CN106627876A - 一种基于逆向电润湿技术的发电车轮、应用及其发电自行车 - Google Patents

一种基于逆向电润湿技术的发电车轮、应用及其发电自行车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于逆向电润湿技术的发电车轮、应用及其发电自行车，其中，发电车轮包括：中心轮轴、转动基板(1)、固定基板(2)以及偏置电压源(3)；其中，转动基板与固定基板相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第一电极层和第一介电层，在第一电极层和第一介电层的外表面均设置有第一低表面能介电层；固定基板与转动基板相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第二电极层和第二介电层，第二电极层和第二介电层的外表面均设置有第二低表面能介电层，在第二低表面能介电层上固定设置有导电液滴阵列，偏置电压源加载于第一电极层和所述第二电极层上，该发电车轮可应用于车辆，尤其自行车上，具有结构简单，设计合理，转化率高等优点。

Description

一种基于逆向电润湿技术的发电车轮、应用及其发电自行车
技术领域
本发明公开涉及自行车的技术领域，尤其涉及一种基于逆向电润湿技术的发电车轮、应用及其发电自行车。
背景技术
自行这车是一种常见的代步交通工具，自行车在行驶过程中，有很大一部分机械能都在轮胎和地面的摩擦中以热能形式散发消失。野外郊游或者长期骑车难免会遇到手机或者其他便携式电器没电的情况，若能在骑行中将自行车行驶的机械能转化为电能，为上述小型电器进行充电或在夜间骑行时为照明供电，是比较符合人们自行车出行的期望。
目前，针对自行车在行驶过程中所开发的发电技术也多种多样，但存在转化率低等问题。
发明内容
鉴于此，本发明公开提供了一种基于逆向电润湿技术的发电车轮、应用及其发电自行车，以至少解决现有自行车发电技术中存在的转化率低等问题。
本发明提供了一种基于逆向电润湿技术的发电车轮，包括中心轮轴，其特征在于，所述发电车轮还包括：与所述中心轮轴转动连接的转动基板1、与所述转动基板1平行间隔设置且与所述中心轮轴固定连接的固定基板2以及偏置电压源3；
其中，所述转动基板1与所述固定基板2相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第一电极层11和第一介电层12，且多个所述第一电极层11在所述转动基板1的中心处汇合连通，所述第一电极层11和第一介电层12的外表面均设置有第一低表面能介电层；
所述固定基板2与所述转动基板1相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第二电极层21和第二介电层22，且多个所述第二电极层21在所述固定基板2的中心处汇合连通，所述第二电极层21和第二介电层22的外表面均设置有第二低表面能介电层23，在所述第二低表面能介电层23上固定设置有导电液滴阵列231；
所述偏置电压源3加载于所述第一电极层11和所述第二电极层21上。
本发明同时还提供了另一种基于逆向电润湿技术的发电车轮，包括中心轮轴，其特征在于，所述发电车轮还包括：与所述中心轮轴转动连接的转动基板1、与所述转动基板1平行间隔设置且与所述中心轮轴固定连接的固定基板2以及偏置电压源3；
其中，所述转动基板1与所述固定基板2相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第一电极层11和第一介电层12，且多个所述第一电极层11在所述转动基板1的中心处汇合连通，所述第一电极层11和第一介电层12的外表面均设置有第一低表面能介电层；
所述固定基板2与所述转动基板1相对的一侧侧面上整体设置有第二电极层21，所述第二电极层21的外表面设置有第二低表面能介电层23，在所述第二低表面能介电层23上固定设置有导电液滴阵列231；
所述偏置电压源3加载于所述第一电极层11和所述第二电极层21上。
优选，所述转动基板1和所述固定基板2呈圆形，且所述第一电极层11以及第一介电层12均呈扇形。
进一步优选，所述转动基板1和所述固定基板2的厚度均为100μm～3000μm、半径均为1cm～30cm，所述转动基板1与所述固定基板2之间的间隔为100μm～2000μm。
进一步优选，所述转动基板1和所述固定基板2均由塑料或无机非金属材料制成。
进一步优选，所述第一电极层11、第二电极层12均由固态金属单质、固态导电合金、导电氧化物、石墨或导电有机物中的一种制成。
进一步优选，所述导电液滴阵列231由液态单质金属、液态合金、无机盐溶液、有机盐溶液、无机酸溶液、有机酸溶液、碱溶液或融熔盐中的一种制成。
一种基于逆向电润湿技术的发电车轮的应用，上述任意一种发电车轮均可应用于车辆上。
此外，本发明还提供了一种发电自行车，其特征在于，所述自行车中包括上述任意一种发电车轮。
本发明提供的基于逆向电润湿技术的发电车轮，通过平行间隔设置的转动基板和固定基板，基于逆向电润湿技术，实现将车轮转动的机械能有效转化为电能，实现车轮发电的目的。具体为，在转动基板上沿周向交替设置有第一电极层和第一介电层，在第一电极层和第一介电层外表面设置有第一低表面能介电层，在固定基板上沿周向交替设置有第二电极层和第二介电层或在固定基板上整体设置有第二电极层，在交替设置的第二电极层和第二介电层的外表面均设置有第二低表面能介电层或在整体设置的第二电极层的外表面设置有第二低表面能介电层，且在第二低表面能介电层上固定设置有导电液滴阵列，同时在第一电极层和第二电极层上加载有偏置电压源，使第一电极层、第二电极层以及导电液滴阵列之间形成电容，当车轮转动时，转动基板随着车轮相对中心轮轴转动，而固定基板固定于中心轮轴上，始终保持固定不动，由于转动基板上的第一电极层和第一介电层是交替设置的，因此，当转动基板进行转动时，转动基板上的第一电极层、固定基板上的第二电极层以及导电液滴之间所形成的电容容量大小会不断发生改变，从而引起电容对外放电形成电流，将车轮转动的机械能转化为电能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开实施例提供的一种基于逆向电润湿技术的发电车轮的结构示意图；
图2为本发明公开实施例提供的一种基于逆向电润湿技术的发电车轮的侧视图；
图3为本发明公开实施例提供的一种基于逆向电润湿技术的发电车轮中转动基板的结构示意图；
图4为本发明公开实施例提供的一种基于逆向电润湿技术的发电车轮中固定基板的结构示意图；
图5为本发明公开实施例提供的另一种基于逆向电润湿技术的发电车轮中固定基板的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
参见图1、图2为一种基于逆向电润湿技术的发电车轮，该发电车轮包括中心轮轴A，在中心轮轴A上转动连接有转动基板1，该转动基板1以中心轮轴A为轴心可相对中心轮轴A进行转动，而中心轮轴A上还固定连接有固定基板2，该固定基板2与中心轮轴A的位置相对固定，因此，当车轮进行转动时，转动基板1可相对固定基板2进行转动，而且转动基板1与固定基板2为平行间隔设置。
参见图1、图3，在转动基板1与固定基板2相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第一电极层11和第一介电层12，且多个第一电极层11在转动基板1的中心处汇合连通，以实现多个第一电极层11之间的相互导通，在第一电极层11和第一介电层12的外表面均设置有第一低表面能介电层，该第一低表面能介电层由低表面能介电材料喷制而成，其中，优选，上述转动基板1为圆形，与车轮的形状一致，且第一电极层11和第一介电层12均呈扇形，即从转动基板的圆心(中心)沿径向，第一电极层11和第一介电层12呈放射形，面积逐步增大。
参见图1和图4为一种固定基板的结构，在固定基板2与转动基板1相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第二电极层21和第二介电层22，且多个第二电极层21在固定基板2的中心处汇合连通，以实现多个第二电极层21之间的相互导通，在第二电极层21和第二介电层22的外表面均设置有第二低表面能介电层23，该第二低表面能介电层由低表面能介电材料喷制而成，参见图1，在第二低表面能介电层23上固定设置有导电液滴阵列231，优选，上述固定基板2也为圆形，且大小与转动基板1的大小一致，且第二电极层21和第二介电层22均呈扇形，即从固定基板的圆心(中心)沿径向，第二电极层21和第二介电层22呈放射形，面积逐步增大。更为优选，导电液滴阵列231沿着固定基板的径向均匀分布。
参见图5为另一种固定基板的结构，该固定基板2与转动基板1相对的一侧侧面上整体设置有第二电极层21，在第二电极层21的外表面设置有第二低表面能介电层，该第二低表面能介电层由低表面能介电材料喷制而成，在第二低表面能介电层上固定设置有导电液滴阵列(图中未示出)，优选，上述固定基板2也为圆形，且大小与转动基板1的大小一致。更为优选，导电液滴阵列231沿着固定基板的径向均匀分布。
其中，上述图4和图5中所示的两种不同结构的固定基板，均可分别与图3中的转动基板配合使用，构成两种不同结构的发电车轮。
参见图1，在转动基板1的第一电极层11和固定基板2的第二电极层21上加载有偏置电压源3，其中，偏置电压源3的正极与转动基板1的第一电极层11相连，而偏置电压源3的负极与固定基板2的第二电极层21相连，上述的偏置电压源3可以选用干电池、蓄电池等，在此不受限制。
上述发电车轮的工作原理具体如下：平行间隔设置的转动基板和固定基板均分别与中心轮轴连接，且转动基板与中心轮轴转动连接，而固定基板与中心轮轴固定连接，因此，在车轮转动时，转动基板可相对固定基板进行转动，同时在转动基板的第一电极层和固定基板的第二电极层上加载有偏置电压源，因此，在转动基板的第一电极层、固定基板的第二电极层以及导电液滴阵列之间形成电容，而当车轮转动时，会带动转动基板相对固定基板转动，由于转动基板上的第一电极层和第一介电层是交替设置的，因此，当转动基板进行转动时，转动基板上的第一电极层、固定基板上的第二电极层以及导电液滴之间所形成的电容容量大小会不断发生改变，从而引起电容对外放电形成电流，实现发电的目的，其中，电流的输出端正极为转动基板的第一电极层，输出的负极为固定基板的第二电极层。
上述的发电车轮可应用于各种车辆，尤其为自行车，在实际应用中可以通过改变转动基板和固定基板的面积大小、导电液滴阵列的数量及密度、以及设置转动基板和固定基板对的数目来实现调节车辆行驶时的输电功率。由转动基板和固定基板构成的发电装置是安装在车轮的中心位置上，相对于以往轮胎摩擦发电机，具有阻力感小，轻便等优点。制作发电自行车时，可在车体上设计相应的输出端口，实现骑行中为手机等小型电器充电或夜间为车载照明供电等目的。
其中，我们在实际的测试实验时，将转动基板1和固定基板2的厚度均设计为：100μm～3000μm、将转动基板1和固定基板2的半径均设计为：1cm～30cm，而转动基板1与固定基板2之间的距离间隔设计为100μm～2000μm。
在制作发电车轮的材料选择，具体如下：
选用塑料或无机非金属材料进行转动基板1和固定基板2的制作，其中，塑料包括：聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、酚醛树脂(PF)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲醛(POM)以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等工程塑料以及其他各种塑料；无机非金属材料包括：硅、石英、云母、玻璃、碳化硅、石墨、金刚石、陶瓷、碳纤维等。
选用固态金属单质、固态导电合金、导电氧化物、石墨或导电有机物进行第一电极层11和第二电极层12的制作，其中，固态金属单质包括：金、铂、银、铜、锡、锌、铝等所有可以导电的固态金属单质；固态导电合金包括：镁铝合金、黄铜、青铜、不锈钢、钛合金等其他可以导电的所有固态合金；导电氧化物包括：ITO、Cu2O等。
选用液态单质金属、液态合金、无机盐溶液、有机盐溶液、无机酸溶液、有机酸溶液、碱溶液或融熔盐进行导电液滴阵列231的制作，其中，液态单质金属包括：汞、铟、镓等；液态合金包括：镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、汞铊合金及其他所有在常温下呈液态的金属合金；无机盐溶液包括：硝酸钠、氯化钠、氯化铜、氯化锌、钾盐、钠盐、硝酸盐、铵盐等及其他所有可溶性无机盐溶液；有机盐溶液包括：醋酸钠、柠檬酸钾等以及钠、钾、铵的所有有机酸盐及其他所有可溶性有机盐溶液；无机酸溶液包括：硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等及其他所有无机酸溶液；有机酸溶液包括：乙酸、草酸、柠檬酸、丙烯酸等及其他所有有机酸溶液；碱溶液包括：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡等及其他所有碱溶液；融熔盐包括：1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种基于逆向电润湿技术的发电车轮，包括中心轮轴，其特征在于，所述发电车轮还包括：与所述中心轮轴转动连接的转动基板(1)、与所述转动基板(1)平行间隔设置且与所述中心轮轴固定连接的固定基板(2)以及偏置电压源(3)；
其中，所述转动基板(1)与所述固定基板(2)相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第一电极层(11)和第一介电层(12)，且多个所述第一电极层(11)在所述转动基板(1)的中心处汇合连通，所述第一电极层(11)和第一介电层(12)的外表面均设置有第一低表面能介电层；
所述固定基板(2)与所述转动基板(1)相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第二电极层(21)和第二介电层(22)，且多个所述第二电极层(21)在所述固定基板(2)的中心处汇合连通，所述第二电极层(21)和第二介电层(22)的外表面均设置有第二低表面能介电层(23)，在所述第二低表面能介电层(23)上固定设置有导电液滴阵列(231)；
所述偏置电压源(3)加载于所述第一电极层(11)和所述第二电极层(21)上。
2.一种基于逆向电润湿技术的发电车轮，包括中心轮轴，其特征在于，所述发电车轮还包括：与所述中心轮轴转动连接的转动基板(1)、与所述转动基板(1)平行间隔设置且与所述中心轮轴固定连接的固定基板(2)以及偏置电压源(3)；
其中，所述转动基板(1)与所述固定基板(2)相对的一侧侧面上沿周向交替设置有第一电极层(11)和第一介电层(12)，且多个所述第一电极层(11)在所述转动基板(1)的中心处汇合连通，所述第一电极层(11)和第一介电层(12)的外表面均设置有第一低表面能介电层；
所述固定基板(2)与所述转动基板(1)相对的一侧侧面上整体设置有第二电极层(21)，所述第二电极层(21)的外表面设置有第二低表面能介电层(23)，在所述第二低表面能介电层(23)上固定设置有导电液滴阵列(231)；
所述偏置电压源(3)加载于所述第一电极层(11)和所述第二电极层(21)上。
3.根据权利要求1或2所述基于逆向电润湿技术的发电车轮，其特征在于，所述转动基板(1)和所述固定基板(2)呈圆形，且所述第一电极层(11)以及第一介电层(12)均呈扇形。
4.根据权利要求3所述基于逆向电润湿技术的发电车轮，其特征在于，所述转动基板(1)和所述固定基板(2)的厚度均为100μm～3000μm、半径均为1cm～30cm，所述转动基板(1)与所述固定基板(2)之间的间隔为100μm～2000μm。
5.根据权利要求1或2所述基于逆向电润湿技术的发电车轮，其特征在于，所述转动基板(1)和所述固定基板(2)均由塑料或无机非金属材料制成。
6.根据权利要求1或2所述基于逆向电润湿技术的发电车轮，其特征在于，所述第一电极层(11)、第二电极层(12)均由固态金属单质、固态导电合金、导电氧化物、石墨或导电有机物中的一种制成。
7.根据权利要求1或2所述基于逆向电润湿技术的发电车轮，其特征在于，所述导电液滴阵列(231)由液态单质金属、液态合金、无机盐溶液、有机盐溶液、无机酸溶液、有机酸溶液、碱溶液或融熔盐中的一种制成。
8.一种基于逆向电润湿技术的发电车轮的应用，其特征在于，权利要求1～8中任意一种所述的发电车轮应用于车辆上。
9.一种发电自行车，其特征在于，所述自行车中包括权利要求1～8所述的任意一种发电车轮。
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CN109962642A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 大连楼兰科技股份有限公司 基于逆向电润湿的机动车轮胎发电装置

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