[0023] 本发明所提出的发电机主要包括摆圈a、定圈b、滚动体c、转轴d、复合梁n、压电振子i和托架f。
[0024] 转轴d由法兰d1、右半轴d2和左半轴d3构成，转轴d的右半轴d2的右端设有法兰d1、左端设有左半轴d3，定圈b经挡片e及螺钉安装在左半轴d3上；摆圈a经滚动体c套在定圈b上，滚动体c为滚珠或圆柱；右半轴线x1与摆圈轴线x2在同一平面内的夹角为轴倾角Q，摆圈轴线x2是指摆圈a的内孔轴线且与滚动体c回转中心线及定圈b的外圆柱面的轴线重合；左半轴d3为斜轴时，左半轴d3与右半轴d2在同一平面内的夹角为轴倾角Q，摆圈轴线x2与定圈b内孔轴线及左半轴d3的轴线重合；左半轴d3为平轴时，定圈b的内孔轴线与右半轴线x1重合，定圈b的内孔轴线与外圆柱面轴线间的夹角为轴倾角Q。
[0025] 摆圈a的外缘上设有凸块a1，凸块a1宽度方向的对称中心面与摆圈轴线x2垂直；凸块a1宽度方向的对称中心面与滚动体c在摆圈a宽度方向上的对称中心面重合。摆圈a的凸块a1两侧经螺钉安装有托架f，两个托架f经两个压电振子i夹持有一个复合梁n，托架f、压电振子i及复合梁n通过螺钉连接。托架f由平板f1和弯板f2构成，平板f1安装在摆圈a的凸块a1上，压电振子i及复合梁n的固定端夹持在两个托架f的平板f1之间；托架f的弯板f2的表面为弧形，弯板f2上设有沉腔f3，弯板f2的底部经螺钉安装有定质量块h和定磁铁g，用于产生防止摆圈a随转轴d转动的惯性力。
[0026] 复合梁n由梁基板n2与其两侧的摩擦层n1构成，摩擦层n1的材料为聚氯乙烯、聚四氟乙烯等，梁基板n2的材料为金属；压电振子i由振子基板i2与其一侧所粘接的压电片i1构成，压电片i1的平面尺寸比沉腔f3的平面尺寸小，振子基板i2和复合梁n的平面尺寸比沉腔f3的平面尺寸大，振子基板i2靠近复合梁n的摩擦层n1安装，压电片i1靠近托架f安装且置于沉腔f3中；梁基板n2和振子基板i2的夹持部分之间作绝缘处理，如涂绝缘漆或设有与摩擦层n1厚度相同的绝缘垫；复合梁n的自由端经螺钉安装动磁铁k和动质量块j，动磁铁k和定磁铁g的异性磁极靠近安装以便形成双稳态结构；复合梁n、压电振子i、动磁铁k及动质量块j构成的摆动系统。
[0027] 压电振子i的振子基板i2和压电片i1构成压电发电单元；复合梁n与其两侧的压电振子i构成摩擦副，振子基板i2和复合梁n构成摩擦发电单元，振子基板i2和梁基板n2为摩擦发电单元的两个电极；压电发电单元和摩擦发电单元经不同的导线组输出。
[0028] 本发明的发电机可与涡轮式微小型流体发电机、大型风力发电机、机床及车辆等的主轴Z相连，用于收集流体能和旋转机械的动能发电，此时转轴d与机械设备的主轴Z连接；用于构造涡轮式流体发电机收集风及水流能时，转轴d的端部需经螺钉安装有一组叶片，叶片的功能是将流体运动转换成旋转运动。
[0029] 工作中，定圈b随转轴d转动，摆圈a、托架f、复合梁n及压电振子i在定质量块h及各部件惯性力的作用下不随转轴d转动，但绕摆圈a的几何对称中心o作往复轴向摆动；摆圈a摆动时，复合梁n受其端部动质量块j的作用弯曲变形并使其一侧的压电振子i靠近与其相邻的托架f，复合梁n另一侧的压电振子i在其自身弹性力的作用下复位，远离与其相邻的托架f；压电振子i往复弯曲变形及振子基板i2与摩擦层n1之间交替地接触与分离的过程中将机械能转换成电能；压电振子i发生弯曲变形并将机械能转换成电能的过程称为压电发电，所利用的是压电材料的正压电效应；振子基板i2与摩擦层n1接触分离并将机械能转换成电能的过程称为摩擦发电，利用的是摩擦电效应，故本发明的发电机为摩擦发电与压电发电所构成的发电机。
[0030] 摩擦发电的原理是：振子基板i2与摩擦层n1接触时其内表面感应出符号相反的电荷，两表面分离并形成一定间隙时便产生电势差，振子基板i2和梁基板n2经负载连通时即产生电流；振子基板i2和摩擦层n1再度分离时摩擦电荷所形成的电势差消失，电子会回流到原来的电极；压电发电单元和摩擦发电单元独立输出，振子基板i2和压电片i1表面的金属镀层构成压电发电单元的一对电极，振子基板i2和复合梁n的梁基板n2构成摩擦发电单元的一对电极，压电发电单元及两个摩擦发电单元经整流器分别与电路板相连。
[0031] 发电机的激励与复位过程如下：
[0032] ①摆圈a带动复合梁n及压电振子i向右摆动时，复合梁n在动磁铁k和动质量块j惯性力的作用下向左弯曲变形并使其左侧的压电振子i靠近与所述压电振子i相邻的托架f；同时，右侧的压电振子i在其自身弹性力的作用下复位，与其相邻托架f的弯板f2表面及复合梁n的摩擦层n1的表面逐渐脱离；当右半轴线x1、摆圈轴线x2及复合梁n与压电振子i宽度方向的对称中心处于同一铅垂面内时：右半轴线x1与摆圈轴线x2在铅垂面内的夹角为轴倾角Q，左侧压电振子i被复合梁n压靠在弯板f2的表面，振子基板i2的侧边贴合在弯板f2的表面上、摩擦层n1贴合在振子基板i2上，左侧压电振子i的变形量达到最大且其变形形状与弯板f2的表面形状相同；右侧压电振子i与弯板f2表面和复合梁n表面完全脱离，右侧压电振子i变形量最小或无变形。
[0033] ②随转轴d的继续转动，左侧压电振子i变形量逐渐减小并与复合梁n和弯板f2的表面脱离，右侧压电振子i的变形量逐渐增加；转轴d转过180度时，右半轴线x1、摆圈轴线x2及复合梁n和压电振子i宽度方向的对称中心再度处于同一铅垂面内，右侧的压电振子i被压靠在与所述压电振子i相邻的弯板f2上，振子基板i2的侧边贴合在弯板f2的表面上，摩擦层n1贴合在振子基板i2上；左侧的压电振子i在其自身弹性力的作用下复位，左侧压电振子i的振子基板i2与其相邻的复合梁n的摩擦层n1及弯板f2表面均脱离接触。
[0034] 发电机上述工作过程中，动磁铁k离开其平衡位置后与其左右两侧的定磁铁g吸引力不同，与其所靠近的定磁铁g的吸引力逐渐增加、与其远离的定磁铁g的吸引力逐渐降低，进而形成了非线性振动，有效地拓宽了频带宽度；当转轴d的转速达到一定程度、即可满足压电振子i与弯板f2表面贴合时，压电振子i的弯曲变形量及振子基板i2与摩擦层n1间的接触应力大小仅由复合梁n及弯板f2的弯曲半径及结构参数决定，受转轴d转速影响较小或无影响，故压电发电单元和摩擦发电单元的输出电压在各转速下都相对稳定。
[0035] 为使确保摆圈a摆动到极限位置时压电振子i与弯板f2及复合梁n表面间能较好地贴合，发电机的几何参数间的关系满足： 其中：Q为轴倾角，r为摆圈a的摆动半径，L为两个弯板f2自由端的距离， ζ、m、k分别为摆动系统的阻尼比、等效质量和等效刚度，n为转轴d的转速。
[0036] 为确保压电片i1不致因应力过大而损毁，应使R≥R*，其中：R为弯板f2的凸面弯曲半径，R*为压电振子i的许用弯曲半径，压电振子i的许用弯曲半径R*是指使压电片i1的应力达到许用应力时压电片i1与振子基板i2粘接面处的弯曲半径；振子基板i2和压电片i1厚度相等时 β＝Em/Ep，Em和Ep分别为振子基板i2和压电片i1的杨氏模量，k31和 分别为压电材料的机电耦合系数和许用应力，η为与胶层厚度有关的修正系数。
