[发明专利]一种旋转摆式电磁-摩擦复合发电机

说明书

本发明涉及一种旋转摆式电磁‑摩擦复合发电机，属于能量采集技术领域。该发电机包括：摩擦发电单元，电磁发电单元，动力单元和旋转叶片单元。其中，摩擦发电单元包括电极阵列和柔性叶片阵列；电磁发电单元包括永磁铁阵列和线圈阵列；动力单元包括钟摆质量块；旋转叶片单元包括扇叶和单向轴承。外筒、电极阵列和线圈阵列构成定子，单向轴承、扇叶、永磁铁阵列和柔性叶片阵列构成转子，钟摆受外界激励作为内部动力来源。本发明装置，一方面通过利用电磁‑摩擦复合式发电，提高能量转换效率；另一方面，通过钟摆和旋转叶片的组合，将往复运动转换为持续的旋转运动，能够收集超低频的人体运动机械能和波浪能并提高输出功率。

技术领域

本发明属于能量采集技术领域，涉及一种旋转摆式电磁-摩擦复合发电机。

背景技术

随着物联网技术的迅速发展，越来越多的微传感器被广泛应用于健康监测、环境保护、基础设施监测等各个领域。传统的供电方式不能满足这些微型设备无线性、便携性和环保等要求。几年来，微能源收集技术越来越受到重视，是一种可靠的、独立的供电策略。

人类运动能和波浪能在能量收集领域有着广阔的前景，人的运动和波浪的特征是超低频率的随机、不规则的振动。因此，传统的基于共振的振动能量采集器功率输出受到限制，相反，摆式转子的无限旋转运动可以很好的解决传统采集器的限制。基于摩擦起电与静电感应耦合的摩擦纳米发电机具有高能量转换效率、可靠性好等特点。但是存在输出电流低这个问题。利用低阻抗、高输出电流的电磁发电机可以作为一种互补的方法，可实现能量采集器的高输出性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋转摆式电磁-摩擦复合发电机，收集超低频率的人体运动能和波浪能，同时将低频转换为高频，提高输出功率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种旋转摆式电磁-摩擦复合发电机，包括：摩擦发电单元，电磁发电单元，动力单元和旋转叶片单元；

外筒、电极阵列和线圈阵列构成定子，单向轴承、扇叶、发电永磁铁阵列和柔性叶片阵列构成转子，其中：

所述摩擦发电单元包括：外筒，电极阵列和柔性叶片阵列，所述电极阵列固定于外筒内壁；所述柔性叶片阵列与扇叶连接，随旋转叶片转动且与电极阵列接触；

所述电磁发电单元包括：永磁铁阵列和线圈阵列，所述永磁铁阵列嵌于扇叶中随扇叶转动，所述线圈阵列固定于右端盖板上，线圈个数与永磁铁个数相同；

所述动力单元包括：钟摆质量块，所述钟摆质量块由金属材料钨或铜制成，与中心支撑轴固定在一起，通过外部机械运动激励，该钟摆由于重力或者惯性的作用发生往复运动带动中心支撑轴转动，即顺时针与逆时针交替；

所述旋转叶片单元包括：扇叶和单向轴承，所述单向轴承能够在一个方向上自由转动，而在另一个方向上，这里假定为顺时针方向，呈锁死状态，单向轴承嵌于扇叶中心并套在中心支撑轴上，且外圈与扇叶固定，内圈与中心支撑轴固定；当中心支撑轴顺时针旋转时带动单向轴承以及扇叶，即转子，顺时针旋转，由于转子重力和惯性的作用，即使中心支撑轴停止或反方向旋转，转子仍能保持原方向继续旋转一定时间。

可选的，所述永磁铁阵列中磁铁为圆柱体，其材料为钕铁硼；所述线圈阵列均匀分布于右端盖板上且与永磁铁阵列对应。

可选的，所述电极阵列均匀分布于外筒内侧表面，数量为偶数，所有电极串联形成电极1和电极2，且相邻两个电极分别位于电极1和电极2上；

所述两个电极由导电金属材料铜箔制作。

可选的，所述柔性叶片阵列一端粘贴在扇叶表面的支撑板上，另一端与电极阵列柔性接触；

所述柔性叶片为矩形，数量为电极数量的一半，由聚四氟乙烯薄膜材料制作。