[发明专利]一种利用旋转驻极体的微型发电机

说明书

技术领域

本发明涉及微型电动机的技术领域，具体涉及一种利用旋转驻极体的微型发电机，可以对气流流动做出响应，从而实现能量的收集，将分布在环境的中能量转换成电能，提供一种新的能量采集方式。

背景技术

随着世界人口不断的增长，石油资源不断的消耗，能源缺乏问题日益成为全世界关注的焦点。相对于大自然说蕴含的能量来说，石化能源仅仅是能源的一部分，还用很多能源未被利用，像太阳能，机械振动能，生物化学反应能，热能，空气流动能。风力发电机是一种常见的收集空气流动能的设备，但是风力发电机对较小的空气流动不能做出响应，而且占用面积较大。另外，除了风力发电机能够收集的风能之外，低速流动的气流也蕴含着巨大的能源，将该部分能源利用起来对缓解能源的匮乏是一个很好途径。

发明内容

本发明提出一种利用旋转驻极体的微型发电机，可以对气流流动做出响应，将分布在环境的中能量转换成电能，从而实现能量的收集，提供一种新的能量采集方式。

实现本发明的技术方案是：一种利用旋转驻极体的微型发电机，包括外壳和盖板，包括驻极体组件和磁铁结构；所述驻极体组件由热解石墨转子、绝缘层、驻极体层自下而上层叠结合而成；所述采集电极组件由盖板和采集电极组成；所述盖板内侧设置有采集电极；所述采集电极组件整体呈圆形，其包括至少两个采集电极。

所述磁铁结构由钕铁硼或钐钴永磁体构成，磁铁结构包括一个内磁铁和一个外环磁铁，所述外环磁铁套在内磁铁的外周，外环磁铁和内磁铁的磁化方向均沿轴向、且外环磁铁和内磁铁的磁化方向相反。

所述绝缘层的直径不大于热解石墨转子的直径，驻极体层的直径不大于绝缘层的直径，驻极体组件悬浮于磁铁结构正上方。由于驻极体组件自由悬浮与磁铁结构上方，转子自身受到阻力非常微弱，当气流从进气孔进入时，吹动驻极体组件转动，从而改变了驻极体结构与采集电极的相对面积，进而引起采集电极上感应电荷的变化，随着气流的持续进入，驻极体组件连续转动，采集电极与驻极体结构上的相对面积将呈现周期性变化，于是采集电极上的电荷也呈现周期性变化。所述采集电极与特制能量管理电路相连接。

所述热解石墨转子的外径大于外环磁铁的内径、小于外环磁铁的外径。

所述的采集电极组件与驻极体组件之间设有间距。

所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有进气孔和排气孔，气体引入口与热解石墨转子设置在同一水平面上。进气孔可以设置为锥形孔，外面大里面小，气流经过由锥形孔的大端口进入小端口喷出后，气流受到压缩，气流速度将增加，也可附设其他辅助进气装置以达到增大气流的作用，气流速度增大有助于驱动驻极体组件。

所述驻极体组件为齿轮形，驻极体层由齿轮形或扇形驻极体组成，驻极体均匀分布在热解石墨转子上表面。所述齿轮为至少三个均匀分布在其外圆周上的齿轮，高定向热解石墨转子呈圆盘形，由于永久磁铁组件形成的磁场区域具有圆周对称性，采用圆盘形的转子其所受抗磁力在圆周方向也是均匀的，可以增加高定向热解石墨转子悬浮状态的稳定性。

所述驻极体组件呈圆盘形，高定向热解石墨转子也呈圆盘形，由于永久磁铁组件形成的磁场区域具有圆周对称性，采用圆盘形的转子其所受抗磁力在圆周方向也是均匀的，可以增加高定向热解石墨转子悬浮状态的稳定性，驻极体结构为圆盘形则需要配合保护电极使用，保护电极可以是扇形、条形或者其他形状，其均匀分布于圆盘形驻极体层表面，保护电极需要使用不导磁的金属材料，避免受到磁铁的机构的吸引减少悬浮高度，而且材料的密度要小，避免因为重量比较大而减少悬浮的可能性，比如金属铝就比较适合，另外保护电极可以增加驻极体层的表面势能，而且不能被磁体吸引，密度小，方便MEMS加工。

所述驻极体组件呈现齿轮形，驻极体结构可以是齿轮叶片形状或者是其他形状，这些结构均匀分布与热解石墨转子上表面，由于石墨是脆性材料，不宜才用传统的加工方法加工，即使是采用激光切割也不能很好的保证其形状精度。但是，石墨具有良好的导电性，可以采用微电火花放电加工（micro-electro-discharge machining，μEDM）方法进行加工。

所述保护电极由不导磁材料制成。

驻极体组件上驻极体薄膜可以根据不同的使用需求选用不同的驻极体材料，有些驻极体的电荷密度高，像SiO₂，有些驻极体材料电荷保留时间比较长，能够达到好几百年，像Teflon。