技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种
风力发电装置，尤其涉及一种利用风力的基于高频摩擦发电机的风力发电装置，其不受风向的影响，可持续稳定的发电。
背景技术
[0002] 众所周知的是，风力发电是一种最具规模开发潜力的清洁
可再生能源利用方式。风力发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为
电能。由于风力发电利用的是自然能源，故相对火电、核电等发电要更加绿色、环保。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，风力发电具有较佳的发展前景。
[0003] 但是，传统的风力发电
机体积庞大，成本高昂，同时在运输和安装的过程中，给用户带来了极大的不便。采用
纳米技术构建的
能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用，由于其环保、节能、自驱动性质而受到广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电纳米发电机首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为
基础的不同结构和材料的纳米发电机相继问世。
[0004] 虽然，纳米摩擦发电机在风力发电领域的应用是一个主要的研究方向，但是目前的技术中发电功率较低，且对风向的选择尤为苛刻。
发明内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题在于提供一种基于高频摩擦发电机的风力发电装置，能够提供较大的发电功率，不受风向的影响，且结构简单，成 本低。 [0006] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于高频摩擦发电机的风力发电装置，包括多个摩擦发电机，以及用于支承多个摩擦发电机的发电机载体，其中所述发电机载体具有承托件，其中多个摩擦发电机设置于承托件之上；每个所述摩擦发电机包括：平行相对设置的第一
基板和第二基板；垂直地设置在第一基板和第二基板的边缘之间的至少一个
支撑件；位于第一基板和第二基板之间的第一
电极层和第二电极层；以及位于第一电极层和第二电极层之间的至少一层高分子
聚合物绝缘层，所述第一电极层和/或所述第二电极层与一层或多层高分子聚合物绝缘层之间形成有摩擦界面；和/或，所述多层高分子聚合物绝缘层中的至少两层之间形成有摩擦界面；形成所述摩擦界面的两层中的至少一层为自由活动层，所述自由活动层的一端为固定端，另一端为自由端。
[0007] 进一步地，第一电极层和第二电极层分别固定在第一基板和第二基板上，高分子聚合物绝缘层的一端固定在支撑件上，高分子聚合物绝缘层的另一端为自由端。 [0008] 进一步地，第二电极层固定在第二基板上，高分子聚合物绝缘层的一端和第一电极层的一端共同固定在支撑件上，高分子聚合物绝缘层的另一端和第一电极层的另一端为自由端。
[0009] 进一步地，至少一层高分子聚合物绝缘层包括第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层；其中第一电极层固定在第一基板上，第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层一起固定在第二基板上，第一高分子聚合物绝缘层的一端固定在支撑件上，第一高分子聚合物绝缘层的另一端为自由端。
[0010] 进一步地，至少一层高分子聚合物绝缘层包括第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层；其中第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层共同固定在第一基板上，第二高分子聚合物绝缘层的一端和第二电极层的一端共同固定在支撑件上，第二高分子聚合物绝缘层的另一端和第二电极层的另一端分别为自由端。
[0011] 进一步地，所述至少一个支撑件包括：第一支撑件，该第一支撑件连接所述第一基板的第一端和所述第二基板的第一端；和第二支撑件，该第二支 撑件连接所述第一基板的第二端和所述第二基板的第二端，所述第二支撑件的长度小于所述第一支撑件的长度，其中，所述第一电极层紧邻所述第一基板，所述至少一层高分子聚合物绝缘层的第一端和第二电极层的第一端均固定在所述第一支撑件上，所述至少一层高分子聚合物绝缘层的第二端和第二电极层的第二端为自由端。
[0012] 进一步地，所述承托件为圆形的托盘，所述多个摩擦发电机沿着托盘的圆周法向平均分布，并可在托盘上布置至少一圈，摩擦发电机的进风面与托盘面直径方向垂直。 [0013] 进一步地，所述承托件之上还设置有
导向叶片，所述多个摩擦发电机在承托件的横向方向上设置成至少一行和至少一列，并且在承托件的纵向方向上层叠有至少一层，导向叶片的迎风面与摩擦发电机的迎风方向相同。
[0014] 进一步地，所述承托件为具有对称结构的圆形、矩形或梯形的托板。 [0015] 进一步地，所述承托件为具有腔体的容纳罩，该容纳罩的前端还开设有呈喇叭形的集风罩。
[0016] 进一步地，所述承托件的下方还设置有转动装置，该转动装置能够实现承托件的转动。
[0017] 进一步地，所述导向叶片安装在容纳罩的上平面的尾部，导向叶片的受风面积大于集风罩展开面积的一半。
[0018] 进一步地，所述导向叶片的至少一部分位于托板的后侧。
[0019] 进一步地，当多个摩擦发电机层叠时，每两个摩擦发电机在垂直方向上共用一
块基板。
[0020] 进一步地，位于所述转动装置所在轴线的前侧
位置处的摩擦发电机的个数大于位于所述转动装置所在轴线的后侧位置处的摩擦发电机，以使得承托件的
重心保持稳定。 [0021] 进一步地，所述容纳罩所形成的截面可呈正方形、圆形或梯形。 [0022] 进一步地，所述集风罩的截面形状与所述容纳罩形成的截面形状相适配，所述集风罩的进风端的截面大于所述容纳罩的出风端的截面。
[0023] 进一步地，所述多个摩擦发电机之间的电极层通过
导线串联或并联在一 起，形成发电系统的输出端，连接负载或者储能装置。
[0024] 进一步地，所述发电机载体还包括：用于固定和
配重的底座，放置在地面上；支撑杆，连接在所述底座的上方，其中承托件连接在所述支撑杆的上方。
[0025] 进一步地，所述转动装置包括轴套、以及套设在轴套内部的
轴承，其
中轴套设置于在承托件的下表面，所述轴承配合连接到位于支撑杆的顶部的轴承位。 [0026] 进一步地，所述导向叶片为具有集中受风面积的三
角形或翼形。 [0027] 进一步地，所述导向叶片的材质可采用轻质
合金、无机非金属材料和/或帆布与龙骨结合。
[0028] 进一步地，所述托板为亚克力板或镁
铝合金板。
[0029] 进一步地，所述储能组件包括：
整流器，与摩擦发电机相连；滤波电容，跨接在整流器的输出端；DC/DC变换器，与滤波电容的输出端相连；以及储能元件，与DC/DC变换器的输出端相连。
[0030] 进一步地，所述储能元件包括
锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。 [0031] 根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置，结构简单，制作难度低，适用范围广，可全天候应用；对风向无要求；对风力大小要求不高，微风条件下也可应用。
附图说明
[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。其中： [0033] 图1a为根据本实用新型的1#摩擦发电机的结构示意图；
[0034] 图1b为根据本实用新型的2#摩擦发电机的结构示意图；
[0035] 图2为根据本实用新型的1#摩擦发电机的第一种
实施例的截面结构示意图； [0036] 图3a为根据本实用新型的2#摩擦发电机的第一种实施例的截面结构示 意图； [0037] 图3b为根据本实用新型的2#摩擦发电机的第二种实施例的截面结构示意图； [0038] 图3c为根据本实用新型的2#摩擦发电机的第三种实施例的截面结构示意图； [0039] 图3d为根据本实用新型的2#摩擦发电机的第四种实施例的截面结构示意图； [0040] 图4为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第一种实施方式的结构示意图；
[0041] 图5为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第一种实施方式的部分结构示意图，其中仅示出了发电机载体；
[0042] 图6为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第二种实施方式的结构示意图；
[0043] 图7a为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第二种实施方式的局部剖视图；
[0044] 图7b为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第二种实施方式的侧视图；
[0045] 图7c为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第二种实施方式的俯视图；
[0046] 图8为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第三种实施方式的结构示意图；
[0047] 图9a为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第三种实施方式的局部剖视图；
[0048] 图9b为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第三种实施方式的侧视图；
[0049] 图9c为根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的第三种实施方式的俯视图；
[0050] 图10a为多个1#摩擦发电机层叠在一起的结构示意图；
[0051] 图10b为多个2#摩擦发电机层叠在一起的结构示意图；以及
[0052] 图11为本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的储能装置的结构示意图。
具体实施方式
[0053] 下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其它实施方式中。
[0054] 针对
现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于高频摩擦发电机的风力发电装置，其包括多个摩擦发电机G，以及用于支承多个摩擦发电机的发电机载体2，其中所述发电机载体2具有承托件23，其中多个摩擦发电机G设置于承托件23之上。 [0055] 更加优选地是，所述发电机载体2还包括：底座21，可放置在地面上、或埋入地面、或固定到
建筑物上等，从而起到固定和配重的作用；支撑杆22，连接在所述底座的上方，支撑杆22的长度和直径由发电系统工作环境和摩擦发电机G的布置数量来决定，其中支撑杆22可为不锈
钢、亚克力等具有刚性支撑作用的材料制作；承托件23，用于放置多个摩擦发电机G，其连接在所述支撑杆22的上方。其中，多个摩擦发电机G以一定排布规律通过粘接或可拆卸连接（例如
螺栓连接）的方式设置于承托件23上。
[0056] 应当指出的是，每个所述摩擦发电机G包括：平行相对设置的第一基板11和第二基板12；垂直地设置在第一基板11和第二基板12的边缘之间的至少一个支撑件；位于第一基板11和第二基板12之间的第一电极层14和第二电极层15；以及位于第一电极层14和第二电极层15之间的至少一层高分子聚合物绝缘层16。
[0057] 下面将要描述的三种实施方式中所述的摩擦发电机G还具有如下两种实施例：即1#摩擦发电机G1和2#摩擦发电机G2，具体结构可参见图1a和图1b。优选地是，本实用新型中涉及的摩擦发电机为1#摩擦发电机G1和 2#摩擦发电机G2中的任意一款的或两者的组合。
[0058] 具体来说，结合图1a所示，1#摩擦发电机G1包括：依次层叠设置的、形状尺寸匹配的第一基板11、第一电极层14、第一高分子聚合物绝缘层161、第二高分子聚合物绝缘层162、第二电极层15和第二基板12；第一支撑件131，所述第一支撑件131连接所述第一基板11的第一端和所述第二基板12的第一端；和第二支撑件132，所述第二支撑件132连接所述第一基板11的第二端和所述第二基板12的第二端，所述第二支撑件132的长度小于所述第一垂直支撑件132的长度，其中，所述第一电极层14紧邻所述第一基板11，所述第一高分子聚合物绝缘层161的第一端、所述第二高分子聚合物绝缘层162的第一端和第二电极层15的第一端均固定在所述第一支撑件131上，所述第一高分子聚合物绝缘层161的第二端、所述第二高分子聚合物绝缘层162的第二端和第二电极层15的第二端为自由端，所述第一电极层14和第二电极层15分别为摩擦发电机的两个输出电极。
[0059] 具体来说，结合图1b所示，2#摩擦发电机G2包括：平行相对设置的第一基板11和第二基板12，垂直设置在所述第一基板11和第二基板12之间、且位于所述第一基板11和第二基板12边缘的至少一个支撑件13；所述第一基板11和第二基板12之间具有由所述支撑件13形成的至少一个
通风口；位于第一基板11和第二基板12之间的第一电极层14、第二电极层15；以及形成在所述第一电极层14和第二电极层15之间的至少一层高分子聚合物绝缘层16；其中，所述第一电极层14和/或所述第二电极层15与一层或多层高分子聚合物绝缘层16之间形成有摩擦界面；和/或，所述多层高分子聚合物绝缘层中的至少两层之间形成有摩擦界面；所述第一电极层14和第二电极层15分别为摩擦发电机的两个输出电极；形成所述摩擦界面的两层中的至少一层为自由活动层，所述自由活动层的一端为固定端，另一端为自由端。
[0060] 如图2示出了第一种具体实施例的1#摩擦发电机G1的截面结构示意图。图3a-3d示出了四种具体实施例的2#摩擦发电机G2的截面结构示意图。
[0061] 具体来说，如图3a所示，第一电极层14和第二电极层15分别固定在第一基板11和第二基板12上，高分子聚合物绝缘层16的一端固定在支撑 件上，高分子聚合物绝缘层16的另一端为自由端。
[0062] 可选地是，还可将第二电极层15固定在第一基板11或第二基板12上，具体来说，如图3b所示，第二电极层15固定在第二基板12上，高分子聚合物绝缘层16的一端和第一电极层14的一端共同固定在支撑件上，高分子聚合物绝缘层16的另一端和第一电极层14的另一端为自由端。
[0063] 应当指出，至少一层高分子聚合物绝缘层16还可以包括有第一高分子聚合物绝缘层161和第二高分子聚合物绝缘层162。
[0064] 如图3c所示，第一电极层14固定在第一基板11上，第二电极层15和第二高分子聚合物绝缘层162共同固定在第二基板12上，第一高分子聚合物绝缘层161的一端固定在支撑件上，第一高分子聚合物绝缘层161的另一端为自由端。
[0065] 如图3d所示，第一电极层14和第一高分子聚合物绝缘层161共同固定在第一基板11上，第二高分子聚合物绝缘层162的一端和第二电极层15的一端共同固定在支撑件上，第二高分子聚合物绝缘层162的另一端和第二电极层15的另一端分别为自由端。 [0066] 应当理解的是，上述两种类型的1#摩擦发电机G1和2#摩擦发电机G2的结构还可以做相应的其他变型，例如所述至少一层高分子聚合物绝缘层还可以包括具有三层或三层以上的高分子聚合物绝缘层。所述摩擦界面以及自由活动层的具体形式也并不唯一，本领域技术人员可根据具体需求做任意改动。
[0067] 结合图4-5所示，其示出了根据本实用新型第一种实施方式的基于高频摩擦发电机的风力发电装置。
[0068] 优选地是，所述承托件23为圆形的托盘23a。托盘23a的面积大小由所需布置的摩擦发电机G1，G2的数量确定。托盘23a可为
不锈钢、亚克力等具有刚性支撑作用的材料制作。
[0069] 具体来说，所述多个摩擦发电机G1，G2为多个，并沿着托盘23a的圆周法向平均分布，摩擦发电机G1，G2的进风面垂直于托盘面直径。摩擦发电机G1，G2可以在托盘23a上布置一圈至若干圈。结合图10a-10b所示， 当多个摩擦发电机G1和/或G2层叠时，每两个摩擦发电机G1和/或G2之间共用一块基板。多个摩擦发电机G1，G2之间的电极层通过导线串联或并联在一起，形成发电系统的输出端，连接负载或储能装置。 [0070] 整套发电系统布置完成后，由于摩擦发电机G1，G2沿托盘23a的圆周法向平均分布无论风向是哪个方向，可保证有一条直径方向上的一行摩擦发电机处于最佳或者较佳的受风工作状态，其他方向的摩擦发电机以此直径方向为中心线向两边工作状态递减，避免了整套系统当风向不合适时停止工作。摩擦发电机布置的
密度决定发电效率。 [0071] 结合图6所示，其示出了根据本实用新型第二种实施方式的基于高频摩擦发电机的风力发电装置。
[0072] 优选地是，结合图7a-7c所示，所述承托件23为具有对称结构的托板23b。具体来说，所述托板23b呈矩形、圆形或梯形，其材料可以为亚克力板、镁
铝合金板等具备机械强度且轻质的材料。所述多个摩擦发电机G1，G2在托板23b的横向方向上设置成至少一行和至少一列，并且在托板23b的纵向方向上层叠有至少一层。结合图10a-10b所示，当多个摩擦发电机G1和/或G2层叠时，每两个摩擦发电机G1和/或G2之间共用一块基板。 [0073] 值得指出地是，所述托板23b的下方还设置有转动装置4b，该转动装置4b与支撑杆22的顶部相互配合，以实现托板23b围绕支撑杆22的转动。所述转动装置4b包括轴套、以及套设在轴套内部的轴承，其中轴套通过
焊接、粘接、可拆卸连接的方式（例如螺栓连接等）固定在托板23b的下表面，所述轴承配合连接到位于支撑杆22的顶部的轴承位。所述托板23b、支撑杆22和
基座21可整体采用金属、合金等制作，也可采用金属、合金与非金属材料结合制作。
[0074] 与此同时，所述托板23b之上还通过粘接、焊接、可拆卸连接的方式设置有导向叶片3b，其中导向叶片3b的顺风方向与摩擦发电机G1，G2的迎风方向相同。所述导向叶片3b为具有集中受风面积形状，例如呈三角形或翼形。所述导向叶片3b的材质可采用轻质合金、无机非金属材料和/或帆布与龙骨结合。
[0075] 所述导向叶片3b整体需安装在转动装置4b所在轴线的后侧或大部分位 于转动装置4b所在轴线的后侧。也即，所述导向叶片3b的至少一部分位于转动装置所在轴线的后侧。
[0076] 为了使得托板23b的重心保持稳定，位于所述转动装置4b所在轴线的前侧位置处的摩擦发电机G1，G2的个数大于位于所述转动装置4b所在轴线的后侧位置处的摩擦发电机G1，G2。多个摩擦发电机G1，G2之间的电极层通过导线串联或并联在一起，形成发电系统的输出端，连接负载或储能装置。
[0077] 整套发电系统布置完成后，无论风向是哪个方向，在导向叶片3b与转动装置4b的共同作用下，当导向叶片3b的两个受风面受力相同时，整体停止转动，此时摩擦发电机G1，G2处于最佳受风方向，保证所有摩擦发电机G1，G2都处在工作状态。
[0078] 结合图8所示，其示出了根据本实用新型第三种实施方式的基于高频摩擦发电机的风力发电装置。
[0079] 优选地是，如图9a-9c，所述承托件23为具有腔体的容纳罩23c，所述容纳罩23c的前端还开设有呈喇叭形的集风罩5，所述容纳罩23c形成的截面可呈正方形、圆形或梯形，材料可为铝等轻质金属、铝合金等轻质合金、亚克力等无机非金属材料。所述集风罩5的截面形状与容纳罩23c形成的截面形状相适配，所述集风罩5的进风端51的截面大于容纳罩的出风端52的截面。
[0080] 所述导向叶片3c可制作成三角形、
翼型等具有集中受风面积的图形，其材质可为铝的轻质金属，铝合金等轻质合金、亚克力等无机非金属材料，帆布与龙骨结合等。导向叶片3c可通过粘接、焊接、
铆接螺栓连接等机械连接固定于容纳罩23c。较佳地是，所述导向叶片3c安装在容纳罩23c上平面的尾部。即，导向叶片3c需设置在整体结构的重心后侧，并且其受风面积需大于集风罩5的展开面积的一半。
[0081] 与第二种实施方式相同的是，容纳罩23c的下方也设置有转动装置4c，该转动装置4c与支撑杆22的顶部相互配合，以实现容纳罩23c围绕支撑杆22的转动。所述转动装置4c包括轴套、以及套设在轴套内部的轴承，其中 轴套通过焊接、粘接、可拆卸连接的方式（例如螺栓连接等）固定在容纳罩23c的下表面，所述轴承配合连接到位于支撑杆22的顶部的轴承位。所述容纳罩23c、支撑杆22和基座21可整体采用金属、合金等制作，也可采用金属、合金与非金属材料结合制作。
[0082] 所述多个摩擦发电机G1，G2在容纳罩23c的腔体内部的横向方向上设置成至少一行和至少一列，并且在容纳罩23c的腔体内部的纵向方向上层叠有至少一层。参阅图10a-10b，当多个摩擦发电机G1和/或G2层叠时，每两个摩擦发电机G1和/或G2之间共用一块基板，该基板与容纳罩23c的内腔的壁板可通过粘接或可拆卸连接的方式固定在一起。
[0083] 所述多个摩擦发电机G1，G2之间的电极层通过导线串联或并联在一起，形成发电系统的输出端，连接负载或者储能装置。结合图11所示，应当指出，该储能装置包括：整流器121，与摩擦发电机相连；滤波电容122，跨接在整流器121的输出端；DC/DC变换器123，与滤波电容121的输出端相连；以及储能元件124，与DC/DC变换器123的输出端相连。所述储能元件包括
锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。
[0084] 整套发电系统布置完成后，无论风向是哪个方向，在导向叶片3c与转动装置4c的共同作用下，当导向叶片3c的两个受风面受力相同时，整体停止转动，此时摩擦发电机G1，G2处于最佳受风方向，且通过集风罩5的集风作用与容纳罩23c的束风作用使摩擦发电机G1，G2所接收的风力得到显著增强，可以保证所有摩擦发电机G1，G2都处在最佳工作状态。 [0085] 综上所述，根据本实用新型的基于高频摩擦发电机的风力发电装置的结构简单，制作难度低，适用范围广，可全天候应用；对风向无要求；对风力大小要求不高，微风条件下也可应用。
[0086] 可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行
修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本
申请的
权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。
