CN102931876B - 一种基于智能材料ipmc的微型发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，属于IPMC智能材料应用领域，包括外壳、夹持件、压缩弹簧、电极、IPMC、导线；其中，外壳为弹性外壳，内部密封，且充满去离子水；外壳内部前后两端分别设置有一个夹持件；通过两个夹持件夹持带状IPMC材料；且两个夹持件通过压缩弹簧与外壳固连；IPMC一端安装有电极，电极通过导线与外部设备相连；由此当受到外力作用使，外壳发生形变，使IPMC两端发生垂直方向上的位移，进而在IPMC两端产生电压；通过导线外部设备上，使电压通过电极与导线将电压加在外部设备上，实现发电过程。本发明结构简单，实现容易；携带方便，可以随时随地进行发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，属于IPMC材料应用技术领域。
背景技术
IPMC(ion-exchange polymer metal composite)是一种人工肌肉材料，由于其较低的驱动电压能产生较大的位移变形，作为一种新型执行器非常适用于仿生机器人的开发。
当对IPMC厚度方向施加电压时，IPMC会产生较大的变形，向阳极弯曲（直接现象）。相反，当IPMC受到弯曲变形时，IPMC也会在厚度方向产生电压（反现象）。这样，IPMC是一个机电耦合系统。目前国内外研究大多数集中于如何提高IPMC的变形和输出力、IPMC的制备方法及其应用。而也有部分学者致力于找到一种可以模拟IPMC的电学模型，通过电分析的方法来了解它的驱动机理，从而为控制IPMC的力和位移输出做准备。
目前并没有将IPMC用于发电装置上的实例，现有的发电装置依然为柴油发电机，波浪能发电机，太阳能发电机等。但柴油发电机体积较大，工作时噪声较大，不易搬运。波浪能和太阳能发电机目前来讲体积也相对较大不能随身携带而且发电时需要有相关资源存在。
发明内容
为了解决上述微型发电问题，本发明提出一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，包括外壳、夹持件、压缩弹簧、电极、IPMC、导线；
其中，外壳为弹性外壳，内部密封，且外壳内还充满去离子水；外壳内部前后两端分别设置有一个夹持件；其中一个夹持件顶面与外壳内部顶面固定，底面通过压缩弹簧与外壳A内部底面固定；另一个夹持件B底面与外壳内部底面固定，顶面通过压缩弹簧B与外壳内部顶面固定；
所述IPMC为带状，IPMC前后两端分别与两个夹持件固定，并位于两个夹持件内部，且保证两个夹持件内部为密闭空腔；在IPMC一端上表面与下表面分别安装有正负电极；两根导线一端分别与正负电极相连。由此，当受到外力作用使，外壳发生形变，使IPMC两端发生垂直方向上的位移，进而在IPMC两端产生电压；通过导线外部设备上，使电压通过电极与导线将电压加在外部设备上，实现发电过程。
本发明的优点在于：
（1）本发明微型发电装置采用新材料IPMC作为发电器，结构简单，实现容易；
（2）本发明微型发电装置可以做为微小型发电装置，携带方便，可以随时随地进行发电；
（3）本发明微型发电装置无噪声、环保；
（4）本发明微型发电装置可以微型化发展。
附图说明
图1是本发明微型发电装置整体结构侧剖示意图；
图中：
1-外壳2-夹持件A 3-夹持件B 4-压缩弹簧A
5-压缩弹簧B 6-电极7-IPMC 8-导线
具体实施方式
本发明是一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，包括外壳1、夹持件A2、夹持件B3、压缩弹簧A4、压缩弹簧B5、电极6、IPMC7、导线8。
其中，外壳1为弹性外壳1，长度为50mm，宽度与高度均为10mm，由此保证了在实现发电的前提下，体积最小化。外壳1内部密封；弹性外壳1采用聚苯乙烯材料，杨氏模量为3000~3600MPa矩形结构。外壳1内部前后两端分别设置有盒体结构的夹持件A2与夹持件B3，体积为10×8×8mm3，其中，夹持件A2顶面与外壳1内部顶面贴合固定，底面与圆柱型压缩弹簧A4一端固连，压缩弹簧A另一端与外壳1内部底面贴合固定。夹持件B3底面与外壳1内部底面贴合固定，顶面与圆柱形压缩弹簧B5一端固连，压缩弹簧B5另一端与外壳1内部顶面贴合固定。所述夹持件A2与夹持件B3相对侧壁上横向开有夹持口，用来夹持IPMC7。本发明中采用圆柱型压缩弹簧，主要由于圆柱型压缩弹簧具有行程短、负荷重，所需空间小，组合使用方便，维修换装容易，经济、安全性高，使用寿命长的特点；上述圆柱型压缩弹簧A4与压缩弹簧B5直径为1.5mm，旋绕比为8，有效圈数为10，刚度为2.93N/mm。
所述IPMC7为带状，尺寸为40×8×0.2mm3，IPMC7前后两端分别穿过夹持件A2与夹持件B3上的夹持口伸入到夹持件A2与夹持件B3内部，通过夹持件A2与夹持件B3上的夹持口对IPMC7两端进行夹紧密封，由此使夹持件A2与夹持件B3内部形成密闭空腔。在IPMC7后端上表面与下表面分别分别安装有正负电极；夹持件B3与外壳1上均开有导线8连接口，两根直径为1mm的导线8穿过外壳1与夹持件B3上的导线8连接口，分别与正负电极6相连，且导线8连接口与导线8间保持密封状态。
上述外壳1内还充满去离子水，由此为IPMC7工作提供水环境，同时去离子水能减少IPMC7中离子逸散，提高IPMC7使用寿命。
通过上述结构形成的微型发电装置，当受到外力作用使，外壳1发生形变，使IPMC7两端发生垂直方向上的位移，进而在IPMC7两端产生电压；通过导线8外部设备上，使电压通过电极6与导线8将电压加在外部设备上，实现发电过程。
Claims (4)
1.一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，其特征在于：包括外壳、夹持件、压缩弹簧、电极、IPMC、导线；所述压缩弹簧为2个圆柱形压缩弹簧，分别为压缩弹簧A和压缩弹簧B；
其中，所述外壳长度为50mm，宽度与高度均为10mm；外壳为弹性外壳，内部密封，且外壳内还充满去离子水；外壳内部前后两端分别设置有一个夹持件；其中一个夹持件顶面与外壳内部顶面固定，底面与圆柱型压缩弹簧A一端固连，压缩弹簧A另一端与外壳内部底面贴合固定；另一个夹持件底面与外壳内部底面固定，顶面与圆柱形压缩弹簧B一端固连，压缩弹簧B另一端与外壳内部顶面贴合固定；
所述IPMC为带状，尺寸为40×8×0.2mm3，IPMC前后两端分别与两个夹持件固定，所述两个夹持件相对侧壁上横向开有夹持口，用来夹持IPMC，IPMC前后两端分别穿过两个夹持件上的夹持口伸入到两个夹持件内部，通过夹持件上的夹持口对IPMC两端进行夹紧密封，且保证两个夹持件内部为密闭空腔；在IPMC一端相连的夹持件内，IPMC上表面与下表面分别安装有正负电极；夹持件与外壳上均开有导线连接口，两根直径为1mm的导线穿过外壳与夹持件上的导线连接口，分别与正负电极相连，且导线连接口与导线间保持密封状态。
2.如权利要求1所述一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，其特征在于：所述外壳为矩形结构，采用聚苯乙烯材料，杨氏模量为3000～3600MPa。
3.如权利要求1所述一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，其特征在于：所述夹持件体积为10×8×8mm3。
4.如权利要求1所述一种基于智能材料IPMC的微型发电装置，其特征在于：所述圆柱型压缩弹簧直径为1.5mm，旋绕比为8，有效圈数为10，刚度为2.93N/mm。
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