風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂的問題。該風(fēng)力發(fā)電裝置包括：支撐筒、傳動(dòng)軸、至少一個(gè)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件以及摩擦發(fā)電機(jī)，其中，傳動(dòng)軸位于支撐筒的內(nèi)部，且傳動(dòng)軸的頂端從支撐筒的內(nèi)部伸出；風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的第一端為固設(shè)在傳動(dòng)軸頂端的固定端，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的第二端為能夠在風(fēng)力作用下帶動(dòng)傳動(dòng)軸相對(duì)于支撐筒轉(zhuǎn)動(dòng)的自由端；摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括：第一電極層和第二電極層，其中，第一電極層的第一端為固設(shè)在傳動(dòng)軸中部的固定端，第一電極層的第二端為能夠彎曲的自由端；第二電極層貼合固定在支撐筒的內(nèi)壁上，并且，第一電極層與第二電極層相互接觸。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步以及工業(yè)的迅猛發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來越多，在可利用的能源日趨減少的情形下，人類不得不尋找新能源。風(fēng)能作為自然界存在的巨大能量和清潔的可再生能源，由于其不需使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染的優(yōu)點(diǎn)，得到了人們的高度關(guān)注和廣泛應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電裝置的原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。其中包括將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能兩個(gè)過程。將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的方式大致有三種:靜電、壓電和電磁。傳統(tǒng)的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)通常采用電磁感應(yīng)的方式，這種風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)體積龐大，成本高昂，同時(shí)在運(yùn)輸和安裝的過程中，給用戶帶來了極大的不便；而壓電式風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)由于常規(guī)壓電材料復(fù)雜的化學(xué)成分及晶體結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)大功率與小尺寸的結(jié)合。
[0004]由此可見，傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電方式，無論其采用電磁感應(yīng)的方式還是采用壓電方式都具有無法彌補(bǔ)的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提供了一種風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂的問題。
[0006]一種風(fēng)力發(fā)電裝置，包括:支撐筒、傳動(dòng)軸、至少一個(gè)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件以及摩擦發(fā)電機(jī)，其中，所述傳動(dòng)軸位于所述支撐筒的內(nèi)部，且傳動(dòng)軸的頂端從所述支撐筒的內(nèi)部伸出；所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的第一端為固設(shè)在所述傳動(dòng)軸頂端的固定端，所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的第二端為能夠在風(fēng)力作用下帶動(dòng)所述傳動(dòng)軸相對(duì)于所述支撐筒轉(zhuǎn)動(dòng)的自由端；所述摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:第一電極層和第二電極層，其中，所述第一電極層的第一端為固設(shè)在所述傳動(dòng)軸中部的固定端，所述第一電極層的第二端為能夠彎曲的自由端；所述第二電極層貼合固定在所述支撐筒的內(nèi)壁上，并且，所述第一電極層與所述第二電極層相互接觸。
[0007]可選地，所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的自由端為風(fēng)杯和/或風(fēng)葉。
[0008]可選地，進(jìn)一步包括:支撐部件，所述支撐部件設(shè)置在所述第一電極層的第一側(cè)表面上，則所述第一電極層的第二側(cè)表面與所述第二電極層相互接觸。
[0009]可選地，所述第一電極層包括:層疊設(shè)置的第一電極和第一高分子聚合物絕緣層，所述第二電極層包括:層疊設(shè)置的第二電極和第二高分子聚合物絕緣層，其中，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸。
[0010]可選地，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。[0011]可選地，所述第一電極層包括第一電極，所述第二電極層包括:層疊設(shè)置的第二電極和第二高分子聚合物絕緣層，其中，所述第一電極層中的第一電極和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸。
[0012]可選地，所述第一電極層中的第一電極和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
[0013]可選地，所述第一電極層包括:層疊設(shè)置的第一電極和第一高分子聚合物絕緣層，所述第二電極層包括第二電極，其中，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二電極相互接觸。
[0014]可選地，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二電極相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
[0015]可選地，進(jìn)一步包括:與所述第一電極相連的第一電極引線，以及，與所述第二電極相連的第二電極引線，所述第一電極引線和所述第二電極引線作為所述摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0016]可選地，所述第一電極層的數(shù)量為多個(gè)。
[0017]可選地，所述第一電極引線的數(shù)量與所述第一電極層的數(shù)量相等，且每個(gè)第一電極層分別對(duì)應(yīng)一根第一電極引線，則所述風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)一步包括:位于所述傳動(dòng)軸底端的第一電極固定片，用于固定每根第一電極引線。
[0018]可選地，所述第二電極層包括一個(gè)連續(xù)的環(huán)形部分，該連續(xù)的環(huán)形部分的外徑等于所述支撐筒的內(nèi)徑；或者，所述第二電極層包括多個(gè)斷續(xù)的片狀部分，該多個(gè)斷續(xù)的片狀部分間隔設(shè)置在所述支撐筒的內(nèi)壁上。
[0019]可選地，所述支撐筒為柱形支撐筒，所述傳動(dòng)軸位于所述支撐筒的中心軸線處。
[0020]一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括:上述風(fēng)力發(fā)電裝置以及儲(chǔ)能裝置，其中，所述儲(chǔ)能裝置，用于對(duì)所述摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0021]本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將摩擦發(fā)電機(jī)分成相互獨(dú)立的第一電極層和第二電極層，其中第一電極層位于傳動(dòng)軸上，第二電極層位于支撐筒內(nèi)壁上，因此，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于傳動(dòng)軸上的第一電極層發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而位于支撐筒內(nèi)壁上的第二電極層則保持靜止，因此，兩部分之間相互摩擦，從而達(dá)到摩擦發(fā)電的目的。由此可見，本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置通過風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件來收集風(fēng)能，并在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而與相對(duì)靜止的第二電極層之間產(chǎn)生摩擦。由于風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件在風(fēng)的帶動(dòng)下將持續(xù)旋轉(zhuǎn)(即使在風(fēng)剛剛停止的時(shí)候也會(huì)因慣性而旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間)，當(dāng)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二電極層會(huì)持續(xù)不斷地摩擦第一電極層。由此可見，該風(fēng)力發(fā)電裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，還能夠高效地摩擦發(fā)電，顯著提聞了發(fā)電效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1a示出了本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖1b示出了本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置的內(nèi)部剖視圖；
[0024]圖2示出了本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的第一電極層和第二電極層的等效結(jié)構(gòu)示意圖；[0025]圖3a示出了摩擦發(fā)電機(jī)中的第一電極層和第二電極層的一種位置關(guān)系示意圖；
[0026]圖3b示出了摩擦發(fā)電機(jī)中的第一電極層和第二電極層的另一種位置關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0028]本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂的問題。
[0029]圖1a示出了本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b示出了本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置的內(nèi)部剖視圖。參照?qǐng)D1a至圖1b可以看出，該風(fēng)力發(fā)電裝置包括:支撐筒11、傳動(dòng)軸12、至少一個(gè)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件13、以及由第一電極層141和第二電極層142構(gòu)成的摩擦發(fā)電機(jī)。
[0030]其中，支撐筒11可以為柱形支撐筒，例如，可以為圓柱形支撐筒或棱柱形支撐筒等。當(dāng)支撐筒為棱柱形支撐筒時(shí)，可以為四棱柱形、六棱柱形等多種形狀。而且，支撐筒也可以為棱錐型等其他形狀，本實(shí)用新型對(duì)此不作限定。另外，支撐筒11的材質(zhì)優(yōu)選具有機(jī)械力學(xué)支撐性能的材質(zhì)，例如，高分子塑料、不銹鋼、玻璃、陶瓷或合金類材料等。傳動(dòng)軸12 位于支撐筒11的內(nèi)部,優(yōu)選地,傳動(dòng)軸12位于支撐筒11的中心軸線處，且傳動(dòng)軸12的頂端從支撐筒11的內(nèi)部伸出。傳動(dòng)軸的材質(zhì)可以是金屬、陶瓷或耐磨且具有機(jī)械強(qiáng)度的高分子材料等。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，支撐筒與傳動(dòng)軸的位置相對(duì)固定，且傳動(dòng)軸可以相對(duì)于支撐筒旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，支撐筒11可以具有一個(gè)圓柱形或棱柱形的側(cè)壁，同時(shí)具有一個(gè)底壁，將傳動(dòng)軸與該底壁的中心部位活動(dòng)連接，使傳動(dòng)軸可以相對(duì)于支撐筒旋轉(zhuǎn)；或者，也可以使支撐筒只有側(cè)壁沒有底壁，將側(cè)壁的底端固定在一個(gè)固定位置上，同時(shí)，在支撐筒的中心軸線處固定一個(gè)底座，傳動(dòng)軸插入該底座內(nèi)且可以在底座內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，因而傳動(dòng)軸可以相對(duì)于支撐筒旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型中對(duì)支撐筒與傳動(dòng)軸之間的具體固定方式不做限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)軸相對(duì)于支撐筒旋轉(zhuǎn)的目的即可。
[0031]風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件13主要用于帶動(dòng)上述的傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。具體地，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件13的弟一端為固設(shè)在傳動(dòng)軸12頂端的固定端，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件13的弟二端為能夠在風(fēng)力作用下帶動(dòng)傳動(dòng)軸12相對(duì)于支撐筒11轉(zhuǎn)動(dòng)的自由端。例如,該風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的自由端可以通過風(fēng)扇的一個(gè)扇葉、風(fēng)杯的一個(gè)杯片或風(fēng)葉的一個(gè)葉片等方式來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，該風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的自由端的形狀可以為扇形、長(zhǎng)方形、圓形或弧形等多種形狀，本實(shí)用新型中對(duì)其具體形狀不做限定，只要適合收集風(fēng)能的形狀均可采用。另外，為了提高收集風(fēng)能的效率，從而促使傳動(dòng)軸更快地旋轉(zhuǎn)，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件13的數(shù)量可以為多個(gè)，這時(shí)，每相鄰的兩個(gè)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件之間的夾角優(yōu)選相等。另外，為了便于固定上述的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件，還可以在傳動(dòng)軸上固設(shè)一個(gè)套筒，將風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件通過套筒固定在傳動(dòng)軸上。
[0032]在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的帶動(dòng)下，只要有風(fēng)吹過，傳動(dòng)軸就會(huì)相對(duì)于支撐筒旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)地，本實(shí)用新型中將摩擦發(fā)電機(jī)分為相互獨(dú)立且相互接觸的兩部分，一部分設(shè)置在傳動(dòng)軸上，另一部分設(shè)置在支撐筒上，這樣，當(dāng)有風(fēng)吹過時(shí)，設(shè)置在傳動(dòng)軸上的這部分摩擦發(fā)電機(jī)隨著傳動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而設(shè)置在支撐筒上的這部分摩擦發(fā)電機(jī)則保持靜止，因此，二者之間將會(huì)持續(xù)地相互摩擦，從而產(chǎn)生電能。
[0033]下面具體介紹一下摩擦發(fā)電機(jī)的上述兩部分。如圖1b所示，摩擦發(fā)電機(jī)中的一部分為位于傳動(dòng)軸上的第一電極層141，另一部分為位于支撐筒內(nèi)壁上的第二電極層142。
[0034]其中，第二電極層142直接貼合固定在支撐筒11的內(nèi)壁上。第一電極層141的第一端為固設(shè)在傳動(dòng)軸12中部的固定端，第一電極層141的第二端為能夠彎曲的自由端。其中，第一電極層141與第二電極層142相互接觸?？蛇x地,第一電極層141的長(zhǎng)度大于從傳動(dòng)軸到支撐筒內(nèi)壁之間的距離，這時(shí)，第一電極層141會(huì)由于受到支撐筒內(nèi)壁的阻擋而發(fā)生彎曲，從而能夠與支撐筒內(nèi)壁上的第二電極層142相互接觸。另外，為了使第一電極層能夠與第二電極層有效接觸，可以將第一電極層的第一端垂直于傳動(dòng)軸12進(jìn)行固定,具體地，為了便于固定，還可以在傳動(dòng)軸12上進(jìn)一步設(shè)置固定元件，例如，帶有插槽的套筒等。其中，第一電極層可以采用柔性材質(zhì)制作，以便使其能夠自由彎曲。但是，如果第一電極層的材質(zhì)過于柔軟，在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一電極層將由于慣性作用而過度彎曲，從而貼近傳動(dòng)軸，這樣，第一電極層將無法與位于支撐筒內(nèi)壁上的第二電極層發(fā)生接觸，從而無法達(dá)到摩擦發(fā)電的效果。因此，第一電極層的材質(zhì)應(yīng)柔性適中，既不太硬也不太軟。優(yōu)選地，可以在第一電極層的第一側(cè)表面上設(shè)置一層支撐部件140 (參見圖3a和圖3b)，則該第一電極層通過第二側(cè)表面與所述第二電極層相互接觸。該支撐部件140的主要作用在于:對(duì)第一電極層起到支撐作用，以便防止因?yàn)榈谝浑姌O層過于柔軟而在旋轉(zhuǎn)過程中遠(yuǎn)離支撐筒的內(nèi)壁。
[0035]下面具體介紹一下摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層包括:層疊設(shè)置的第一電極和第一高分子聚合物絕緣層，摩擦發(fā)電機(jī)的第二電極層包括:層疊設(shè)置的第二電極和第二高分子聚合物絕緣層，其中，第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸。換句話說，第一電極層中的第一電極直接設(shè)置在支撐筒的內(nèi)壁上，第一高分子聚合物絕緣層則覆蓋在第一電極之上。當(dāng)本實(shí)用新型中的風(fēng)力發(fā)電裝置包括支撐部件時(shí)，第二電極層中的第二電極的一個(gè)側(cè)表面設(shè)置在支撐部件上，第二電極的另一側(cè)表面上則進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層，即:第二電極夾在第二高分子聚合物絕緣層和支撐部件之間。當(dāng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過設(shè)置傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)方向，使第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層與第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層相接觸。
[0036]圖2示出了第一電極層和第二電極層的等效結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2中，為了描繪方便，將第一電極層繪制為水平結(jié)構(gòu)，但實(shí)際上，第一電極層應(yīng)是有一定的彎曲的。如圖2所示，摩擦發(fā)電機(jī)中的第一電極層141包括第一電極1411和第一高分子聚合物絕緣層1412，第二電極層142包括第二電極1421以及第二高分子聚合物絕緣層1422。
[0037]在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層1412和第二高分子聚合物絕緣層1422作為摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)摩擦界面，下面具體介紹一下這兩個(gè)摩擦界面摩擦發(fā)電的原理:當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一電極層隨之旋轉(zhuǎn)，而第二電極層相對(duì)靜止，因而第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層將會(huì)持續(xù)摩擦第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層，導(dǎo)致第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層表面因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極和第二電極之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極和第二電極之間出現(xiàn)電勢(shì)差。當(dāng)?shù)谝浑姌O和第二電極被外電路連通時(shí)，該電勢(shì)差將會(huì)在外電路中形成交流脈沖電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述的外電路，可以在第一電極上連接一個(gè)第一電極引線15 (參見圖lb)，在第二電極上連接一個(gè)第二電極引線16 (參見圖lb)，將這兩根電極引線作為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端與外電路相連。其中，電極引線可以通過漆包銅線來實(shí)現(xiàn)。
[0038]另外，為了提高摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力，在第一高分子聚合物絕緣層1412和第二高分子聚合物絕緣層1422相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上可以進(jìn)一步設(shè)置微納結(jié)構(gòu)。因此，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層的相對(duì)表面能夠更好地接觸摩擦，并在第一電極和第二電極處感應(yīng)出較多的電荷。上述的微納結(jié)構(gòu)具體可以采取如下兩種可能的實(shí)現(xiàn)方式:第一種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是微米級(jí)或納米級(jí)的非常小的凹凸結(jié)構(gòu)。該凹凸結(jié)構(gòu)能夠增加摩擦阻力，提高發(fā)電效率。所述凹凸結(jié)構(gòu)能夠在薄膜制備時(shí)直接形成，也能夠用打磨的方法使第一高分子聚合物絕緣層和/或第二高分子聚合物絕緣層的表面形成不規(guī)則的凹凸結(jié)構(gòu)。具體地，該凹凸結(jié)構(gòu)可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四棱錐型、或圓柱形等形狀的凹凸結(jié)構(gòu)。第二種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是納米級(jí)孔狀結(jié)構(gòu)，此時(shí)第一高分子聚合物絕緣層所用材料優(yōu)選為聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm (優(yōu)選
1.0mm)，且其相對(duì)第二電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔。其中，每個(gè)納米孔的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4-50 μ m。納米孔的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些納米孔是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0039]在上面介紹的摩擦發(fā)電機(jī)中，第一電極或第二電極可以是具有電傳導(dǎo)性的金屬電極、石墨烯、銀納米線涂層或其他透明導(dǎo)電膜(例如AZO、FT0)等，或者，還可以是銦錫氧化物、金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。第一高分子聚合物絕緣層或第二高分子聚合物絕緣層可以是聚四氟乙烯、PET塑料、固化的聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜、或摻雜氧化鋅納米線且具有微孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯等高分子材料中的一種；或者，第一高分子聚合物絕緣層或第二高分子聚合物絕緣層還可以是具有微孔結(jié)構(gòu)的纖維素、聚酯纖維、人造纖維中的一種。另外，上述的第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層還可以分別選自苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。其中，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)優(yōu)選不同，從而可以提高摩擦效果。上述的第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層可以防止第一電極和第二電極之間產(chǎn)生的電勢(shì)差在內(nèi)部中和。由此可見，在圖2所示的四層結(jié)構(gòu)(第一電極、第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層和第二電極)的摩擦發(fā)電機(jī)中，主要是通過聚合物(第一高分子聚合物絕緣層)與聚合物(第二高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來發(fā)電的。[0040]另外，除了圖2所示的通過四層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)摩擦發(fā)電機(jī)的方式之外，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，還可以采用其它方式來實(shí)現(xiàn)摩擦發(fā)電機(jī)。例如，也可以省去上述四層結(jié)構(gòu)中的第一高分子聚合物絕緣層或第二高分子聚合物絕緣層，使摩擦發(fā)電機(jī)成為三層結(jié)構(gòu)。當(dāng)省去第一高分子聚合物絕緣層時(shí)，第一電極和第二高分子聚合物絕緣層作為摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)摩擦界面進(jìn)行摩擦，這時(shí)，同樣可以在第一電極和第二高分子聚合物絕緣層相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)；當(dāng)省去第二高分子聚合物絕緣層時(shí)，第二電極和第一高分子聚合物絕緣層作為摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)摩擦界面進(jìn)行摩擦，這時(shí)，同樣也可以在第二電極和第一高分子聚合物絕緣層相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)，以便提高發(fā)電效率。三層結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理與四層結(jié)構(gòu)類似，此處不再贅述。另外，在三層結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)中，通過金屬和聚合物進(jìn)行摩擦，由于金屬容易失去電子，因此采用金屬與聚合物摩擦能夠提高能量輸出。
[0041]其中，在三層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)中，由于省去了一層高分子聚合物絕緣層，因此，不具有高分子聚合物絕緣層的電極層中的電極由于需要作為摩擦電極(即金屬)與第一高分子聚合物絕緣層進(jìn)行摩擦，因此其材料可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。另一電極由于不需要進(jìn)行摩擦，因此，除了可以選用上述羅列的金屬或合金材料之外，其他能夠制作電極的材料也可以應(yīng)用，例如，還可以選用銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等非金屬材料。三層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)中的高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)與四層結(jié)構(gòu)中的材質(zhì)相同，此處不再贅述。
[0042]接下來，介紹一下摩擦發(fā)電機(jī)中的第一電極層和第二電極層的具體數(shù)量和位置關(guān)系O
[0043]圖3a以三層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)為例示出了摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層所包含的第一電極1411和第一高分子聚合物絕緣層1412以及第二電極層所包含的第二電極1421之間的一種位置關(guān)系示意圖，另外，在圖中還示出了支撐部件140。在圖3a中，第一電極層的數(shù)量為三個(gè)，這三個(gè)第一電極層間隔設(shè)置，每相鄰的兩個(gè)第一電極層之間的夾角優(yōu)選相等。第二電極層則包括多個(gè)斷續(xù)的片狀部分，這多個(gè)斷續(xù)的片狀部分間隔設(shè)置在支撐筒的內(nèi)壁上，且每相鄰的兩個(gè)片狀部分之間的間隔優(yōu)選相等。在這種實(shí)現(xiàn)方式中，每個(gè)第一電極層在旋轉(zhuǎn)時(shí)依次摩擦各個(gè)斷續(xù)的片狀部分，從而在每個(gè)第一電極層與每個(gè)斷續(xù)的片狀部分之間都將產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使兩個(gè)摩擦界面之間能夠有效地接觸和分離。在這種方式中，可以在每個(gè)第一電極層上分別連接一個(gè)第一電極引線，因此，在圖3a所不的結(jié)構(gòu)中有三根第一電極引線。相應(yīng)地，還可以在第二電極層的每個(gè)片狀部分處分別連接一個(gè)第二電極引線，因此，在圖3a所示的結(jié)構(gòu)中有四根第二電極引線。通過調(diào)整這些第一電極引線和第二電極引線之間的串并聯(lián)關(guān)系，可以改變摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電流或電壓的大小。
[0044]圖3b以三層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)為例示出了摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層所包含的第一電極1411和第一高分子聚合物絕緣層1412以及第二電極層所包含的第二電極1421之間的另一種位置關(guān)系示意圖，另外，在圖中還示出了支撐部件140。在圖3b中，第一電極層的數(shù)量也為三個(gè)，這三個(gè)第一電極層間隔設(shè)置，每相鄰的兩個(gè)第一電極層之間的夾角優(yōu)選相等。但第二電極層包括一個(gè)連續(xù)的環(huán)形部分，該連續(xù)的環(huán)形部分的外徑等于支撐筒的內(nèi)徑，以便于使該第二電極層恰好固定在支撐筒內(nèi)壁上。在這種實(shí)現(xiàn)方式中，每個(gè)第一電極層在旋轉(zhuǎn)時(shí)持續(xù)摩擦該連續(xù)的環(huán)形部分，從而在每個(gè)第一電極層與該連續(xù)的環(huán)形部分之間產(chǎn)生電勢(shì)差，進(jìn)而可確保兩個(gè)摩擦界面之間能夠持續(xù)摩擦。在這種方式中，也可以在每個(gè)第一電極層上分別連接一個(gè)第一電極引線，因此，在圖3a所示的結(jié)構(gòu)中也有三根第一電極引線。相應(yīng)地，在第二電極層的該連續(xù)的環(huán)形部分處連接一個(gè)第二電極引線，因此，在圖3a所示的結(jié)構(gòu)中有一根第二電極引線。
[0045]在圖3a和圖3b所示的結(jié)構(gòu)中，都有多根第一電極引線，由于在傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)過程中，這多根第一電極引線無法固定位置，因此，該風(fēng)力發(fā)電裝置還可以進(jìn)一步包括:位于傳動(dòng)軸底端的第一電極固定片17 (參見圖1a和圖lb))，用于固定每根第一電極引線。該第一電極固定片17與每根第一電極引線之間相互接觸而非固定連接，從而可以在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)過程中防止第一電極引線因相互纏繞而打結(jié)，由此便于輸出。
[0046]進(jìn)一步地，由于風(fēng)速、用電需求等存在變化，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能可能一時(shí)無法用盡，因此有必要對(duì)多余的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，以備需求過大或發(fā)電量不足時(shí)使用。對(duì)此，本實(shí)用新型還提供了一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括上述的風(fēng)力發(fā)電裝置，而且，還包括儲(chǔ)能裝置，該儲(chǔ)能裝置與摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，用于對(duì)摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能進(jìn)行存儲(chǔ)。下面具體介紹一下儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)。由于摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是交流電，交流電因其形式的特殊性而無法直接存儲(chǔ)，所以要經(jīng)過一系列處理使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姴拍艽鎯?chǔ)。對(duì)此，儲(chǔ)能裝置可以包括整流器、濾波電容、DC/DC變換器和儲(chǔ)能元件。其中，整流器的兩個(gè)輸入端與摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，整流器本質(zhì)上是一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾娐?，其原理是利用二極管的單向?qū)üδ?，把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動(dòng)電壓。在整流器的輸出端跨接有濾波電容，利用該濾波電容的充放電特性，使整流后的直流脈動(dòng)電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。進(jìn)一步，將濾波后的直流電壓接入DC/DC變換器，對(duì)其進(jìn)行變壓處理，得到適合給儲(chǔ)能元件進(jìn)行充電的電信號(hào)。至此摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭纱鎯?chǔ)的直流電，并最終儲(chǔ)存在指定的儲(chǔ)能元件中。儲(chǔ)能元件可以選用鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池或超級(jí)電容器。由此可見，本實(shí)用新型通過對(duì)自然環(huán)境中的風(fēng)能進(jìn)行收集，經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)化變?yōu)殡娔?，既可直接使用也可通過后續(xù)的儲(chǔ)能裝置將產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，從而達(dá)到了對(duì)風(fēng)能收集的目的。
[0047]本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將摩擦發(fā)電機(jī)分成相互獨(dú)立的第一電極層和第二電極層，其中第一電極層位于傳動(dòng)軸上，第二電極層位于支撐筒內(nèi)壁上，因此，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于傳動(dòng)軸上的第一電極層發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而位于支撐筒內(nèi)壁上的第二電極層則保持靜止，因此，兩部分之間相互摩擦，從而達(dá)到摩擦發(fā)電的目的。由此可見，本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置通過風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件來收集風(fēng)能，并在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而與相對(duì)靜止的第二電極層之間產(chǎn)生摩擦。由于風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件在風(fēng)的帶動(dòng)下將持續(xù)旋轉(zhuǎn)(即使在風(fēng)剛剛停止的時(shí)候也會(huì)因慣性而旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間)，當(dāng)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二電極層會(huì)持續(xù)不斷地摩擦第一電極層。由此可見，該風(fēng)力發(fā)電裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，還能夠高效地摩擦發(fā)電，顯著提高了發(fā)電效率，而且，還易于加工和裁剪。
[0048]另外，本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電裝置既可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以與風(fēng)電、光伏發(fā)電、原子電池發(fā)電、溫差發(fā)電等系統(tǒng)整合后應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)多電源供電系統(tǒng)。[0049]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，雖然上述說明中，為便于理解，對(duì)方法的步驟采用了順序性描述，但是應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于上述步驟的順序并不作嚴(yán)格限制。
[0050]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如:R0M/RAM、磁碟、光盤等。
[0051]還可以理解的是，附圖或?qū)嵤├兴镜难b置結(jié)構(gòu)僅僅是示意性的，表示邏輯結(jié)構(gòu)。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
[0052]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括:支撐筒、傳動(dòng)軸、至少一個(gè)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件以及摩擦發(fā)電機(jī)，其中， 所述傳動(dòng)軸位于所述支撐筒的內(nèi)部，且傳動(dòng)軸的頂端從所述支撐筒的內(nèi)部伸出； 所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的第一端為固設(shè)在所述傳動(dòng)軸頂端的固定端，所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的第二端為能夠在風(fēng)力作用下帶動(dòng)所述傳動(dòng)軸相對(duì)于所述支撐筒轉(zhuǎn)動(dòng)的自由端； 所述摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:第一電極層和第二電極層，其中，所述第一電極層的第一端為固設(shè)在所述傳動(dòng)軸中部的固定端，所述第一電極層的第二端為能夠彎曲的自由端；所述第二電極層貼合固定在所述支撐筒的內(nèi)壁上，并且，所述第一電極層與所述第二電極層相互接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)部件的自由端為風(fēng)杯和/或風(fēng)葉。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括:支撐部件，所述支撐部件設(shè)置在所述第一電極層的第一側(cè)表面上，則所述第一電極層的第二側(cè)表面與所述第二電極層相互接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層包括:層疊設(shè)置的第一電極和第一高分子聚合物絕緣層，所述第二電極層包括:層疊設(shè)置的第二電極和第二高分子聚合物絕緣層，其中，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層包括第一電極，所述第二電極層包括:層疊設(shè)置的第二電極和第二高分子聚合物絕緣層，其中，所述第一電極層中的第一電極和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層中的第一電極和所述第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層包括:層疊設(shè)置的第一電極和第一高分子聚合物絕緣層，所述第二電極層包括第二電極，其中，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二電極相互接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層中的第二電極相互接觸的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求4-9中任一所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括:與所述第一電極相連的第一電極引線，以及，與所述第二電極相連的第二電極引線，所述第一電極引線和所述第二電極引線作為所述摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
11.如權(quán)利要求10所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極層的數(shù)量為多個(gè)。
12.如權(quán)利要求11所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一電極引線的數(shù)量與所述第一電極層的數(shù)量相等，且每個(gè)第一電極層分別對(duì)應(yīng)一根第一電極引線，則所述風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)一步包括:位于所述傳動(dòng)軸底端的第一電極固定片，用于固定每根第一電極引線。
13.如權(quán)利要求1或11所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述第二電極層包括一個(gè)連續(xù)的環(huán)形部分，該連續(xù)的環(huán)形部分的外徑等于所述支撐筒的內(nèi)徑；或者， 所述第二電極層包括多個(gè)斷續(xù)的片狀部分，該多個(gè)斷續(xù)的片狀部分間隔設(shè)置在所述支撐筒的內(nèi)壁上。
14.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述支撐筒為柱形支撐筒，所述傳動(dòng)軸位于所述支撐筒的中心軸線處。
15.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括:權(quán)利要求1-14中任一所述的風(fēng)力發(fā)電裝置以及:儲(chǔ)能裝置，其中，所述儲(chǔ)能裝置，用于對(duì)所述摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK203532171SQ201320310889
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】王珊, 劉紅閣, 馮順, 付曉玥 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司