本发明属于风力发电，具体涉及一种电磁-摩擦混合风力发电机。
背景技术：
1、智慧农业的发展可以提高农业生产效率、优化资源配置、降低成本、改善农产品品质、增强抗风险能力、促进农村经济发展、推动农业科技创新和环境保护，是实现农业现代化的基础。
2、农业物联网节点在智慧农业中扮演着重要的角色，为智慧农业发展提供数据支持。通过大量的传感器节点构成监控网络，可以实时监控和收集农业环境中的各种数据，如温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等，为农业生产提供科学合理的决策依据。农业物联网节点通常部署在远离电力设施的偏远地区，因此如何为这些节点提供可靠的电源是一个具有挑战性的问题。
3、由于作物生长环境（特别是大田环境）难以使用有线方式进行电力供应，利用太阳能为农业物联网节点提供能量供应是一种灵活且有效的方式。然而，太阳能板只能在晴朗的白天工作，无法实现全天时全天候供电，并且需要配合深埋地下的大容量蓄电池储电。而且，农业物联网节点野外的恶劣使用环境会影响蓄电池的寿命，严重的会引起电池泄露从而造成环境污染。
4、因此，如何提高农业物联网节点的全天时全天候供电能力，减小蓄电池容量和体积，对于降低物联网节点使用成本以及减小农业环境破坏隐患具有非常重要的意义。
5、为克服这些难题，探索新的能源利用方式显得尤为重要。风能是一种遍布自然界的能量，白天黑夜均可工作，相比光伏发电更具全天时和全天候的优势。然而，传统电磁风力发电机需要较高的工作风速（10-25米/秒）。受地表摩擦阻力的影响，越接近地表的风速越低（3 米/秒），因此电磁风力发电机通常安装在远离地面的高塔上。而农业物联网节点为满足传感器的探测需求，需贴近地面放置。地表的微风环境难以满足电磁风力发电机的风速需求，限制了风能在农业物联网节点的供能应用。
6、决定风力发电效率高低的一个重要因素是风速的大小。为此，人们发明了基于有机材料的摩擦纳米发电机（teng）。当地表风速较小时，摩擦电发电机具有低启动风速的效果，适用于收集农业环境的微风能量。但是，摩擦电发电机在高风速下效率不如传统电磁风力发电机。所以，将摩擦发电与电磁发电技术相结合，不仅能有效利用地表微风资源，还能在风速条件较好时发挥电磁发电的高效率，从而构成一个高效、稳定、全天候的物联网节点供电系统。
7、在已发表的文献“an ultra-durable windmill-like hybrid nanogeneratorfor steady and efficient harvesting of low-speed wind energy [j]. nano-microlett, 2020, 12(1): 11.”中披露了一种耐久、高效的类风车混合纳米发电机，采用旋转接触分离方式，能够有效避免摩擦材料的磨损，但是发电过程中摩擦发电效果较差，在高风速下摩擦发电效率下降较多。
8、在已发表的文献“functional structure enhanced synergistic sensing fromtriboelectric-electromagnetic hybrid nanogenerator for self-powered rotatingspeed monitoring [j]. energy rep, 2022, 8: 5272-83.”中披露了一种基于同轴集成摩擦电-电磁混合纳米发电机的自供电电机转速传感器，用于在线监测转速、故障预警。但摩擦纳米发电机结构中薄膜与摩擦层的设计具有较大的磨损，会影响发电机工作寿命。
9、在已发表的文献“基于折纸结构的摩擦电-电磁复合风速传感器研究[j].计量与测试技术,2023,50(11):58-60+65.doi:10.15988/j.cnki.1004-6941.2023.11.017.”中披露了一种摩擦电-电磁复合的风速传感器，并利用折纸结构实现风速准确测量，但只是将摩擦、电磁结构进行简单组合，对摩擦纳米发电机与电磁发电机的良好结合方式研究较少。
10、在已发表的文献“韩林冲.输电线路中自供电风速传感器的设计与研究[d].长春工业大学,2024.doi:10.27805/d.cnki.gccgy.2024.000621.” 中披露了一种基于摩擦-电磁混合发电机的自供电风速监测装置，用于监测引起架空输电线路微风振动的风速信息。但摩擦纳米发电机与电磁发电机之间没有良好的切换装置，发电效率受限，风力收集的效率较低。
11、综上所述，目前常用的电磁-摩擦混合发电机受发电机中摩擦发电部分的影响，使用寿命受到制约；且在低速风环境下，发电效率仍受到发电机中电磁发电部分的制约，难以满足低风速环境下物联网节点的供电需求；临界风速转换装置缺乏或效率较低，高风速能量收集受到制约。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种电磁-摩擦混合风力发电机，能够根据风速的大小自动切换发电模式，从而提高发电效率。
2、本发明是这样实现的：一种电磁-摩擦混合风力发电机，包括用于受风力作用而输出转矩的接收装置和受所述转矩作用而产生电能的发电装置，所述发电装置包括外壳、至少部分安装在所述外壳内的转轴以及安装在所述外壳内的第一转子、导电摩擦片、第一定子、第二转子、第二定子和摩擦耦合器；
3、所述导电摩擦片、第一定子和第二定子均固定安装在所述外壳内，所述第一转子和摩擦耦合器固定安装在所述转轴上，所述第二转子转动安装在所述外壳内，并且能够与所述摩擦耦合器形成连接以传递转矩；
4、所述转轴处于第一转速以下时，所述转轴带动所述第一转子转动从而与所述导电摩擦片通过摩擦产生电能；
5、所述转轴处于第一转速至第二转速时，所述转轴带动所述第一转子转动从而与所述第一定子通过电磁感应产生电能；
6、所述转轴处于第二转速以上时，所述转轴带动所述第二转子转动从而与所述第二定子通过电磁感应产生电能；
7、所述第二转速大于所述第一转速。
8、进一步的，所述第一转子包括转盘、fep薄膜和第一磁体；所述fep薄膜固定安装在所述转盘上，所述第一磁体活动安装在所述转盘上；所述第一磁体能够根据所述转盘的转速改变其与转动中心的距离。
9、进一步的，所述第一转子还包括复位弹簧，所述复位弹簧抵接所述第一磁体。
10、进一步的，所述转盘设置有延伸至外边缘的插槽，所述插槽中设置有一对用于夹持所述fep薄膜的“c”型夹，所述一对“c”型夹的外端套设有固定件。
11、进一步的，所述导电摩擦片设置有两个，并且分别位于所述第一转子的上方和下方，所述fep薄膜的中部固定在所述转盘上，其两侧分别与对应的导电摩擦片接触。
12、进一步的，所述第一定子的数量为两个，并且分别位于对应的所述导电摩擦片的上方和下方，所述导电摩擦片对应固定安装在所述第一定子上。
13、进一步的，所述摩擦耦合器包括导热套、温感片和摩擦片；所述第二转子的内壁固定设置有摩擦套和连接凸块；所述温感片和摩擦片一上一下固定设置在所述导热套上；所述摩擦片与所述摩擦套接触；
14、所述温感片在其温度小于工作温度时处于收卷状态，其远离所述连接凸块，从而使所述摩擦耦合器与所述第二转子处于分离状态；
15、所述温感片在其温度超过工作温度时处于展开状态，其抵接所述连接凸块，从而使所述摩擦耦合器与所述第二转子处于结合状态。
16、进一步的，所述摩擦片处于弹性变形状态。
17、进一步的，所述外壳包括上壳和底座，所述底座固定安装在所述上壳的底部开口处，所述底座设置有散热孔。
18、进一步的，所述风能接收装置包括主体、接收部和转速传感器，所述接收部的轴部转动安装在所述主体上，所述转速传感器安装在所述轴部上，所述轴部与所述转轴连接。
19、本发明带来的有益效果是：
20、1、本发明能够在微风条件下通过摩擦产生静电的方式进行发电，有效利用环境中的微能量；此外还能够在风速提升后转变为以电磁感应方式发电为主的发电模式，提高发电效率。
21、2、本发明能够根据风速的快慢自动切换发电模式，充分适应野外环境，满足不同条件下的发电需求。
22、3、本发明利用温感片受热变形的特点实现第二转子与转轴连接状态的切换，从而实现在低风速下降低轴上重量，而在高风速下进行电磁发电的目的。
23、4、本发明中主要工作部件采用层叠方式装配，能够极大的缩小轴向尺寸，使结构更加紧凑，有助于整体的轻量化和小型化。
1.一种电磁-摩擦混合风力发电机，包括用于受风力作用而输出转矩的接收装置（100）和受所述转矩作用而产生电能的发电装置（200），其特征在于，所述发电装置（200）包括外壳（201）、至少部分安装在所述外壳（201）内的转轴（204）以及安装在所述外壳（201）内的第一转子（211）、导电摩擦片（210）、第一定子（209）、第二转子（206）、第二定子（205）和摩擦耦合器（212）；
2.根据权利要求1所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述第一转子（211）包括转盘（218）、fep薄膜（219）和第一磁体（235）；所述fep薄膜（219）固定安装在所述转盘（218）上，所述第一磁体（235）活动安装在所述转盘（218）上；所述第一磁体（235）能够根据所述转盘（218）的转速改变其与转动中心的距离。
3.根据权利要求2所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述第一转子（211）还包括复位弹簧（220），所述复位弹簧（220）抵接所述第一磁体（235）。
4.根据权利要求2所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述转盘（218）设置有延伸至外边缘的插槽（223），所述插槽（223）中设置有一对用于夹持所述fep薄膜（219）的“c”型夹（224），所述一对“c”型夹（224）的外端套设有固定件（222）。
5.根据权利要求2所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述导电摩擦片（210）设置有两个，并且分别位于所述第一转子（211）的上方和下方，所述fep薄膜（219）的中部固定在所述转盘（218）上，其两侧分别与对应的导电摩擦片（210）接触。
6.根据权利要求5所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述第一定子（209）的数量为两个，并且分别位于对应的所述导电摩擦片（210）的上方和下方，所述导电摩擦片（210）对应固定安装在所述第一定子（209）上。
7.根据权利要求1所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述摩擦耦合器（212）包括导热套（213）、温感片（215）和摩擦片（214）；所述第二转子（206）的内壁固定设置有摩擦套（207）和连接凸块（227）；所述温感片（215）和摩擦片（214）一上一下固定设置在所述导热套（213）上；所述摩擦片（214）与所述摩擦套（207）接触；
8.根据权利要求7所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述摩擦片（214）处于弹性变形状态。
9.根据权利要求1所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述外壳（201）包括上壳（202）和底座（203），所述底座（203）固定安装在所述上壳（202）的底部开口处，所述底座（203）设置有散热孔。
10.根据权利要求1所述的一种电磁-摩擦混合风力发电机，其特征在于，所述风能接收装置（100）包括主体（103）、接收部（101）和转速传感器，所述接收部（101）的轴部（102）转动安装在所述主体（103）上，所述转速传感器安装在所述轴部（102）上，所述轴部（102）与所述转轴（204）连接。
