CN106856379A - 能量转化收集方法以及利用该方法的装置及其在能量转化收集领域的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能量转化收集的方法‑‑自驱动无线收集能量的方法，其包括以下步骤：(1)通过摩擦层之间或摩擦层内的相对运动(包括按压)获得摩擦；(2)所述摩擦产生麦克斯韦电流，从而产生交变电磁场；(3)摩擦层和收集器可以接触也可以非接触，通过无线传输的方式将所述电磁场内的能量转化为电能并进行收集。本发明还提供了一种应用该能量转化收集方法的装置，以及上述装置在能量转换传输领域的应用。

Description

能量转化收集方法以及利用该方法的装置及其在能量转化收 集领域的应用

技术领域：

本发明涉及能源领域与能量收集利用领域，本发明涉及一种能量转化收集方法，以及利用该方法的装置及其在电能转化收集领域的应用。

背景技术：

能源危机是现代社会面临的一个突出问题，自然界蕴藏着各种各样能量，比如风能，水能，潮汐能等，而很多看似微弱其实总量巨大的机械能却大都被忽略而没被加以利用。目前，美国佐治亚理工学院教授王中林等已经利用摩擦起电和静电感应原理成功制备了摩擦发电机，该摩擦发电机能够有效的收集自然中各种各样的机械能，特别是在对人体活动等低频能量的收集转化方面有着其独特的优势。采用纳米技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用，由于其环保、节能、自驱动性质而受到广泛关注。且制备方法简单，结构简单，有利于降低生产成本；本发明采用了无线传输的电能传输方式，省去了传输线路的设计和设备，降低了生产成本；收集器的巧妙利用，置于电场中，与产生电磁场的装置可以不接触就能收集电荷使无线传输可以顺利进行。本发明提供了一种利用麦克斯韦位移电流和收集器来收集电能的新方式。并且结合摩擦纳米发电机等可以产生位移电流的装置，利用收集器来进行无线传输。利用麦克斯韦位移电流产生电磁场，并且收集能量的无线技术的应用，使得传输能量更加简易方便，在自驱动系统中取代了传统的导线传递，而采用了新型的收集器通过电场传递，收集器收集电能，输出电流，为新型无线传感器提供了可行办法和传输电流的新模式。

本发明提供了一种能量转化收集方法，以及利用该方法的装置及其在电能转化收集领域的应用。

发明内容：

本发明提供了一种能量转化收集的方法，其特征在于，包括但不限于以下步骤：

(1)通过摩擦层之间或摩擦层内的相对运动获得摩擦；

(2)所述摩擦产生麦克斯韦电流，从而产生电磁场；

(3)摩擦层和收集器可以接触也可以非接触，通过无线传输的方法，将所述电磁场内的能量转化为电能。

基于摩擦发电原理，两种不同材质的物质相互摩擦或同种材料本身内部摩擦，会发生电荷转移，产生电流电压。此过程中，由于漏电场作用，形成位移电流，利用麦克斯韦位移电流和收集器来收集电能的新方式。并且结合可以产生位移电流的装置，利用收集器来进行无线传输。

摩擦是当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，在两物体的接触面之间会产生阻碍它们相对运动的作用力称为摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”。本发明中所述摩擦可以是任何一种摩擦，其中包括但不限于滑动、按压、滚动摩擦或转动摩擦，干摩擦、湿摩擦或静电摩擦，或者外摩擦或内摩擦(包括内摩擦分子极化产生的压电效应)。

在本发明中，通过摩擦层的相对运动产生摩擦。所述摩擦层可以是通过摩擦产生正负电荷分离的任何材料，包括但不限于诸如纤维、塑料、纺织品、丝织品和橡胶等的高分子材料，以及诸如金属、陶瓷和水泥等的无机材料，以及有机材料。该摩擦层可以包括但不限于摩擦层一和摩擦层二，也可以是同一种材料。摩擦层一可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、纤维(再生)海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维、聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、液晶高分子聚合物、派瑞林。

摩擦层二可以选自金属或合金，可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

摩擦层二还可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、纤维(再生)海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维、聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、液晶高分子聚合物、派瑞林。

摩擦层一与摩擦层二之间的相对运动，包括但不限于任何滚动式、传动式、滑动式或者其他运动形式，只要能驱动的两个摩擦层之间的摩擦都可以在本发明中使用，该驱动力可以是风能、核能、潮汐能、太阳能、水能和热能等任何可以使其发生相对运动的能量。

在本发明中，收集器用于收集在麦克斯韦位移电流产生电磁场中的能量。收集器不限定特定形状与特定材料。收集器可以是电流传输材料，包括但不限于导电材料和半导体材料，其中所述导电材料包括但不限于金属、合金、以及导电高分子材料。

收集器可以采用金属、合金、导电高分子、导电碳材料以及其复合物，其中金属包括但不限于金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；其中合金包括但不限于铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金；其中导电高分子包括但不限于聚乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚对亚苯、聚苯乙烯、聚苯胺及其衍生物；其中导电碳材料包括但不限于富勒烯、碳纳米管、石墨烯、多孔碳纳米材料以及石墨。

本发明还提供了应用上述能量转化收集方法的装置。

本发明还提供了上述装置在能量转换领域的应用，其中包括但不限于机械能储能转换、热能储能转换、化学储能转换、电化学储能转换以及电磁储能转换领域。上述装置优选应用于电磁发电领域，更优选应用于发电机领域，再优选应用于摩擦发电机领域，并且最优选应用于摩擦纳米发电机领域。

附图说明：

图1为实施例一中所述的风力驱动的无线摩擦发电机的示意图

图2为实施例一中风力发电机发电示意图

图3为实施例一中风力发电机的结构零部件图

附图标记说明：

1、发光二极管；2、绝缘塑料带；3、收集器；4、聚丙烯摩擦面(定子)；5、亚克力摩擦面(转子)；6、风轮；7底座。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

本实例应用本发明所提供的能量转化收集的方法的摩擦发电机。利用风力驱动摩擦纳米发电机时，可以采用风力带动两个摩擦面之间的相互滑动摩擦。风力发电采取扇叶带动轴，采用轴承连接。扇叶，定子与转子，三者共轴，定子固定在轴顶端，扇叶与转子固定在轴上，风吹动扇叶转动，从而带动轴转动，联动转子，转子摩擦定子，二者摩擦产生电荷，从而产生位移电流。交变电流形成电磁场，收集器处在电磁场中收集电荷，因为麦克斯韦位移电流的作用，从而输出电流电压。

装置通过轴承连接，转轴底端固定在底座上。通过定子和转子之间摩擦产生的电场，将金属片制作的收集器置于该电场中，即可收集能量并且输出电流电压，用于驱动用电器。装置的摩擦面形状可以是任意形状可以是任意形状，不局限于圆形。

高分子材料制作的圆盘状摩擦面作为定子，另一个摩擦面采用与定子摩擦面不一样的材料即可(金属，橡胶或者其他高分子材料均可)作为转子。通过风力吹动扇叶使得定子与转子两个摩擦面相摩擦，摩擦生电，产生电场。收集器置于风力发电机上方，可以悬空放置，也可直接放置于定子表面。将收集器固定在塑料带(绝缘材料)上即可悬空放置。

本方案的优点是：(1)制备方法简单，结构简单，有利于降低生产成本；(2)采用了无线传输的电能传输方式，省去了传输线路的设计和设备，降低了生产成本；(3)位移电流和收集器的巧妙利用，置于电磁中，与发电装置表面可以不接触就能收集电荷使无线传输可以顺利进行。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的具体技术特征，再不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另加说明。此外，本发明中的各种不同实施方式之间也可以进行任意合适的组合，只要不违背本实用的思想，其同样应当视为本发明公开的内容。

Claims (18)

1.一种能量转化收集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过摩擦层之间或摩擦层内的相对运动(包括按压)获得摩擦；

(2)所述摩擦产生(包括内摩擦产生的分子极化压电效应)麦克斯韦电流，从而产生交变电磁场；

(3)摩擦层和收集器可以接触也可以非接触，通过无线传输的方法通将所述电磁场内的能量转化为电能并进行收集。

2.根据权利要求1所述的能量转换传输方法，其特征在于所述摩擦可以是任何一种摩擦；包括但不限于滑动、按压、滚动摩擦或转动摩擦，干摩擦、湿摩擦或静电摩擦，或者外摩擦或内摩擦(包括内摩擦分子极化产生的压电效应)。

3.根据权利要求2所述的能量转换传输方法，其特征在于所述摩擦层可以是通过摩擦产生电荷的任何材料，包括诸如纤维、塑料、和橡胶等的高分子材料，以及诸如金属、压电、陶瓷和水泥等的无机材料，以及有机材料。

4.根据权利要求3所述的能量转换传输方法，其特征在于所述相对运动可以通过任何形式的能量提供，其中所述能量包括风能、核能、潮汐能、太阳能、水能和热能。

5.根据权利要求1所述的能量转换传输方法，其特征在于所述非接触或接触式无线收集是指摩擦层和收集器也可接触也可以非接触，均可实现无线收集，但并不局限于非接触收集。

6.根据权利要求1所述的能量转换传输方法，其特征在于所述无线传输收集，其中所述收集器可以是电流传输材料，包括导电材料和半导体材料，其中所述导电材料包括但不限于金属、合金、导电高分子材料、导电碳材料以及其复合物。

7.一种装置，其特征在于所述装置采用权利要求1所述的能量转换传输方法。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述摩擦可以是任何一种摩擦；包括但不限于滑动、按压、滚动摩擦或转动摩擦，干摩擦、湿摩擦或静电摩擦，或者外摩擦或内摩擦(包括内摩擦分子极化产生的压电效应)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述摩擦层可以是通过摩擦(包括按压)产生电荷的任何材料，包括但不限于诸如纤维、塑料、和橡胶等的高分子材料，以及诸如金属、压电、陶瓷和水泥等的无机材料，以及有机材料。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述相对运动可以通过任何形式的能量提供，其中所述能量包括但不限于风能、核能、潮汐能、水能和热能。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述装置摩擦层和收集器可以接触也可以非接触，通过无线传输通将所述电磁场内的能量转化为电能并进行收集。

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述无线传输收集方法使用一种收集器，其中所述收集器可以是电流传输材料，包括但不限于导电材料和半导体材料，其中所述导电材料包括但不限于金属、合金、导电高分子材料、导电碳材料以及其复合物。

13.根据权利要求7-12中任一项所述的装置在能量转化收集领域的应用。

14.根据权利要求7-12中任一项所述的装置在电磁发电领域的应用。

15.根据权利要求7-12中任一项所述的装置在发电机领域的应用。

16.根据权利要求7-12中任一项所述的装置在教育科技传播领域的应用。

17.根据权利要求7-12中任一项所述的装置在可穿戴器件领域的应用。

18.根据权利要求7-12中任一项所述的装置在通讯设备领域的应用。