为1至n个，两相邻滚轮与行星转子之间夹角度数为两相邻摩擦薄膜块与行星转子之间夹角度数的2n倍，全部滚轮在滚动时同步滚动接触第2n块摩擦薄膜块、同步滚动脱离第2n块摩擦薄膜块；滚轮的数量可以为1个或多个，当风吹水流、落叶振动的驱动力较小时，1个滚轮即可进行发电，当风吹水流、落叶振动的驱动力较大时，多个滚轮能够更连续、更稳定的发电，只要能保证滚轮同步接触同一根导线串联的摩擦薄膜块即可，这样即可使得滚轮在滚动摩擦发电时同步接触或脱离同一发电电极。

5、更优的，所述n的取值范围从1到18。

6、更优的，所述滚轮沿行星转子的转轴周向均匀分布；滚轮均布时，滚轮转动的整体离心力最小，因此，可以考虑当摩擦薄膜块的数量为2n时，滚轮的数量为n、n/2、n/4、n/8、n/16、n/32，以此类推。

7、优选的，所述滚轮支架为可沿径向伸缩的弹性伸缩支架，滚轮支架的固定端固定连接行星转子，滚轮支架的伸缩端转轴连接滚轮的滚轴，滚轮支架的固定端与滚轮支架的伸缩端之间设置有预紧弹簧；预紧弹簧的作用是保证滚轮与圆筒形定子内壁保持接触以提高发电效率，防止滚动中间脱离。

8、优选的，所述圆筒形定子的筒口两端分别设置有下盖板、上盖板，下盖板上设有下盖板轴承，上盖板上设有上盖板轴承，行星转子通过下盖板轴承、上盖板轴承分别转动连接下盖板、上盖板；下盖板、上盖板将滚轮与圆筒形定子内壁的发电结构密封，防止外物及灰尘进入，提高摩擦发电的效率和安全可靠性。

9、优选的，所述下盖板轴承、上盖板轴承为向心滚柱轴承，下盖板轴承、上盖板轴承相向或相背安装；向心滚柱轴承用于保证滚轮与圆筒形定子内壁的沿轴向的位置稳定，当风吹水流、落叶振动的驱动力较大时，不会因为外力较大而改变滚轮与圆筒形定子的轴向相对位置。

10、优选的，所述行星转子的输入端设置有动力捕获单元，动力捕获单元连接的扭矩输入装置包括风杯、叶轮、涡轮、齿轮、蜗杆、曲柄；可根据具体发电环境及需要确定采用动力捕获单元连接或对接动力扭矩的来源或者直接将风杯、叶轮、涡轮、齿轮类的动力叶片直接安装在动力捕获单元上。

11、本实用新型的有益效果是：

12、1、本实用新型通过将特氟龙作为第一摩擦薄膜涂覆在滚轮上，将铝箔作为第二摩擦薄膜涂覆在圆筒形定子内壁，通过滚轮滚动摩擦圆筒形定子内壁进行摩擦发电，本实用新型采用纳米摩擦发电，不需要硅、磁等特种材料，金属薄膜电极的体尺寸在亚毫米量级，成本低，重量轻。

13、2、本实用新型通过在圆筒形定子内壁中设置多块摩擦薄膜块形成多电极定子结构，采用多支臂行星滚轮式的转子结构，配合多电极的圆筒形定子结构，因此摩擦发电时转动惯量小，输出电脉冲重合度大，提高了环境能量收集的灵敏度和电能转化效率。

技术特征：

1.一种行星滚轮式摩擦发电机，包括：行星转子(1)、圆筒形定子(2)、滚轮支架(10)、滚轮(11)，所述行星转子(1)在所述圆筒形定子(2)内同轴转动，所述滚轮支架(10)两端分别连接行星转子(1)与所述滚轮(11)，所述滚轮(11)环绕行星转子(1)在圆筒形定子(2)内壁摩擦滚动，所述行星转子(1)的旋转轴、圆筒形定子(2)的旋转轴、滚轮(11)的旋转轴相互平行，其特征在于，所述滚轮(11)外圆周壁的表面涂覆有第一摩擦薄膜(12)，所述圆筒形定子(2)内圆周壁涂覆有第二摩擦薄膜(20)，所述第二摩擦薄膜(20)由2n块呈瓦状的摩擦薄膜块(21)等间隔排布在圆筒形定子(2)的内圆周上组成，所述摩擦薄膜块(21)中的第2n块摩擦薄膜块(21)经第一导线(22)相互串联后作为一个输出电极，所述摩擦薄膜块(21)中的第2n-1块摩擦薄膜块(21)经第二导线(23)相互串联后作为另一个输出电极；

2.根据权利要求1所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦薄膜(12)为特氟龙薄膜，所述第二摩擦薄膜(20)为铝箔薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦薄膜(12)、第二摩擦薄膜(20)的涂覆方式包括：粘贴、印刷、物理溅射、化学沉积。

4.根据权利要求1所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述滚轮(11)的数量为1至n个，两相邻滚轮(11)与行星转子(1)之间夹角度数为两相邻摩擦薄膜块(21)与行星转子(1)之间夹角度数的2n倍。

5.根据权利要求4所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述n的取值范围从1到18。

6.根据权利要求4所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述滚轮(11)沿所述行星转子(1)的转轴周向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述滚轮支架(10)为可沿径向伸缩的弹性伸缩支架，所述滚轮支架(10)的固定端固定连接行星转子(1)，所述滚轮支架(10)的伸缩端转轴连接滚轮(11)的滚轴，所述滚轮支架(10)的固定端与滚轮支架(10)的伸缩端之间设置有预紧弹簧(13)。

8.根据权利要求1所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述圆筒形定子(2)的筒口两端分别设置有下盖板(3)、上盖板(4)，所述下盖板(3)上设有下盖板轴承(30)，所述上盖板(4)上设有上盖板轴承(40)，所述行星转子(1)通过下盖板轴承(30)、上盖板轴承(40)分别转动连接下盖板(3)、上盖板(4)。

9.根据权利要求8所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述下盖板轴承(30)、上盖板轴承(40)为向心滚柱轴承，所述下盖板轴承(30)、上盖板轴承(40)相向或相背安装。

10.根据权利要求1所述的一种行星滚轮式摩擦发电机，其特征在于，所述行星转子(1)的输入端设置有动力捕获单元(14)，所述动力捕获单元(14)连接的扭矩输入装置包括风杯、叶轮、涡轮、齿轮、蜗杆、曲柄。

技术总结
本技术属于新能源发电技术领域,涉及一种行星滚轮式摩擦发电机，包括：行星转子、圆筒形定子、滚轮支架、滚轮；本技术通过将特氟龙作为第一摩擦薄膜涂覆在滚轮上，将铝箔作为第二摩擦薄膜涂覆在圆筒形定子内壁，通过滚轮滚动摩擦圆筒形定子内壁进行摩擦发电，本技术采用纳米摩擦发电，不需要硅、磁等特种材料，金属薄膜电极的体尺寸在亚毫米量级，成本低，重量轻。

技术研发人员：唐忠林,马鸿,王嘉鑫,陈彤彤,胥荣帆,刘仁财,刑挪亚,李韩腾
受保护的技术使用者：陕西工业职业技术学院
技术研发日：20230907
技术公布日：2024/4/7