風力發電裝置及風力發電系統的製作方法
2023-06-03 05:26:16 3
風力發電裝置及風力發電系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種風力發電裝置及風力發電系統，用以解決現有技術中的風力發電裝置結構複雜、成本高昂的問題。該風力發電裝置包括：支撐筒、傳動軸、至少一個風力驅動部件以及摩擦發電機，其中，傳動軸位於支撐筒的內部，且傳動軸的頂端從支撐筒的內部伸出；風力驅動部件的第一端為固設在傳動軸頂端的固定端，風力驅動部件的第二端為能夠在風力作用下帶動傳動軸相對於支撐筒轉動的自由端；摩擦發電機進一步包括：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在傳動軸中部的固定端，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壁上，並且，第一電極層與第二電極層相互接觸。
【專利說明】風力發電裝置及風力發電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力領域，特別涉及一種風力發電裝置及風力發電系統。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步以及工業的迅猛發展，人類對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。風能作為自然界存在的巨大能量和清潔的可再生能源，由於其不需使用燃料，也不會產生輻射或空氣汙染的優點，得到了人們的高度關注和廣泛應用。
[0003]現有的風力發電裝置的原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。其中包括將風的動能轉化為機械能，再把機械能轉化為電能兩個過程。將機械能轉化為電能的方式大致有三種:靜電、壓電和電磁。傳統的風能發電系統通常採用電磁感應的方式，這種風能發電系統體積龐大，成本高昂，同時在運輸和安裝的過程中，給用戶帶來了極大的不便；而壓電式風能發電系統由於常規壓電材料複雜的化學成分及晶體結構，難以實現大功率與小尺寸的結合。
[0004]由此可見，傳統的風力發電方式，無論其採用電磁感應的方式還是採用壓電方式都具有無法彌補的缺陷。
實用新型內容
[0005]本實用新型提供了一種風力發電裝置及風力發電系統，用以解決現有技術中的風力發電裝置結構複雜、成本高昂的問題。
[0006]一種風力發電裝置，包括:支撐筒、傳動軸、至少一個風力驅動部件以及摩擦發電機，其中，所述傳動軸位於所述支撐筒的內部，且傳動軸的頂端從所述支撐筒的內部伸出；所述風力驅動部件的第一端為固設在所述傳動軸頂端的固定端，所述風力驅動部件的第二端為能夠在風力作用下帶動所述傳動軸相對於所述支撐筒轉動的自由端；所述摩擦發電機進一步包括: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在所述傳動軸中部的固定端，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壁上，並且，所述第一電極層與所述第二電極層相互接觸。
[0007]可選地，所述風力驅動部件的自由端為風杯和/或風葉。
[0008]可選地，進一步包括:支撐部件，所述支撐部件設置在所述第一電極層的第一側表面上，則所述第一電極層的第二側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面中的至少一個面上設有微納結構。[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面中的至少一個面上設有微納結構。
[0013]可選地，所述第一電極層包括:層疊設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面中的至少一個面上設有微納結構。
[0015]可選地，進一步包括: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電機的輸出端。
[0016]可選地，所述第一電極層的數量為多個。
[0017]可選地，所述第一電極引線的數量與所述第一電極層的數量相等，且每個第一電極層分別對應一根第一電極引線，則所述風力發電裝置進一步包括:位於所述傳動軸底端的第一電極固定片，用於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連續的環形部分，該連續的環形部分的外徑等於所述支撐筒的內徑；或者，所述第二電極層包括多個斷續的片狀部分，該多個斷續的片狀部分間隔設置在所述支撐筒的內壁上。
[0019]可選地，所述支撐筒為柱形支撐筒，所述傳動軸位於所述支撐筒的中心軸線處。
[0020]一種風力發電系統，包括:上述風力發電裝置以及儲能裝置，其中，所述儲能裝置，用於對所述摩擦發電機產生的電能進行存儲。
[0021]本實用新型提供的風力發電裝置及風力發電系統，將摩擦發電機分成相互獨立的第一電極層和第二電極層，其中第一電極層位於傳動軸上，第二電極層位於支撐筒內壁上，因此，當風吹動風力驅動部件旋轉時，位於傳動軸上的第一電極層發生運動，而位於支撐筒內壁上的第二電極層則保持靜止，因此，兩部分之間相互摩擦，從而達到摩擦發電的目的。由此可見，本實用新型提供的風力發電裝置通過風力驅動部件來收集風能，並在風力驅動部件旋轉時，通過傳動軸帶動摩擦發電機的第一電極層運動，進而與相對靜止的第二電極層之間產生摩擦。由於風力驅動部件在風的帶動下將持續旋轉(即使在風剛剛停止的時候也會因慣性而旋轉一段時間)，當風力驅動部件旋轉時，第二電極層會持續不斷地摩擦第一電極層。由此可見，該風力發電裝置不僅結構簡單，成本低廉，還能夠高效地摩擦發電，顯著提聞了發電效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1a示出了本實用新型提供的風力發電裝置的外部結構示意圖；
[0023]圖1b示出了本實用新型提供的風力發電裝置的內部剖視圖；
[0024]圖2示出了本實用新型一個實施例中的第一電極層和第二電極層的等效結構示意圖；[0025]圖3a示出了摩擦發電機中的第一電極層和第二電極層的一種位置關係示意圖；
[0026]圖3b示出了摩擦發電機中的第一電極層和第二電極層的另一種位置關係示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為充分了解本實用新型之目的、特徵及功效，藉由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細說明，但本實用新型並不僅僅限於此。
[0028]本實用新型公開了一種風力發電裝置及風力發電系統，用以解決現有技術中的風力發電裝置結構複雜、成本高昂的問題。
[0029]圖1a示出了本實用新型提供的風力發電裝置的外部結構示意圖，圖1b示出了本實用新型提供的風力發電裝置的內部剖視圖。參照圖1a至圖1b可以看出，該風力發電裝置包括:支撐筒11、傳動軸12、至少一個風力驅動部件13、以及由第一電極層141和第二電極層142構成的摩擦發電機。
[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稜柱形支撐筒等。當支撐筒為稜柱形支撐筒時，可以為四稜柱形、六稜柱形等多種形狀。而且，支撐筒也可以為稜錐型等其他形狀，本實用新型對此不作限定。另外，支撐筒11的材質優選具有機械力學支撐性能的材質，例如，高分子塑料、不鏽鋼、玻璃、陶瓷或合金類材料等。傳動軸12 位於支撐筒11的內部,優選地,傳動軸12位於支撐筒11的中心軸線處，且傳動軸12的頂端從支撐筒11的內部伸出。傳動軸的材質可以是金屬、陶瓷或耐磨且具有機械強度的高分子材料等。具體實現時，支撐筒與傳動軸的位置相對固定，且傳動軸可以相對於支撐筒旋轉。為了實現這一點，支撐筒11可以具有一個圓柱形或稜柱形的側壁，同時具有一個底壁，將傳動軸與該底壁的中心部位活動連接，使傳動軸可以相對於支撐筒旋轉；或者，也可以使支撐筒只有側壁沒有底壁，將側壁的底端固定在一個固定位置上，同時，在支撐筒的中心軸線處固定一個底座，傳動軸插入該底座內且可以在底座內自由旋轉，因而傳動軸可以相對於支撐筒旋轉。本實用新型中對支撐筒與傳動軸之間的具體固定方式不做限定，只要能夠實現傳動軸相對於支撐筒旋轉的目的即可。
[0031]風力驅動部件13主要用於帶動上述的傳動軸旋轉。具體地，風力驅動部件13的弟一端為固設在傳動軸12頂端的固定端，風力驅動部件13的弟二端為能夠在風力作用下帶動傳動軸12相對於支撐筒11轉動的自由端。例如,該風力驅動部件的自由端可以通過風扇的一個扇葉、風杯的一個杯片或風葉的一個葉片等方式來實現。相應地，該風力驅動部件的自由端的形狀可以為扇形、長方形、圓形或弧形等多種形狀，本實用新型中對其具體形狀不做限定，只要適合收集風能的形狀均可採用。另外，為了提高收集風能的效率，從而促使傳動軸更快地旋轉，風力驅動部件13的數量可以為多個，這時，每相鄰的兩個風力驅動部件之間的夾角優選相等。另外，為了便於固定上述的一個或多個風力驅動部件，還可以在傳動軸上固設一個套筒，將風力驅動部件通過套筒固定在傳動軸上。
[0032]在風力驅動部件的帶動下，只要有風吹過，傳動軸就會相對於支撐筒旋轉。相應地，本實用新型中將摩擦發電機分為相互獨立且相互接觸的兩部分，一部分設置在傳動軸上，另一部分設置在支撐筒上，這樣，當有風吹過時，設置在傳動軸上的這部分摩擦發電機隨著傳動軸進行旋轉運動，而設置在支撐筒上的這部分摩擦發電機則保持靜止，因此，二者之間將會持續地相互摩擦，從而產生電能。
[0033]下面具體介紹一下摩擦發電機的上述兩部分。如圖1b所示，摩擦發電機中的一部分為位於傳動軸上的第一電極層141，另一部分為位於支撐筒內壁上的第二電極層142。
[0034]其中，第二電極層142直接貼合固定在支撐筒11的內壁上。第一電極層141的第一端為固設在傳動軸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。可選地,第一電極層141的長度大於從傳動軸到支撐筒內壁之間的距離，這時，第一電極層141會由於受到支撐筒內壁的阻擋而發生彎曲，從而能夠與支撐筒內壁上的第二電極層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於傳動軸12進行固定,具體地，為了便於固定，還可以在傳動軸12上進一步設置固定元件，例如，帶有插槽的套筒等。其中，第一電極層可以採用柔性材質製作，以便使其能夠自由彎曲。但是，如果第一電極層的材質過於柔軟，在傳動軸旋轉時，第一電極層將由於慣性作用而過度彎曲，從而貼近傳動軸，這樣，第一電極層將無法與位於支撐筒內壁上的第二電極層發生接觸，從而無法達到摩擦發電的效果。因此，第一電極層的材質應柔性適中，既不太硬也不太軟。優選地，可以在第一電極層的第一側表面上設置一層支撐部件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的主要作用在於:對第一電極層起到支撐作用，以便防止因為第一電極層過於柔軟而在旋轉過程中遠離支撐筒的內壁。
[0035]下面具體介紹一下摩擦發電機的結構。在本實用新型的一個實施例中，摩擦發電機的第一電極層包括:層疊設置的第一電極和第一高分子聚合物絕緣層，摩擦發電機的第二電極層包括:層疊設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置在支撐筒的內壁上，第一高分子聚合物絕緣層則覆蓋在第一電極之上。當本實用新型中的風力發電裝置包括支撐部件時，第二電極層中的第二電極的一個側表面設置在支撐部件上，第二電極的另一側表面上則進一步設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。當傳動軸旋轉時，通過設置傳動軸的旋轉方向，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構示意圖。在圖2中，為了描繪方便，將第一電極層繪製為水平結構，但實際上，第一電極層應是有一定的彎曲的。如圖2所示，摩擦發電機中的第一電極層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所示的結構中，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作為摩擦發電機的兩個摩擦界面，下面具體介紹一下這兩個摩擦界面摩擦發電的原理:當傳動軸轉動時，第一電極層隨之旋轉，而第二電極層相對靜止，因而第一電極層中的第一高分子聚合物絕緣層將會持續摩擦第二電極層中的第二高分子聚合物絕緣層，導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為摩擦而產生靜電荷，靜電荷的產生會使第一電極和第二電極之間的電容發生改變，從而導致第一電極和第二電極之間出現電勢差。當第一電極和第二電極被外電路連通時，該電勢差將會在外電路中形成交流脈衝電信號，從而實現發電的目的。為了實現上述的外電路，可以在第一電極上連接一個第一電極引線15 (參見圖lb)，在第二電極上連接一個第二電極引線16 (參見圖lb)，將這兩根電極引線作為摩擦發電機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現。
[0038]另外，為了提高摩擦發電機的發電能力，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相互接觸的兩個面中的至少一個面上可以進一步設置微納結構。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表面能夠更好地接觸摩擦，並在第一電極和第二電極處感應出較多的電荷。上述的微納結構具體可以採取如下兩種可能的實現方式:第一種方式為，該微納結構是微米級或納米級的非常小的凹凸結構。該凹凸結構能夠增加摩擦阻力，提高發電效率。所述凹凸結構能夠在薄膜製備時直接形成，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則的凹凸結構。具體地，該凹凸結構可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四稜錐型、或圓柱形等形狀的凹凸結構。第二種方式為，該微納結構是納米級孔狀結構，此時第一高分子聚合物絕緣層所用材料優選為聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm (優選
1.0mm)，且其相對第二電極層的面上設有多個納米孔。其中，每個納米孔的尺寸，即寬度和深度，可以根據應用的需要進行選擇，優選的納米孔的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4-50 μ m。納米孔的數量可以根據需要的輸出電流值和電壓值進行調整，優選的這些納米孔是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0039]在上面介紹的摩擦發電機中，第一電極或第二電極可以是具有電傳導性的金屬電極、石墨烯、銀納米線塗層或其他透明導電膜(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、固化的聚二甲基矽氧烷、聚醯亞胺薄膜、或摻雜氧化鋅納米線且具有微孔結構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構的纖維素、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、聚醯胺薄膜、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優選不同，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生的電勢差在內部中和。由此可見，在圖2所示的四層結構(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)的摩擦發電機中，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)之間的摩擦來發電的。[0040]另外，除了圖2所示的通過四層結構來實現摩擦發電機的方式之外，在本實用新型的其他實施例中，還可以採用其它方式來實現摩擦發電機。例如，也可以省去上述四層結構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，使摩擦發電機成為三層結構。當省去第一高分子聚合物絕緣層時，第一電極和第二高分子聚合物絕緣層作為摩擦發電機的兩個摩擦界面進行摩擦，這時，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面中的至少一個面上設有微納結構；當省去第二高分子聚合物絕緣層時，第二電極和第一高分子聚合物絕緣層作為摩擦發電機的兩個摩擦界面進行摩擦，這時，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面中的至少一個面上設有微納結構，以便提高發電效率。三層結構的發電機的發電原理與四層結構類似，此處不再贅述。另外，在三層結構的發電機中，通過金屬和聚合物進行摩擦，由於金屬容易失去電子，因此採用金屬與聚合物摩擦能夠提高能量輸出。
[0041]其中，在三層結構的摩擦發電機中，由於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於需要作為摩擦電極(即金屬)與第一高分子聚合物絕緣層進行摩擦，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。另一電極由於不需要進行摩擦，因此，除了可以選用上述羅列的金屬或合金材料之外，其他能夠製作電極的材料也可以應用，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。三層結構的摩擦發電機中的高分子聚合物絕緣層的材質與四層結構中的材質相同，此處不再贅述。
[0042]接下來，介紹一下摩擦發電機中的第一電極層和第二電極層的具體數量和位置關係O
[0043]圖3a以三層結構的摩擦發電機為例示出了摩擦發電機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之間的一種位置關係示意圖，另外，在圖中還示出了支撐部件140。在圖3a中，第一電極層的數量為三個，這三個第一電極層間隔設置，每相鄰的兩個第一電極層之間的夾角優選相等。第二電極層則包括多個斷續的片狀部分，這多個斷續的片狀部分間隔設置在支撐筒的內壁上，且每相鄰的兩個片狀部分之間的間隔優選相等。在這種實現方式中，每個第一電極層在旋轉時依次摩擦各個斷續的片狀部分，從而在每個第一電極層與每個斷續的片狀部分之間都將產生電勢差，從而使兩個摩擦界面之間能夠有效地接觸和分離。在這種方式中，可以在每個第一電極層上分別連接一個第一電極引線，因此，在圖3a所不的結構中有三根第一電極引線。相應地，還可以在第二電極層的每個片狀部分處分別連接一個第二電極引線，因此，在圖3a所示的結構中有四根第二電極引線。通過調整這些第一電極引線和第二電極引線之間的串並聯關係，可以改變摩擦發電機輸出的電流或電壓的大小。
[0044]圖3b以三層結構的摩擦發電機為例示出了摩擦發電機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係示意圖，另外，在圖中還示出了支撐部件140。在圖3b中，第一電極層的數量也為三個，這三個第一電極層間隔設置，每相鄰的兩個第一電極層之間的夾角優選相等。但第二電極層包括一個連續的環形部分，該連續的環形部分的外徑等於支撐筒的內徑，以便於使該第二電極層恰好固定在支撐筒內壁上。在這種實現方式中，每個第一電極層在旋轉時持續摩擦該連續的環形部分，從而在每個第一電極層與該連續的環形部分之間產生電勢差，進而可確保兩個摩擦界面之間能夠持續摩擦。在這種方式中，也可以在每個第一電極層上分別連接一個第一電極引線，因此，在圖3a所示的結構中也有三根第一電極引線。相應地，在第二電極層的該連續的環形部分處連接一個第二電極引線，因此，在圖3a所示的結構中有一根第二電極引線。
[0045]在圖3a和圖3b所示的結構中，都有多根第一電極引線，由於在傳動軸的旋轉過程中，這多根第一電極引線無法固定位置，因此，該風力發電裝置還可以進一步包括:位於傳動軸底端的第一電極固定片17 (參見圖1a和圖lb))，用於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，從而可以在傳動軸旋轉過程中防止第一電極引線因相互纏繞而打結，由此便於輸出。
[0046]進一步地，由於風速、用電需求等存在變化，導致風力發電裝置產生的電能可能一時無法用盡，因此有必要對多餘的電能進行存儲，以備需求過大或發電量不足時使用。對此，本實用新型還提供了一種風力發電系統，該風力發電系統包括上述的風力發電裝置，而且，還包括儲能裝置，該儲能裝置與摩擦發電機的輸出端相連，用於對摩擦發電機發出的電能進行存儲。下面具體介紹一下儲能裝置的結構。由於摩擦發電機產生的是交流電，交流電因其形式的特殊性而無法直接存儲，所以要經過一系列處理使其轉變為直流電才能存儲。對此，儲能裝置可以包括整流器、濾波電容、DC/DC變換器和儲能元件。其中，整流器的兩個輸入端與摩擦發電機的輸出端相連，整流器本質上是一種將交流電能轉變為直流電能的電路，其原理是利用二極體的單向導通功能，把交流電轉換成單向的直流脈動電壓。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，使整流後的直流脈動電壓變成相對比較穩定的直流電壓。進一步，將濾波後的直流電壓接入DC/DC變換器，對其進行變壓處理，得到適合給儲能元件進行充電的電信號。至此摩擦發電機產生的交流電已經轉變為可存儲的直流電，並最終儲存在指定的儲能元件中。儲能元件可以選用鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池或超級電容器。由此可見，本實用新型通過對自然環境中的風能進行收集，經過一系列的轉化變為電能，既可直接使用也可通過後續的儲能裝置將產生的電能進行存儲，從而達到了對風能收集的目的。
[0047]本實用新型提供的風力發電裝置及風力發電系統，將摩擦發電機分成相互獨立的第一電極層和第二電極層，其中第一電極層位於傳動軸上，第二電極層位於支撐筒內壁上，因此，當風吹動風力驅動部件旋轉時，位於傳動軸上的第一電極層發生運動，而位於支撐筒內壁上的第二電極層則保持靜止，因此，兩部分之間相互摩擦，從而達到摩擦發電的目的。由此可見，本實用新型提供的風力發電裝置通過風力驅動部件來收集風能，並在風力驅動部件旋轉時，通過傳動軸帶動摩擦發電機的第一電極層運動，進而與相對靜止的第二電極層之間產生摩擦。由於風力驅動部件在風的帶動下將持續旋轉(即使在風剛剛停止的時候也會因慣性而旋轉一段時間)，當風力驅動部件旋轉時，第二電極層會持續不斷地摩擦第一電極層。由此可見，該風力發電裝置不僅結構簡單，成本低廉，還能夠高效地摩擦發電，顯著提高了發電效率，而且，還易於加工和裁剪。
[0048]另外，本實用新型提供的風力發電裝置既可以單獨應用，也可以與風電、光伏發電、原子電池發電、溫差發電等系統整合後應用，從而實現多電源供電系統。[0049]本領域技術人員可以理解，雖然上述說明中，為便於理解，對方法的步驟採用了順序性描述，但是應當指出，對於上述步驟的順序並不作嚴格限制。
[0050]本領域普通技術人員可以理解實現上述實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的硬體來完成，該程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，如:R0M/RAM、磁碟、光碟等。
[0051]還可以理解的是，附圖或實施例中所示的裝置結構僅僅是示意性的，表示邏輯結構。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，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種風力發電裝置，其特徵在於，包括:支撐筒、傳動軸、至少一個風力驅動部件以及摩擦發電機，其中， 所述傳動軸位於所述支撐筒的內部，且傳動軸的頂端從所述支撐筒的內部伸出； 所述風力驅動部件的第一端為固設在所述傳動軸頂端的固定端，所述風力驅動部件的第二端為能夠在風力作用下帶動所述傳動軸相對於所述支撐筒轉動的自由端； 所述摩擦發電機進一步包括: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在所述傳動軸中部的固定端，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壁上，並且，所述第一電極層與所述第二電極層相互接觸。
2.如權利要求1所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述風力驅動部件的自由端為風杯和/或風葉。
3.如權利要求1所述的風力發電裝置，其特徵在於，進一步包括:支撐部件，所述支撐部件設置在所述第一電極層的第一側表面上，則所述第一電極層的第二側表面與所述第二電極層相互接觸。
4.如權利要求1所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述第一電極層包括:層疊設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.如權利要求4所述的風力發電裝置，其特徵在於，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面中的至少一個面上設有微納結構。
6.如權利要求1所述的風力發電裝置，其特徵在於，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.如權利要求6所述的風力發電裝置，其特徵在於，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面中的至少一個面上設有微納結構。
8.如權利要求1所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述第一電極層包括:層疊設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.如權利要求8所述的風力發電裝置，其特徵在於，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面中的至少一個面上設有微納結構。
10.如權利要求4-9中任一所述的風力發電裝置，其特徵在於，進一步包括: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電機的輸出端。
11.如權利要求10所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述第一電極層的數量為多個。
12.如權利要求11所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述第一電極引線的數量與所述第一電極層的數量相等，且每個第一電極層分別對應一根第一電極引線，則所述風力發電裝置進一步包括:位於所述傳動軸底端的第一電極固定片，用於固定每根第一電極引線。
13.如權利要求1或11所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述第二電極層包括一個連續的環形部分，該連續的環形部分的外徑等於所述支撐筒的內徑；或者， 所述第二電極層包括多個斷續的片狀部分，該多個斷續的片狀部分間隔設置在所述支撐筒的內壁上。
14.如權利要求1所述的風力發電裝置，其特徵在於，所述支撐筒為柱形支撐筒，所述傳動軸位於所述支撐筒的中心軸線處。
15.一種風力發電系統，包括:權利要求1-14中任一所述的風力發電裝置以及:儲能裝置，其中，所述儲能裝置，用於對所述摩擦發電機產生的電能進行存儲。
【文檔編號】H02N1/04GK203532171SQ201320310889
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2013年5月31日
【發明者】王珊, 劉紅閣, 馮順, 付曉玥 申請人:納米新能源（唐山）有限責任公司