纳米发电机以及纳米发电机系统

摘要

本发明涉及纳米发电机领域，具体而言，涉及一种纳米发电机以及纳米发电机系统。该纳米发电机，包括：第一发电机构、第二发电机构以及驱动机构。其中，第一发电机构包括线圈和磁铁。第二发电机构包括第一摩擦组件和第二摩擦组件。驱动机构包括转盘和螺旋杆。转盘上设置有通孔部；螺旋杆穿过通孔部，磁铁设置在转盘上；第一摩擦组件设置在转盘上。当螺旋杆在竖直方向发生运动时，转盘相对螺旋杆转动，第一摩擦组件与第二摩擦组件发生摩擦，从而实现摩擦发电。同时，当螺旋杆在竖直方向发生运动时，转盘相对螺旋杆转动，线圈切割磁铁产生的磁感线，实现电磁发电。

权利要求

1.一种纳米发电机，其特征在于，包括：第一发电机构；所述第一发电机构包括线圈和磁铁；

第二发电机构；所述第二发电机构包括第一摩擦组件和第二摩擦组件；以及驱动机构；所述驱动机构包括转盘和螺旋杆；所述转盘上设置有通孔部；所述螺旋杆穿过所述通孔部，所述磁铁设置在所述转盘上；所述第一摩擦组件设置在所述转盘上，当所述螺旋杆在竖直方向发生运动时，所述转盘相对所述螺旋杆转动，所述第一摩擦组件与所述第二摩擦组件发生摩擦；所述线圈切割所述磁铁产生的磁感线；

所述第一摩擦组件包括至少一个塑料片；所述第二摩擦组件包括至少一个电极片；当所述转盘转动时，至少一个所述塑料片与至少一个所述电极片发生摩擦；

每一个所述塑料片均具有第一表面和相对的第二表面；所述第一表面用于与所述电极片摩擦；所述第二表面连接有海绵材料层；

所述磁铁包括多个；每一个所述海绵材料层上均连接有一个所述磁铁；

所述纳米发电机还具有壳体；所述转盘设置在所述壳体内；所述电极片设置在所述壳体的内壁上；

所述纳米发电机还具有盖体和底座；

所述盖体和所述底座分别连接于所述壳体的相对的两端；

所述螺旋杆穿过所述盖体和所述底座。

2.如权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，所述通孔部具有“8”字型通孔。

3.如权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，所述塑料片由聚四氟乙烯材料制成。

4.如权利要求2所述的纳米发电机，其特征在于，所述通孔部固定连接于所述转盘。

5.如权利要求1-4任一项所述的纳米发电机，其特征在于，所述螺旋杆具有第一端和相对的第二端；

所述第一端设置有底托。

6.一种纳米发电机系统，其特征在于，所述纳米发电机系统包括如权利要求1-5任一项所述的纳米发电机；以及采集系统；所述采集系统包括多个变压器和整流桥；所述第一发电机构的外电路连接所述整流桥；所述第二发电机构的外电路连接所述变压器和所述整流桥。

说明书

纳米发电机以及纳米发电机系统

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米发电机领域，具体而言，涉及一种纳米发电机以及纳米发电机系统。

背景技术

[0002] 纳米发电机，是在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机。目前纳米发电机可以分为3类。

[0003] 一类是压电纳米发电机，压电纳米发电机是利用特殊纳米材料的压电性能与半导体性能，把弯曲和压缩的机械能转变为电能的微型发电机。

[0004] 还有一类是摩擦纳米发电机，摩擦发电机利用了两种对电子舒服能力不同的材料，相互接触时得失电子而在外电路产生电流的微型电机。目前主要有四种模式，垂直接触分离，平面滑动式，单电极式，独立层式。第三类为热释电纳米发电机。

[0005] 现有技术中这种摩擦纳米发电机发电形式单一，效率低。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种纳米发电机，能够实现电磁、摩擦两种发电形式。

[0007] 本发明的目的在于提供一种纳米发电机系统，该纳米发电机系统，电学性能良好。

[0008] 为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

[0009] 一种纳米发电机，包括：第一发电机构；第一发电机构包括线圈和磁铁；第二发电机构；第二发电机构包括第一摩擦组件和第二摩擦组件；以及驱动机构；驱动机构包括转盘和螺旋杆；转盘上设置有通孔部；螺旋杆穿过通孔部，磁铁设置在转盘上；第一摩擦组件设置在转盘上，当螺旋杆在竖直方向发生运动时，转盘相对螺旋杆转动，第一摩擦组件与第二摩擦组件发生摩擦；线圈切割磁铁产生的磁感线。

[0010] 在本发明较佳的实施例中，通孔部具有“8”字型通孔。

[0011] 在本发明较佳的实施例中，第一摩擦组件包括至少一个塑料片；第二摩擦组件包括至少一个电极片；当转盘转动时，至少一个塑料片与至少一个电极片发生摩擦。

[0012] 在本发明较佳的实施例中，塑料片由聚四氟乙烯材料制成。

[0013] 在本发明较佳的实施例中，每一个塑料片均具有第一表面和相对的第二表面；第一表面用于与电极片摩擦；第二表面连接有海绵材料层；磁铁包括多个；每一个海绵材料层上均连接有一个磁铁。

[0014] 在本发明较佳的实施例中，纳米发电机还具有壳体；转盘设置在壳体内；电极片设置在壳体的内壁上。

[0015] 在本发明较佳的实施例中，纳米发电机还具有盖体和底座；盖体和底座分别连接于壳体的相对的两端；螺旋杆穿过盖体和底座。

[0016] 在本发明较佳的实施例中，通孔部固定连接于转盘。

[0017] 在本发明较佳的实施例中，螺旋杆具有第一端和相对的第二端；第一端设置有底托。

[0018] 一种纳米发电机系统，纳米发电机系统包括如上述的纳米发电机；以及采集系统；采集系统包括多个变压器和整流桥；第一发电机构的外电路连接整流桥；第二发电机构的外电路连接变压器和整流桥。

[0019] 本发明的有益效果是：

[0020] 本发明提供的一种纳米发电机，包括：第一发电机构、第二发电机构以及驱动机构。其中，第一发电机构包括线圈和磁铁。第二发电机构包括第一摩擦组件和第二摩擦组件。驱动机构包括转盘和螺旋杆。转盘上设置有通孔部；螺旋杆穿过通孔部，磁铁设置在转盘上；第一摩擦组件设置在转盘上。当螺旋杆在竖直方向发生运动时，转盘相对螺旋杆转动，第一摩擦组件与第二摩擦组件发生摩擦，从而实现摩擦发电。同时，当螺旋杆在竖直方向发生运动时，转盘相对螺旋杆转动，线圈切割磁铁产生的磁感线，实现电磁发电。这种结构将螺旋杆的竖直运动转化为旋转运动，使得该纳米发电机能够实现两种形式的发电，同时实现了多模式的驱动，相对于现有技术中的单一方向进行驱动的形式，摩擦材料之间的相对运动周期大大缩短，大幅度提高了器件的运动效率。

[0021] 本发明提供的一种纳米发电机系统，纳米发电机系统包括如上述的纳米发电机以及采集系统。其中，采集系统包括多个变压器和整流桥；第一发电机构的外电路连接整流桥；第二发电机构的外电路连接变压器和整流桥。该纳米发电机系统应用范围广泛，只要有振动的地方都可以采用。

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0023] 图1为本发明第一实施例提供的纳米发电机的第一视角的结构示意图；

[0024] 图2为本发明第一实施例提供的纳米发电机的第二视角的结构示意图；

[0025] 图3为本发明第一实施例提供的纳米发电机的第三视角的结构示意图；

[0026] 图4为本发明第一实施例提供的纳米发电机的第四视角的结构示意图；

[0027] 图5为本发明第二实施例提供的纳米发电机系统的电路示意图；

[0028] 图6为本发明第二实施例提供的纳米发电机系统的第二发电机构在螺旋杆不同速度下的电学输出；

[0029] 图7为本发明第二实施例提供的纳米发电机系统的第一发电机构在螺旋杆不同速度下的电学输出；

[0030] 图8为本发明第二实施例提供的纳米发电机系统在外加负载下的输出。

[0031] 图标：100-纳米发电机；111-线圈；112-磁铁；121-第一摩擦组件；122-第二摩擦组件；123-塑料片；124-电极片；125-海绵材料层；130-壳体；131-盖体；132-底座；141-转盘；142-螺旋杆；143-通孔部；144-底托。

具体实施方式

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0033] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0035] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0036] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0037] 第一实施例

[0038] 请参照图1-图4，本实施例提供一种纳米发电机100，其包括第一发电机构、第二发电机构以及驱动机构。

[0039] 进一步地，第一发电机构包括线圈111和磁铁112。

[0040] 通过采用磁铁112和线圈111的相对运动，从而使得磁通量发生变化，进而产生电流。

[0041] 进一步地，第二发电机构包括第一摩擦组件121和第二摩擦组件122。

[0042] 通过第一摩擦组件121和第二摩擦组件122的相互摩擦，从而产生电流。

[0043] 该纳米发电机100通过设置第一发电机构和第二发电机构，实现了在一个发电机中，同时实现电磁和摩擦杂化两种形式发电。相对于现有技术中仅仅只有一种发电形式的纳米发电机，本实施例提供的纳米发电机100大幅度提高了器件的运动效率。

[0044] 进一步地，纳米发电机100包括有壳体130、盖体131和底座132。驱动机构包括转盘141和螺旋杆142。

[0045] 进一步地，壳体130具有第一端和相对的第二端。盖体131设置在第一端，底座132设置在第二端。

[0046] 转盘141设置在壳体130内。转盘141上设置有通孔部143。通孔部143固定连接在转盘141的中心位置。

[0047] 在通孔部143上设置有通孔，具体地，在本实施例中，上述的通孔具体的形状选择设置为“8”字型通孔。

[0048] 通过将上述的通孔具体的形状选择设置为“8”字型通孔，从而使得螺旋杆142能够和“8”字型通孔完美地配合。由于螺旋杆142的横截面大致呈“8”字形，因此螺旋杆142和“8”字形的通孔能够完美地匹配，进而当螺旋杆142在竖直方向运动时，具有“8”字形通孔的通孔部143正好能够带动整个转盘141相对于螺旋杆142转动，从而使得设置在转盘141上的第一摩擦组件121随着转盘141旋转，进而在转动的过程中不断地与第二摩擦组件122摩擦，实现摩擦发电。

[0049] 通过采用这种8字形的通孔与螺旋杆142相互配合，当螺旋杆142的受到外力作用时，能够将螺旋杆142的竖直运动转化成转盘141的旋转运动。相对于现有技术中，摩擦类纳米发电机需要借助叶片进行驱动，带动圆盘或叶片轴转动，使得摩擦材料之间相互摩擦的结构，本实施例提供的纳米发电机100的这种结构使得第一摩擦组件121和第二摩擦组件122之间的相对运动周期大大缩短，极大地提高了器件的运动效率。

[0050] 进一步地，第一摩擦组件121包括至少一个塑料片123；第二摩擦组件122包括至少一个电极片124；当转盘141转动时，至少一个塑料片123与至少一个电极片124发生摩擦。

[0051] 具体地，每一个电极片124均设置在壳体130的内壁上。每一个塑料片123均设置在转盘141上。

[0052] 进一步地，在本实施例中，壳体130的形状大致呈圆环形状，从而能够套设在转盘141的外部，当转盘141转动时，转盘141上的每一个塑料片123与壳体130内壁上的电极片
124相互接触摩擦，从而产生电流。

[0053] 进一步地，塑料片123由聚四氟乙烯材料制成。

[0054] 聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE)，一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料”。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易清洁水管内层的理想涂料。

[0055] 因此，在本实施例中，选择聚四氟乙烯材料制成第一摩擦组件121，有助于提高转盘141的转动速率，进一步使得摩擦材料之间的相对运动周期大大缩短。

[0056] 需要说明的是，在本发明其他可选的实施例中，上述的聚四氟乙烯材料可以选择用其他材料代替。具体地，只要第一摩擦组件121和第二摩擦组件122的材料之间存在得失电子能力的差异均可以采用。

[0057] 进一步地，磁铁112设置在转盘141上。磁铁112包括多个。具体地，每一个塑料片123均具有第一表面和相对的第二表面；第一表面用于与电极片124摩擦；第二表面连接有海绵材料层125；每一个海绵材料层125上均连接有一个磁铁112。

[0058] 需要说明的是，在本发明其他可选的实施例中，上述的海绵材料层125也可以选择其他可达到缓冲效果的材料制成。

[0059] 进一步地，线圈111设置盖体131内。当螺旋杆142在竖直方向发生运动时，转盘141相对螺旋杆142转动，从而能够带动设置在转盘141上的磁铁112转动，进而使得设置在盖体131内的线圈111切割磁铁112产生的磁感线，实现电磁发电。

[0060] 本实施例提供的纳米发电机100应用范围极广。只要有振动的地方都可以采取这种纳米发电机100。此外，在可以将竖直运动转化为旋转运动的应用场景中，比如活塞运动，汽车的制动系统中均可以采取这种纳米发电机100。同时外加无线传感模块也可以实现无线发射与传感检测。

[0061] 进一步地，螺旋杆142具有第一端和相对的第二端；第一端设置有底托144。

[0062] 通过在螺旋杆142的第一端设置底托144，有助于将震动通过底托144传递至螺旋杆142上，进而带动整个螺旋杆142在竖直方向发生运动，从而带动转盘141相对螺旋杆142转动，实现竖直运动转化为螺旋运动。解决了传统纳米摩擦发电机只能由单一方向进行驱动的形式，实现了多模式的驱动。

[0063] 第二实施例

[0064] 请结合图1和图5，本实施例提供一种纳米发电机系统，该纳米发电机系统包括如第一实施例提供的纳米发电机100以及采集系统。

[0065] 其中，采集系统包括多个变压器和整流桥；第一发电机构的外电路连接整流桥；第二发电机构的外电路连接变压器和整流桥。

[0066] 在上述的采集系统中外加无线传感模块也可以实现无线发射与传感检测。

[0067] 对本实施例提供的纳米发电机系统，考察电学性能。结果如图6-8。

[0068] 图6示出了本实施例提供的纳米发电机系统的第二发电机构在螺旋杆不同速度下的电学输出。

[0069] 图7示出了本实施例提供的纳米发电机系统的第一发电机构在螺旋杆不同速度下的电学输出。

[0070] 图8示出了本实施例提供的纳米发电机系统在外加负载下的输出。

[0071] 由上述检测试验可以看出，该纳米发电机系统具有良好的电学性能，应用范围广泛。

[0072] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。