CN103051149A - 纳米流体磁铁车轮发电机及其制造方法 - Google Patents

纳米流体磁铁车轮发电机及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米流体磁铁车轮发电机及其制造方法。该车轮发电机包括车轮轮胎和固定在车轮轮胎一侧的导电刷，车轮轮胎内固定转子线圈；车轮轮胎内注入流体磁铁；转子线圈的两个输出端子与导电刷连接。该车轮发电机的制造方法包括以下步骤：1)制作转子线圈；2)将转子线圈固定到轮胎内，将转子线圈的两个输出端子与导电刷连接；3)在装有转子线圈的轮胎内注入流体磁铁。本发明造价低、制造工艺简单、免维护。由于采用纳米管碳纤维材料和流体磁铁，按照目前的制造成本测算，每台车轮发电机不到800元人民币。可以在现有的轮胎内加装，也可以在制造轮胎时直接安装。由于采用的材料均为柔性材料，没有机械摩擦问题，基本上不会产生故障。

Description

纳米流体磁铁车轮发电机及其制造方法
技术领域
本发明涉及纳米流体磁铁车轮发电机及其制造方法，属于发电机技术领域。
背景技术
目前利用车轮转动的传统发电技术，效率低而且成本高，为产生磁场而使用的磁铁都是电磁铁或永磁磁铁，这些很重的材料大大增加了车辆整体的重量，并且对车辆安全行驶造成负面影响，所以很难推广应用。
纳米碳管的直径非常细，只有几个nm，而其长度却达几个um(1nm是1mm的百万分之一，1um是1mm的千分之一)，长宽比非常大，是呈空心圆筒状的碳元素的结晶体。作为纳米科技的核心材料，碳纳米管受到的全世界的关注。其形状呈碳原子六角形分布的石墨板材的卷筒状，因其卷曲的方式不同而使其性质发生变化，赋予其金属性质或半导体性质。纳米管具有以下特点：
超细/轻：   纳米级/只有铝的一半重量
机械强度高：约为钢铁的100倍
导电性好：  约为铜的千倍、高于银
导热性好：  约为铜的10倍、高于钻石
高熔点：    3000度以上(真空状态)
柔软性：    非常柔软，伸缩性强
化学稳定性：对药品反应稳定
温度稳定性：对温度变化稳定
高耐腐性能：耐腐蚀性能好
高摺动性：  摺动性好
发明内容
根据上述问题，本发明的首要目的在于改进现有技术发电机功率和效率不高的缺陷，使用纳米管技术提供一种与现有建立的普通发电机原理完全不同，能够最大限度地减少由于重量较大对车轮转动的阻力，从而提高转动效率的高效发电机。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种纳米流体磁铁车轮发电机，包括车轮轮胎和固定在车轮轮胎一侧的导电刷，其中：所述车轮轮胎内固定转子线圈；所述车轮轮胎内注入流体磁铁；所述转子线圈的两个输出端子与所述导电刷连接。
进一步地：
所述转子线圈所使用的材料为碳纳米管纤维。
所述转子线圈所使用的材料为金属。
所述转子线圈的密度是200条线/cm3。
上述车轮发电机的制造方法，包括以下步骤：
1)制作转子线圈；2)将转子线圈固定到轮胎内，将转子线圈的两个输出端子与导电刷连接；3)在装有转子线圈的轮胎内注入流体磁铁。
所述步骤1)中制作转子线圈的具体方法是：将内含约3wt％纳米管的碳素纤维首先进行表面的绝缘涂层处理，然后编织成线圈状。
所述步骤3)中的流体磁铁为油性流体磁铁或水性流体磁铁。其中：
油性流体磁铁通过以下方法制作：将粒子直径约20纳米的磁铁矿磁性粒子100份、油酸或某种胺50份、碳纳米管10份添加到200份的油中后，再用球磨机进行混合、分散处理。
水性流体磁铁通过以下方法制作：用直径约20纳米的磁铁矿磁性粒子100份、油酸20份、木质素磺酸30份、碳纳米管10份添加到200份的水中之后，再用球磨机进行混合、分散处理。
本发明的有益效果如下：
1.在全球率先利用纳米管技术设计发电机，重量轻，每台发电机的总重量不到1000克，而使用磁钢的传统车轮发电机重量约5公斤。同时在全球率先使用流体磁铁制造车轮发电机，对车辆行驶安全性无负面影响；
2.发电效率较高，造价较低、制造工艺简单、基本免维护。
附图说明
图1为本发明结构简图。
具体实施方式
本发明提供了一种纳米流体磁铁车轮发电机及其制造方法。
纳米流体磁铁车轮发电机包括车轮轮胎和固定在车轮轮胎一侧的导电刷，其中：所述车轮轮胎内固定转子线圈；所述车轮轮胎内注入流体磁铁；所述转子线圈的两个输出端子与所述导电刷连接。
纳米车轮发电机的制造方法，包括以下步骤：1)制作转子线圈；2)将转子线圈固定到轮胎内，将转子线圈的两个输出端子与导电刷连接；3)在装有转子线圈的轮胎内注入流体磁铁。
以下将参照附图借助优选实施例详细描述本发明。
参照图1。首先在作为闭管循环回路的车轮轮胎001中，设置转子线圈002。为了减轻轮胎的整体重量、提高安全性及经济性，线圈所使用的材料采用重量轻而且导电性能好造价较低的碳纳米管纤维。然后在装有线圈的轮胎内注入适当量的流体磁铁003。
由于在车辆行驶时，轮胎和路面004间的摩擦运动会产生温度，因此使得轮胎内的流体磁铁的温度也不断升高，流体磁铁磁化、比重、粘度、沸点、流动点、蒸汽压等均随之发生变化，这样流体磁铁003就会以一定的速度和轮胎中设置的线圈002开始作反向运动。即：线圈002随车轮轮胎001同向转动，而流体磁铁003与线圈002作反向的运动，这样流体磁铁003与线圈002之间便产生相对运动。根据法拉第电磁感应定律，这种运动的结果将在线圈002中产生电动势005，再通过导电刷将线圈002中产生的电流006输出，并储存到蓄电池，以作为汽车行驶动力。
下面再介绍纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法。
1)流体磁铁的制作
A)油性流体磁铁的制作
将粒子直径约20纳米的磁铁矿磁性粒子100份、油酸(或某种胺)50份、碳纳米管10份添加到200份的油(沸点约230℃)中后，再用球磨机进行24小时的混合、分散处理，将磁铁矿的磁性粒子作为磁力体、制作出油性的流体磁铁。
B)水性流体磁铁制作是用直径约20纳米的磁铁矿磁性粒子100份、油酸20份、木质素磺酸30份、碳纳米管10份添加到200份的水中之后，再用球磨机进行24小时的混合、分散处理，把磁铁矿的磁性粒子作为磁力体，制作出水性的流体磁铁。
2)装有线圈的轮胎制作
A)添加碳纳米管的碳素纤维线圈的试制
将内含约3wt％纳米管的碳素纤维(线阻抗：10-3Ω/cm)首先进行表面的绝缘涂层处理，然后编织成线圈状，将输出端子连接到导电刷上，固定到轮胎内。线圈的密度是200条线/cm3。
B)金属线圈的试制
将表面进行了绝缘涂层处理后的铜线编织成线圈状，将输出端子连接到导电刷上，然后固定到轮胎内。线圈的密度也是200条线/cm3。
3)发电试验
车的时速设定为60km/小时，车轮的转速不变，2个小时的实验结果为：
1)A和2)A的发电量是400瓦/小时；
1)B和2)A的发电量是380瓦/小时；
1)A和2)B的发电量是200瓦/小时；
1)B和2)B的发电量是150瓦/小时。
另外，汽油的消耗量分别是5升、5.3升、7.6升和8.2升。
4、该发明的特点：
在全球率先利用纳米管技术设计发电机，重量轻，每台发电机的总重量不到1000克，而使用磁钢的传统车轮发电机重量约5公斤。同时在全球率先使用流体磁铁制造车轮发电机，对车辆行驶安全性无负面影响；
发电效率较高，使用最佳方案1)A和2)A组合，车速60公里/小时其发电量是400瓦/小时，这高于传统的车轮发电机至少20倍；
造价较低、制造工艺简单、基本免维护。由于采用纳米管碳纤维材料和流体磁铁，按照目前的制造成本测算，每台车轮发电机不到800元人民币。可以在现有的轮胎内加装，也可以在制造轮胎时直接安装。由于采用的材料均为柔性材料，没有机械摩擦问题，基本上不会产生故障。
采用纳米管材料制造复合轻量磁铁和高导电性碳纤维制造车轮发电机在全球是首创。汽车是目前全球应用最广泛的交通工具，在不影响汽车安全运行的同时，在每个车轮上增加一台独立的发电机，将产生巨大的能源，对全球能源供应多样化和保护环境会产生巨大影响。因此，这项技术及相关领域的市场前景十分广阔。
综上所述，该发明具有巨大的市场推广价值，对发展安全清洁的电动车具有重大意义。
需要申明的是，上述实施例仅用于对本发明进行说明而非限制，因此，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明精神和范围的情况下对它进行各种显而易见的改变，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米流体磁铁车轮发电机，包括车轮轮胎和固定在车轮轮胎一侧的导电刷，其特征在于：
所述车轮轮胎内固定转子线圈；
所述车轮轮胎内注入流体磁铁；
所述转子线圈的两个输出端子与所述导电刷连接。
2.如权利要求1所述的纳米流体磁铁车轮发电机，其特征在于：
所述转子线圈所使用的材料为碳纳米管纤维。
3.如权利要求1所述的纳米流体磁铁车轮发电机，其特征在于：
所述转子线圈所使用的材料为金属。
4.如权利要求2或3所述的纳米流体磁铁车轮发电机，其特征在于：
所述转子线圈的密度是200条线/cm3。
5.一种纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制作转子线圈；
2)将转子线圈固定到轮胎内，将转子线圈的两个输出端子与导电刷连接；
3)在装有转子线圈的轮胎内注入流体磁铁。
6.如权利要求5所述的纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法，其特征在于所述步骤1)中制作转子线圈的具体方法是：
将内含约3wt％纳米管的碳素纤维首先进行表面的绝缘涂层处理，然后编织成线圈状。
7.如权利要求6所述的纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法，其特征在于：
所述转子线圈的密度是200条线/cm3。
8.如权利要求5所述的纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法，其特征在于：
所述流体磁铁为油性流体磁铁或水性流体磁铁。
9.如权利要求8所述的纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法，其特征在于所述油性流体磁铁通过以下方法制作：将粒子直径约20纳米的磁铁矿磁性粒子100份、油酸或某种胺50份、碳纳米管10份添加到200份的油中后，再用球磨机进行混合、分散处理。
10.如权利要求8所述的纳米流体磁铁车轮发电机的制造方法，其特征在于所述水性流体磁铁通过以下方法制作：用直径约20纳米的磁铁矿磁性粒子100份、油酸20份、木质素磺酸30份、碳纳米管10份添加到200份的水中之后，再用球磨机进行混合、分散处理。
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