CN108988678A - 一种碰撞型介电弹性体发电机结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其中：亚克力圆筒两侧设有亚力克法兰，亚克力圆筒内设有刚性小球，亚克力圆筒两侧的亚力克法兰外侧通过紧固螺栓固定安装有亚力克端盖，亚力克法兰和亚力克端盖之间设有介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜靠近亚力克端盖一侧设有石墨烯涂层。本发明能够在一个比较宽的频率范围内工作，产生较高的能量密度，运用于可穿戴设备、无线传感网络、波浪能发电、户外旅行供电、汽车和航空仪器仪表的供电等方面；具有结构简单、安装方便、成本低和适用范围广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种碰撞型介电弹性体发电机结构。
背景技术
随着全球能源危机的发展与环境的恶化，传统的化石燃料日益枯竭，且燃料的燃烧带来严重的环境问题，如温室效应、雾霾、酸雨等严重的环境问题，为了可持续发展和人类生活的改善，世界各地的科研工作者正在积极的开发新能源，其中振动能作为主要开发能源之一，具有总量范围广，环境无污染等优点，传统将振动能量转为电能的方法有：电磁，静电和压电。到目前为止，大多数的振动能量收集集中在压电材料及其装置的研究，但是这些都具有一定的局限性和缺点，并没有达到预期的效果，不能够产生高的能量密度，这极大的限制了振动能源的运用领域。介电弹性体作为一种新型的功能性材料，具有能量密度高(相比于传统的压电材料高出两个数量级)，结构轻便，变形范围大，价格低和机电转换效率高等优点，在发电领域越来越受到研究人员的关注。从基本原理上看，介电弹性体发电机是一种三层结构的可变电容，中间是介电弹性体薄膜，上下表面分别涂覆柔性电极。在偏置电压条件下，通过薄膜的拉伸和恢复即可将振动能转换成电能。而碰撞式介电弹性体结构是近年来提出的新结构：利用两端的介电弹性薄膜形成一个空腔结构，空腔内放置一刚性小球，在外界激励情况下，刚性小球连续碰撞介电弹性体薄膜。在每一次碰撞过程中，介电弹性体薄膜被拉伸，从而导致表面积增大，厚度减小及电容增大。而在碰撞间隙，介电弹性体薄膜的电容恢复初始值，产生更大的输出电能，从而实现振动能量采集。碰撞型介电弹性体发电机能可采集任何可转变成振动形式的能量，并可在非常宽的频率范围进行工作，具有非常广阔的应用前景，无论是在可穿戴设备，无线传感方面，或者是户外旅行以及汽车和航空仪器仪表供电等方面。但是现有的介电弹性体发电装置大都结构复杂，使用范围有限，存在不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、安装方便、成本低和适用范围广的碰撞型介电弹性体发电机结构。
本发明的技术方案如下：一种碰撞型介电弹性体发电机结构，包括亚克力圆筒、刚性小球、介电弹性体薄膜、亚克力端盖、紧固螺栓、石墨稀涂层和亚力克法兰，其中：所述亚克力圆筒两侧设有亚力克法兰，亚克力圆筒内设有刚性小球，亚克力圆筒两侧的亚力克法兰外侧通过紧固螺栓固定安装有亚力克端盖，亚力克法兰和亚力克端盖之间设有介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜靠近亚力克端盖一侧设有石墨烯涂层。
优选的，所述亚力克圆筒和亚力克法兰为一体化结构设计。
优选的，所述刚性小球的直径小于亚力克圆筒的内腔直径。
优选的，所述刚性小球为不锈钢材质制成。
优选的，所述亚克力圆筒、亚克力端盖和亚力克法兰均采用轻质亚克力材料制成。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过将介电弹性体薄膜通过亚克力端盖固定在亚克力圆筒的两端，并在亚克力圆筒内部设置一可自由运动的刚性小球，在外界振动激励下，刚性小球可在亚克力圆筒内部运动并撞击两端的介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜本身是一个可变电容，在每一次碰撞的过程中，介电弹性体薄膜电容大于初始电容，故碰撞时介电弹性体薄膜可以容纳更多的电荷，从而在每一次碰撞的过程中实现振动能向电能的转换，产生较高的能量密度；
2、本发明的亚克力圆筒、亚克力端盖和亚力克法兰均采用轻质亚克力材料制成，可提高发电效率，减小电荷泄漏；
3、本发明能够在一个比较宽的频率范围内工作，产生较高的能量密度，运用于可穿戴设备、无线传感网络、波浪能发电、户外旅行供电、汽车和航空仪器仪表的供电等方面；
4、本发明具有结构简单、体积小、安装方便、成本低和适用范围广的特点。
附图说明
图1是本发明的外部结构图。
图2为本发明的剖视图。
图中：1-亚力克圆筒、2-刚性小球、3-介电弹性体薄膜、4-亚力克端盖、5-紧固螺栓、6-石墨烯涂层、7-亚力克法兰。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1、请参阅图1和图2，一种碰撞型介电弹性体发电机结构，包括亚克力圆筒1、刚性小球2、介电弹性体薄膜3、亚克力端盖4、紧固螺栓5、石墨稀涂层6和亚力克法兰7，其中：所述亚克力圆筒1两侧设有亚力克法兰7，亚克力圆筒1内设有刚性小球2，亚克力圆筒1两侧的亚力克法兰7外侧通过紧固螺栓5固定安装有亚力克端盖4，亚力克法兰7和亚力克端盖4之间设有介电弹性体薄膜3，介电弹性体薄膜3靠近亚力克端盖4一侧设有石墨烯涂层6。
实施例2、请参阅图1和图2，一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其中：亚力克圆筒1和亚力克法兰7为一体化结构设计，便于减轻整个结构设计的重量。其余同实施例1。
实施例3、请参阅图2，一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其中：刚性小球2的直径小于亚力克圆筒1的内腔直径，有利于提高刚性小球2与两端介电弹性体薄膜3的碰撞效率。其余同实施例1。
实施例4、请参阅图2，一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其中：刚性小球2为不锈钢材质制成，有利于提高发电效率，减小电荷泄漏。其余同实施例1。
实施例5、请参阅图1，一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其中：亚克力圆筒1、亚克力端盖4和亚力克法兰7均采用轻质亚克力材料制成，有利于提高发电效率，减小电荷泄漏。其余同实施例1。
本发明工作原理：工作时，利用亚克力圆筒1两端的介电弹性体薄膜3形成一个空腔结构，空腔内放置一刚性小球2，在外界激励情况下，刚性小球2连续碰撞介电弹性体薄膜3，在每一次碰撞过程中，介电弹性体薄3被拉伸，从而导致表面积增大，厚度减小及电容增大，而在碰撞间隙，介电弹性体薄膜3的电容恢复初始值，产生更大的输出电能，从而实现振动能量采集，本发明可采集任何可转变成振动形式的能量，如：潮汐能、风能、环境噪声、人体运动能量等，并可在非常宽的频率范围进行工作，具有非常广阔的应用前景，本发明可以作为外界能量的转化载体，可接收任何振动形式及可以转化为振动形式的能量，并输出电能。
Claims (5)
1.一种碰撞型介电弹性体发电机结构，包括亚克力圆筒(1)、刚性小球(2)、介电弹性体薄膜(3)、亚克力端盖(4)、紧固螺栓(5)、石墨稀涂层(6)和亚力克法兰(7)，其特征在于：所述亚克力圆筒(1)两侧设有亚力克法兰(7)，亚克力圆筒(1)内设有刚性小球(2)，亚克力圆筒(1)两侧的亚力克法兰(7)外侧通过紧固螺栓(5)固定安装有亚力克端盖(4)，亚力克法兰(7)和亚力克端盖(4)之间设有介电弹性体薄膜(3)，介电弹性体薄膜(3)靠近亚力克端盖(4)一侧设有石墨烯涂层(6)。
2.根据权利要求1所述的一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其特征在于：所述亚力克圆筒(1)和亚力克法兰(7)为一体化结构设计。
3.根据权利要求1所述的一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其特征在于：所述刚性小球(2)的直径小于亚力克圆筒(1)的内腔直径。
4.根据权利要求1所述的一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其特征在于：所述刚性小球(2)为不锈钢材质制成。
5.根据权利要求1所述的一种碰撞型介电弹性体发电机结构，其特征在于：所述亚克力圆筒(1)、亚克力端盖(4)和亚力克法兰(7)均采用轻质亚克力材料制成。
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